Các loại thiết kế máy bơm nhiệt
Loại máy bơm nhiệt thường được ký hiệu bằng cụm từ chỉ môi chất nguồn và vật mang nhiệt của hệ thống sưởi.
Có các giống sau:
- ТН "air - không khí";
- ТН "không khí - nước";
- TH "đất - nước";
- TH "water - nước".
Tùy chọn đầu tiên là một hệ thống phân chia thông thường hoạt động ở chế độ sưởi ấm. Thiết bị bay hơi được lắp ngoài trời và thiết bị có bình ngưng được lắp đặt bên trong nhà. Sau đó được thổi bằng quạt, do đó một khối không khí ấm được cung cấp cho phòng.
Nếu một hệ thống như vậy được trang bị một bộ trao đổi nhiệt đặc biệt có vòi phun, thì loại HP "không khí" sẽ thu được. Nó được kết nối với hệ thống đun nước.
Thiết bị bay hơi HP thuộc loại "không khí đối không" hoặc "không đối với nước" có thể được đặt không phải ở ngoài trời, nhưng trong ống thông gió thải (nó phải được đặt cưỡng bức). Trong trường hợp này, hiệu suất của máy bơm nhiệt sẽ được tăng lên nhiều lần.
Máy bơm nhiệt thuộc loại "nước với nước" và "đất với nước" sử dụng cái gọi là bộ trao đổi nhiệt bên ngoài hay còn được gọi là bộ thu nhiệt để tách nhiệt.
Sơ đồ của máy bơm nhiệt
Đây là một ống dài có vòng lặp, thường là bằng nhựa, qua đó môi chất lỏng sẽ luân chuyển xung quanh thiết bị bay hơi. Cả hai loại máy bơm nhiệt đều đại diện cho cùng một thiết bị: trong một trường hợp, bộ thu nhiệt được ngâm dưới đáy của bể chứa trên bề mặt, và trong trường hợp thứ hai - xuống đất. Bình ngưng của một máy bơm nhiệt như vậy nằm trong một bộ trao đổi nhiệt được kết nối với hệ thống đun nước nóng.
Kết nối máy bơm nhiệt theo sơ đồ "nước - nước" ít tốn công hơn nhiều so với "đất - nước", vì không cần thực hiện các công việc đào đắp. Ở đáy của bể chứa, đường ống được đặt dưới dạng xoắn ốc. Tất nhiên, đối với kế hoạch này, chỉ có một hồ chứa là phù hợp để không bị đóng băng xuống đáy vào mùa đông.
Máy bơm nhiệt hoạt động như thế nào
Một máy bơm nhiệt hiện đại rất giống với một tủ lạnh thông thường.
Máy bơm địa nhiệt hay nói cách khác là máy bơm nhiệt là gì? Đây là những thiết bị có thể truyền nhiệt từ nguồn sang người tiêu dùng. Chúng ta hãy xem xét nguyên tắc hoạt động của nó trên ví dụ về việc triển khai thực tế đầu tiên của ý tưởng.
Nguyên lý hoạt động của máy bơm địa nhiệt được biết đến vào những năm 50. Thế kỷ XIX. Những nguyên tắc này chỉ được đưa vào thực hiện vào giữa thế kỷ trước.
Một ngày nọ, một nhà thí nghiệm tên là Weber đang bận rộn với một tủ đông lạnh và vô tình chạm vào đường đốt của bình ngưng. Anh ấy có một ý tưởng tại sao cái nóng không biến mất và không giúp ích gì? Anh không suy nghĩ lâu, kéo dài đường ống và cho vào thùng nước.
Nước nóng từ trong người chảy ra rất nóng khiến anh không biết phải để ở đâu. Chúng tôi phải tiếp tục - bạn đã làm nóng không khí bằng hệ thống đơn giản này như thế nào? Giải pháp rất đơn giản và không kém phần rực rỡ.
Nước nóng được dẫn qua bộ trao đổi nhiệt và sau đó quạt thổi không khí ấm vào nhà. Tất cả khéo léo là đơn giản! Weber là một người khiêm tốn, và cuối cùng anh ấy đã tìm ra cách làm mà không cần tủ lạnh. Bạn phải kéo sức nóng ra khỏi mặt đất!
Sau khi chôn ống đồng và bơm freon (loại khí giống như trong tủ lạnh), anh ta bắt đầu nhận được năng lượng nhiệt từ ruột. Chúng tôi nghĩ rằng trong ví dụ này, mọi người sẽ hiểu cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt.
Chúng tôi cũng khuyên bạn nên đọc bài viết sau về điều kỳ diệu của sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời: //6.//otoplenie/chudo-pech-.html.
Hệ thống loại bỏ nhiệt. (Bấm để phóng to)
- Về bản chất, máy lạnh âm trần là một máy lạnh thông thường;
- Không khí với nước - thêm một bộ trao đổi nhiệt vào máy điều hòa không khí và chúng tôi sẽ làm nóng nước;
- Nước ngầm - chúng tôi chôn bộ thu gom từ các đường ống xuống đất, và làm nóng nước ở đầu ra;
- Các đường ống dẫn nước được đặt trong vùng nước lộ thiên hoặc ngầm và truyền nhiệt đến hệ thống sưởi của tòa nhà.
(Phân loại chi tiết các máy bơm nhiệt để sưởi ấm có thể được tìm thấy trong bài viết này).
Đã đến lúc phải học tập kinh nghiệm nước ngoài một cách thực chất
Hầu hết mọi người hiện nay đều biết đến máy bơm nhiệt có khả năng tách nhiệt từ môi trường để sưởi ấm cho các tòa nhà, và nếu cách đây không lâu, một khách hàng tiềm năng thường đặt câu hỏi hoang mang “làm thế nào điều này có thể?”, Thì bây giờ câu hỏi “làm thế nào là đúng? ? ”.
Câu trả lời cho câu hỏi này không phải là dễ dàng.
Để tìm kiếm câu trả lời cho vô số câu hỏi chắc chắn nảy sinh khi cố gắng thiết kế hệ thống sưởi bằng máy bơm nhiệt, bạn nên chuyển sang kinh nghiệm của các chuyên gia ở những nước nơi máy bơm nhiệt trên bộ trao đổi nhiệt mặt đất đã được sử dụng trong một thời gian dài.
Chuyến thăm * tới triển lãm AHR EXPO-2008 của Mỹ, chủ yếu được thực hiện nhằm thu thập thông tin về các phương pháp tính toán kỹ thuật cho bộ trao đổi nhiệt mặt đất, không mang lại kết quả trực tiếp theo hướng này, nhưng một cuốn sách đã được bán tại triển lãm ASHRAE đứng, một số điều khoản làm cơ sở cho ấn phẩm này.
Cần phải nói ngay rằng, việc chuyển giao phương pháp luận của Mỹ vào đất nội địa không phải là một việc dễ dàng. Đối với người Mỹ, mọi thứ không giống như ở châu Âu. Chỉ có họ mới đo thời gian theo cùng đơn vị như chúng ta. Tất cả các đơn vị đo lường khác hoàn toàn là của Mỹ, hay đúng hơn là của Anh. Người Mỹ đặc biệt không may mắn với thông lượng nhiệt, có thể được đo bằng cả đơn vị nhiệt của Anh trên một đơn vị thời gian và bằng tấn lạnh, có thể được phát minh ra ở Mỹ.
Tuy nhiên, vấn đề chính không phải là sự bất tiện kỹ thuật của việc tính toán lại các đơn vị đo lường được áp dụng ở Hoa Kỳ, mà người ta có thể quen với nó theo thời gian, mà là sự thiếu vắng trong cuốn sách được đề cập về một cơ sở phương pháp luận rõ ràng để xây dựng một phép tính. thuật toán. Quá nhiều không gian được trao cho các phương pháp tính toán thông thường và nổi tiếng, trong khi một số điều khoản quan trọng vẫn hoàn toàn không được tiết lộ.
Đặc biệt, dữ liệu ban đầu liên quan đến vật lý để tính toán bộ trao đổi nhiệt trên mặt đất thẳng đứng, chẳng hạn như nhiệt độ của chất lỏng lưu thông trong bộ trao đổi nhiệt và hệ số chuyển đổi của bơm nhiệt, không thể được đặt tùy ý và trước khi tiến hành các tính toán liên quan đến nhiệt không ổn định chuyển trong lòng đất, cần phải xác định các mối quan hệ kết nối các thông số này.
Tiêu chí cho hiệu suất của máy bơm nhiệt là hệ số chuyển đổi α, giá trị của hệ số này được xác định bằng tỷ số giữa công suất nhiệt của nó với công suất của bộ truyền động điện máy nén. Giá trị này là một hàm của điểm sôi tu trong thiết bị bay hơi và tk của sự ngưng tụ, và liên quan đến máy bơm nhiệt nước thành nước, chúng ta có thể nói về nhiệt độ chất lỏng tại đầu ra từ thiết bị bay hơi t2I và tại đầu ra từ thiết bị bay hơi bình ngưng t2K:
? =? (t2И, t2K). (một)
Phân tích các đặc điểm danh mục của máy lạnh nối tiếp và máy bơm nhiệt nước thành nước giúp hiển thị chức năng này dưới dạng biểu đồ (Hình 1).
Sử dụng sơ đồ, có thể dễ dàng xác định các thông số của máy bơm nhiệt ở giai đoạn thiết kế ban đầu. Rõ ràng là, ví dụ, nếu hệ thống sưởi ấm được kết nối với máy bơm nhiệt được thiết kế để cung cấp môi chất sưởi ấm với nhiệt độ dòng chảy là 50 ° C, thì hệ số chuyển đổi tối đa có thể có của máy bơm nhiệt sẽ là khoảng 3,5. Đồng thời, nhiệt độ của glycol ở đầu ra của thiết bị bay hơi không được thấp hơn + 3 ° С, có nghĩa là sẽ cần một bộ trao đổi nhiệt đắt tiền trên mặt đất.
Đồng thời, nếu ngôi nhà được sưởi ấm bằng sàn ấm, chất mang nhiệt có nhiệt độ 35 ° C sẽ đi vào hệ thống sưởi từ bình ngưng của máy bơm nhiệt. Trong trường hợp này, máy bơm nhiệt sẽ có thể hoạt động hiệu quả hơn, ví dụ, với hệ số chuyển đổi là 4,3, nếu nhiệt độ của glycol được làm lạnh trong thiết bị bay hơi là khoảng –2 ° C.
Sử dụng bảng tính Excel, bạn có thể biểu thị hàm (1) dưới dạng phương trình:
? = 0,1729 • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)
Nếu, tại hệ số chuyển đổi mong muốn và một giá trị nhất định của nhiệt độ của chất làm mát trong hệ thống sưởi được cung cấp bởi bơm nhiệt, cần phải xác định nhiệt độ của chất lỏng được làm mát trong thiết bị bay hơi, thì phương trình (2) có thể được biểu diễn. như:
(3)
Bạn có thể chọn nhiệt độ của chất làm mát trong hệ thống sưởi ở các giá trị đã cho của hệ số chuyển đổi của bơm nhiệt và nhiệt độ của chất lỏng tại đầu ra của thiết bị bay hơi bằng công thức:
(4)
Trong công thức (2) ... (4) nhiệt độ được biểu thị bằng độ C.
Sau khi xác định những phụ thuộc này, bây giờ chúng ta có thể đi thẳng vào kinh nghiệm của người Mỹ.
Máy bơm nhiệt không khí sang nước - sự thật
Loại thiết bị sưởi ấm này gây ra nhiều tranh cãi. Người dùng được chia thành hai phe. Một số người tin rằng không có gì tốt hơn đã được phát minh để sưởi ấm một ngôi nhà. Những người khác cho rằng do chi phí cao của máy bơm nhiệt (HP) và điều kiện khí hậu khắc nghiệt ở nhiều vùng của Liên bang Nga, khoản đầu tư ban đầu sẽ không được hoàn trả. Sẽ có lợi hơn nếu bạn gửi tiền vào ngân hàng, và sử dụng tiền lãi nhận được, để sưởi ấm ngôi nhà bằng điện. Như mọi khi, sự thật nằm ở giữa. Nhìn về phía trước, hãy nói rằng, trong bài báo chúng ta sẽ chỉ nói về máy bơm nhiệt từ không khí sang nước... Đầu tiên, một lý thuyết nhỏ.
Máy bơm nhiệt là một “cỗ máy” lấy nhiệt từ nguồn cấp thấp và truyền vào nhà.
Nguồn nhiệt cho máy bơm nhiệt:
- không khí;
- Nước;
- đất đai.
Sơ đồ cấu tạo của bơm nhiệt.
Một điểm quan trọng: Máy bơm nhiệt không tạo ra nhiệt. Nó bơm nhiệt từ môi trường bên ngoài đến người tiêu dùng, nhưng để bơm nhiệt hoạt động thì cần phải có điện... Hiệu suất của máy bơm nhiệt được biểu thị bằng tỷ số giữa năng lượng nhiệt được bơm và nhiệt năng tiêu thụ từ mạng điện. Đại lượng này được gọi là hệ số hiệu suất (COP). Nếu các đặc tính kỹ thuật của máy bơm nhiệt cho biết COP = 3, thì điều này có nghĩa là máy bơm nhiệt bơm nhiệt nhiều hơn gấp ba lần so với lượng điện "tốn".
Có vẻ như đây là nó - giải pháp cho mọi vấn đề - nói một cách tương đối, sau khi tiêu tốn 1 kW điện trong một giờ, chúng ta, trong thời gian này, sẽ nhận được 3 kilowatt-giờ nhiệt cho hệ thống sưởi. Trên thực tế, kể từ khi chúng ta đang nói về máy bơm nhiệt nguồn không khí với một bộ phận bên ngoài được lắp đặt bên ngoài ngôi nhà, tỷ lệ biến đổi cho mùa nóng sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ bên ngoài. Trong những đợt sương giá nghiêm trọng (-25 - -30 ° C trở xuống) COP của ống dẫn khí giảm xuống mức thống nhất.
Điều này ngăn cản dân làng lắp đặt máy bơm nhiệt từ không khí sang nước - thiết bị trong đó nhiệt được bơm qua được sử dụng để làm nóng chất lỏng truyền nhiệt. Mọi người tin rằng đối với điều kiện của chúng tôi - không phải các khu vực phía nam của đất nước, máy bơm nhiệt địa nhiệt với bộ trao đổi nhiệt ngầm được chôn trong đất - một hệ thống ống đặt theo chiều ngang hoặc chiều dọc - là phù hợp nhất.
Điều này có đúng không?
kmvtgnFORUMHOUSE Trợ lý người điều hành
Tôi thường bắt gặp một huyền thoại rằng một máy bơm nhiệt không khí không hiệu quả trong thời tiết lạnh, nhưng một máy bơm nhiệt địa nhiệt chỉ có vậy. So sánh tỉ số truyền nhiệt của dụng cụ trong lò xo. Mạch địa nhiệt bị cạn kiệt sau mùa đông. Thật tốt nếu nhiệt độ ở đó khoảng 0 độ. Nhưng không khí đã ấm lên đủ rồi. Nhu cầu về nhiệt giảm, nhưng không biến mất vào mùa hè, bởi vì cần cung cấp nước nóng quanh năm.Máy bơm nhiệt địa nhiệt rất phù hợp cho những vùng có mùa đông khắc nghiệt và thời gian sưởi ấm lâu. Đối với Quận Liên bang phía Nam và Khu vực Matxcova, máy bơm nhiệt không khí vào nước cho thấy COP trung bình hàng năm tương đương với COP của địa nhiệt.
Nhiệt độ -20 - -25 ° C và thấp hơn ở khu vực Moscow không xảy ra thường xuyên và chỉ kéo dài vài ngày. Trung bình, mùa đông ở khu vực Moscow được đặc trưng bởi -7 - -12 ° C và thường xuyên tan băng với nhiệt độ tăng lên -3 - 0 độ. Do đó, trong phần lớn mùa nóng, HP không khí sẽ hoạt động với COP gần ba đơn vị.
Phương pháp tính toán máy bơm nhiệt
Tất nhiên, quá trình lựa chọn và tính toán một máy bơm nhiệt là một hoạt động kỹ thuật rất phức tạp và phụ thuộc vào các đặc tính riêng của đối tượng, nhưng nó có thể được rút gọn thành các giai đoạn sau:
Tổn thất nhiệt qua vỏ tòa nhà (tường, trần, cửa sổ, cửa ra vào) được xác định. Điều này có thể được thực hiện bằng cách áp dụng tỷ lệ sau:
Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) trong đó
tnar - nhiệt độ không khí bên ngoài (° С);
tvn - nhiệt độ không khí bên trong (° С);
S là tổng diện tích của tất cả các kết cấu bao quanh (m2);
n - hệ số chỉ ảnh hưởng của môi trường đến các đặc tính của đối tượng. Đối với phòng tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài qua các trần n = 1; đối với vật có tầng áp mái n = 0,9; nếu vật nằm phía trên tầng hầm n = 0,75;
β là hệ số tổn thất nhiệt bổ sung, phụ thuộc vào dạng kết cấu và vị trí địa lý của nó. β có thể thay đổi từ 0,05 đến 0,27;
RT - điện trở nhiệt, được xác định bằng biểu thức sau:
Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W), trong đó:
δі / λі là chỉ số tính toán về độ dẫn nhiệt của vật liệu sử dụng trong xây dựng.
αout là hệ số tản nhiệt của bề mặt ngoài của kết cấu bao quanh (W / m2 * оС);
αin - hệ số hấp thụ nhiệt của bề mặt bên trong của kết cấu bao quanh (W / m2 * оС);
- Nhiệt lượng mất mát toàn phần của kết cấu được tính theo công thức:
Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, trong đó:
Qi - tiêu thụ năng lượng để sưởi ấm không khí đi vào phòng qua các lỗ rò rỉ tự nhiên;
Qbp - tỏa nhiệt do hoạt động của các thiết bị gia dụng và hoạt động của con người.
2. Dựa trên số liệu thu được, tính nhiệt năng tiêu thụ hàng năm cho từng đối tượng cụ thể:
Qyear = 24 * 0,63 * Qt. nồi. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / giờ mỗi năm.) trong đó:
tвн - nhiệt độ không khí trong nhà được khuyến nghị;
tnar - nhiệt độ không khí bên ngoài;
tout.av - giá trị trung bình cộng của nhiệt độ không khí bên ngoài trong toàn bộ mùa sưởi;
d là số ngày của thời kỳ gia nhiệt.
3. Để phân tích đầy đủ, bạn cũng sẽ cần tính toán mức nhiệt năng cần thiết để làm nóng nước:
Qgv = V * 17 (kW / giờ mỗi năm.) Trong đó:
V là thể tích nước đun nóng hàng ngày đến 50 ° С.
Khi đó tổng nhiệt năng tiêu thụ sẽ được xác định theo công thức:
Q = Qgv + Qyear (kWh mỗi năm.)
Có tính đến các dữ liệu thu được, sẽ không khó để chọn máy bơm nhiệt phù hợp nhất để sưởi ấm và cung cấp nước nóng. Hơn nữa, công suất tính toán sẽ được xác định là. Qtn = 1,1 * Q, trong đó:
Qtn = 1,1 * Q, trong đó:
1,1 là hệ số hiệu chỉnh cho biết khả năng tăng tải trên máy bơm nhiệt trong khoảng thời gian nhiệt độ tới hạn.
Sau khi thực hiện tính toán máy bơm nhiệt, bạn có thể chọn máy bơm nhiệt phù hợp nhất có khả năng cung cấp các thông số vi khí hậu cần thiết trong các phòng có bất kỳ đặc tính kỹ thuật nào. Và với khả năng tích hợp hệ thống này với bộ điều khiển khí hậu, một sàn ấm có thể được chú ý không chỉ về chức năng mà còn về giá thành thẩm mỹ cao.
Tính toán công suất của máy bơm sưởi
Làm thế nào để tính toán công suất sưởi ấm của một máy bơm? Khi chọn một máy bơm cho hệ thống sưởi ấm, bạn cần chú ý đến điểm hoạt động mà từ đó hoạt động của nó bắt đầu. Nó sẽ được cài đặt tại cùng một điểm.
Tốc độ dòng chảy và áp lực nước sẽ là những chỉ số đặc trưng cho vị trí của máy bơm. Để đo lưu lượng nước, một giá trị chẳng hạn như mét khối nước trên giờ (tốc độ bơm trong hệ thống sưởi) được sử dụng và đầu được đo bằng mét. Các chỉ số như vậy phần lớn phụ thuộc vào đặc tính của máy bơm.
Khi tính toán một máy bơm để sưởi ấm, tốt nhất nên chọn một tùy chọn trong đó công suất của điểm bắt đầu của nó sẽ bằng công suất tiêu thụ của chính hệ thống sưởi ấm.
Mẫu này chỉ có thể được theo dõi trên một biểu đồ đặc biệt. Quy trình này sẽ giúp xác định xem một máy bơm cụ thể có phù hợp với hệ thống sưởi ấm của bạn hay không về chỉ số công suất của nó.
Dưới đây là công thức sẽ giúp bạn tìm ra công suất của máy bơm tuần hoàn để sưởi ấm:
P2 (kW) = (p * Q * H) / 367 * hiệu suất
Р là mức độ đậm đặc của nước;
Q là mức tiêu thụ nước;
Н - mức áp lực nước.
Như vậy, việc tính toán công suất máy bơm để sưởi ấm được thực hiện.
Bơm nhiệt các loại
Máy bơm nhiệt được chia thành ba loại chính theo nguồn năng lượng cấp thấp:
- Không khí.
- Sơn lót.
- Nước - Nguồn có thể là nước ngầm và nước mặt.
Đối với hệ thống làm nóng nước, phổ biến hơn, các loại máy bơm nhiệt sau được sử dụng:
Air-to-water là một máy bơm nhiệt kiểu không khí làm nóng một tòa nhà bằng cách hút không khí từ bên ngoài vào thông qua một bộ phận bên ngoài. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc của máy điều hòa nhiệt độ, chỉ có điều ngược lại là chuyển hóa năng lượng không khí thành nhiệt năng. Một máy bơm nhiệt như vậy không đòi hỏi chi phí lắp đặt lớn, không cần phải giao một khu đất cho nó và hơn nữa, để khoan giếng. Tuy nhiên, hiệu suất hoạt động ở nhiệt độ thấp (-25 ° C) giảm và cần phải có thêm nguồn nhiệt năng.
Thiết bị "nước ngầm" đề cập đến địa nhiệt và tạo ra nhiệt từ mặt đất bằng cách sử dụng một bộ thu nhiệt được đặt ở độ sâu dưới sự đóng băng của mặt đất. Ngoài ra, có sự phụ thuộc vào diện tích của địa điểm và cảnh quan, nếu bộ thu gom được đặt theo chiều ngang. Đối với một vị trí thẳng đứng, bạn sẽ cần phải khoan một cái giếng.
"Water-to-water" được lắp đặt ở nơi có nước hoặc mạch nước ngầm gần đó. Trong trường hợp thứ nhất, bể chứa được đặt dưới đáy của bể chứa, trong trường hợp thứ hai, một hoặc một số giếng được khoan, nếu diện tích của khu vực cho phép. Đôi khi độ sâu của mạch nước ngầm quá sâu, vì vậy chi phí lắp đặt một máy bơm nhiệt như vậy có thể rất cao.
Mỗi loại máy bơm nhiệt đều có ưu và nhược điểm riêng, nếu công trình ở xa bể chứa hoặc mạch nước ngầm quá sâu thì “thủy tức” sẽ không hoạt động. "Không khí-nước" sẽ chỉ phù hợp ở những vùng tương đối ấm, nơi nhiệt độ không khí trong mùa lạnh không xuống dưới -25 ° C.
Bơm nhiệt. Thiết kế sưởi ấm nhà
Trong hệ thống sưởi của một ngôi nhà, một máy bơm nhiệt (HP) đóng vai trò giống như một lò hơi, tức là nó là một máy phát nhiệt.
Sự khác biệt duy nhất là lò hơi đốt cháy nhiên liệu, trong khi HP “bơm ra” nhiệt năng từ các nguồn mà thoạt nhìn, nó không phong phú chút nào.
Đất và nước sông có nhiệt độ từ 5 - 7 độ, hoặc thậm chí không khí lạnh giá mùa đông, nhiệt độ nói chung là dưới không.
Những nguồn như vậy được gọi là tiềm năng thấp, và mặc dù chúng không liên quan đến khái niệm nhiệt theo bất kỳ cách nào, TH quản lý để "vắt" ra khỏi chúng một lượng năng lượng sống ấn tượng. Do đó, cần thêm nhiệt do động cơ điện của máy nén HP tạo ra: ở đây, không giống như tủ lạnh và máy điều hòa không khí, nó không bị lãng phí.
Phần còn lại của hệ thống sưởi dựa trên HP không khác với hệ thống thông thường: một chất mang nhiệt được sử dụng - nước hoặc không khí, nóng lên, chảy qua bộ trao đổi nhiệt, sau đó mang nhiệt đi khắp ngôi nhà. Sự tuần hoàn được cung cấp bởi một máy bơm (để đun nước) hoặc một quạt (cho không khí). Cũng giống như máy phát nhiệt truyền thống, HP có thể được kết nối đồng thời với mạch cấp nước nóng (DHW) có hoặc không có bình chứa (nồi hơi).
Bạn có biết rằng bạn có thể sưởi ấm ngôi nhà của mình gần như miễn phí không? Gia nhiệt địa nhiệt: nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của công nghệ, đọc kỹ.
Đọc về cách lắp đặt độc lập một lò hơi khí hai mạch để sưởi ấm một ngôi nhà riêng.
Ở Nga, sưởi ấm bằng hơi nước xuất hiện sớm hơn sưởi ấm bằng nước, nhưng hiện nay hệ thống như vậy hiếm khi được sử dụng. Tại đây https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/montazh-sistem-otopleniya/parovoe-otoplenie-v-chastnom-dome-sxema.html bạn sẽ tìm thấy tổng quan về các loại nồi hơi chính và phương pháp sưởi ấm bằng hơi nước.
Phương pháp tính toán công suất của máy bơm nhiệt
Ngoài việc xác định nguồn năng lượng tối ưu, cần phải tính toán công suất của máy bơm nhiệt cần thiết để sưởi ấm. Nó phụ thuộc vào lượng nhiệt thất thoát trong tòa nhà. Hãy tính toán công suất của một máy bơm nhiệt để sưởi ấm một ngôi nhà bằng cách sử dụng một ví dụ cụ thể.
Đối với điều này, chúng tôi sử dụng công thức Q = k * V * ∆T, trong đó
- Q là nhiệt lượng mất đi (kcal / giờ). 1 kWh = 860 kcal / h;
- V là thể tích của ngôi nhà tính bằng m3 (diện tích nhân với chiều cao của trần nhà);
- ∆Т là tỷ số giữa nhiệt độ tối thiểu bên ngoài và bên trong cơ sở trong thời kỳ lạnh nhất trong năm, ° С. Trừ bên ngoài khỏi bên trong;
- k là hệ số truyền nhiệt tổng quát của tòa nhà. Đối với công trình bằng gạch xây hai lớp k = 1; đối với một tòa nhà được cách nhiệt tốt k = 0,6.
Do đó, tính toán công suất của máy bơm nhiệt để sưởi ấm một ngôi nhà gạch 100 mét vuông và chiều cao trần 2,5 m, với chênh lệch ttº từ -30º bên ngoài đến + 20º bên trong, sẽ như sau:
Q = (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / giờ
12500/860 = 14,53 kW. Nghĩa là, đối với một ngôi nhà gạch tiêu chuẩn có diện tích 100 m, sẽ cần một thiết bị 14 kilowatt.
Người tiêu dùng chấp nhận lựa chọn loại và công suất của máy bơm nhiệt dựa trên một số điều kiện:
- đặc điểm địa lý của khu vực (gần các vùng nước, sự hiện diện của nước ngầm, khu vực miễn phí cho một nhà thu gom);
- đặc điểm của khí hậu (nhiệt độ);
- loại và khối lượng bên trong của phòng;
- cơ hội tài chính.
Xem xét tất cả các khía cạnh trên, bạn sẽ có thể đưa ra sự lựa chọn thiết bị tốt nhất. Để lựa chọn chính xác và hiệu quả hơn một máy bơm nhiệt, tốt hơn là liên hệ với các chuyên gia, họ sẽ có thể tính toán chi tiết hơn và cung cấp tính khả thi về kinh tế khi lắp đặt thiết bị.
Từ lâu và rất thành công, máy bơm nhiệt đã được sử dụng trong các tủ lạnh và máy điều hòa không khí trong nước và công nghiệp.
Ngày nay, những thiết bị này đã bắt đầu được sử dụng để thực hiện một chức năng ngược lại - sưởi ấm một ngôi nhà khi thời tiết lạnh giá.
Chúng ta hãy xem xét cách máy bơm nhiệt được sử dụng để sưởi ấm nhà riêng và những điều bạn cần biết để tính toán chính xác tất cả các thành phần của nó.
Công thức đếm
Các đường dẫn thất thoát nhiệt trong nhà
Máy bơm nhiệt hoàn toàn có thể đối phó với việc sưởi ấm không gian.
Để chọn đơn vị phù hợp với bạn, bạn nên tính toán công suất cần thiết của nó.
Trước hết, bạn cần hiểu cân bằng nhiệt trong tòa nhà. Đối với những phép tính này, bạn có thể sử dụng dịch vụ của các chuyên gia, một máy tính trực tuyến hoặc tự mình sử dụng một công thức đơn giản:
R = (k x V x T) / 860, trong đó:
R - công suất tiêu thụ của phòng (kW / giờ); k là hệ số thất thoát nhiệt trung bình của tòa nhà: ví dụ, bằng 1 - một tòa nhà được cách nhiệt hoàn hảo và 4 - một doanh trại làm bằng ván; V là tổng thể tích của toàn bộ căn phòng được sưởi ấm, tính bằng mét khối; T là chênh lệch nhiệt độ lớn nhất giữa bên ngoài và bên trong tòa nhà. 860 là giá trị cần thiết để chuyển đổi kcal thu được thành kW.
Trong trường hợp máy bơm nhiệt địa nhiệt nối nước, cũng cần tính toán chiều dài cần thiết của mạch sẽ ở trong bể chứa. Tính toán thậm chí còn đơn giản hơn ở đây.
Được biết, 1 mét thu nhiệt cho khoảng 30 watt. Nói cách khác, 1 kW công suất máy bơm cần 22 mét đường ống. Biết được công suất máy bơm cần thiết, chúng ta có thể dễ dàng tính toán được chúng ta cần bao nhiêu đường ống để làm một mạch.
Ví dụ tính toán bơm nhiệt
Chúng tôi sẽ chọn một máy bơm nhiệt cho hệ thống sưởi của ngôi nhà một tầng với tổng diện tích là 70 sq. m với chiều cao trần tiêu chuẩn (2,5 m), kiến trúc hợp lý và khả năng cách nhiệt của kết cấu bao quanh đáp ứng các yêu cầu của quy chuẩn xây dựng hiện đại. Để sưởi ấm quý 1. m của một vật như vậy, theo các tiêu chuẩn được chấp nhận chung, cần phải tiêu tốn 100 W nhiệt. Do đó, để sưởi ấm toàn bộ ngôi nhà, bạn sẽ cần:
Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW nhiệt năng.
Chúng tôi chọn một máy bơm nhiệt nhãn hiệu "TeploDarom" (model L-024-WLC) có công suất nhiệt W = 7,7 kW. Máy nén của tổ máy tiêu thụ điện năng N = 2,5 kW.
Tính toán hồ chứa
Đất tại vị trí được giao để xây dựng công trình thu gom là đất sét, mực nước ngầm cao (lấy nhiệt trị p = 35 W / m).
Công suất bộ thu được xác định theo công thức:
Qk = W - N = 7,7 - 2,5 = 5,2 kW.
L = 5200/35 = 148,5 m (ước chừng).
Dựa trên thực tế là không hợp lý khi đặt một mạch dài hơn 100 m do trở lực thủy lực quá cao, chúng tôi chấp nhận như sau: ống góp bơm nhiệt sẽ bao gồm hai mạch - dài 100 m và 50 m.
Diện tích của địa điểm sẽ cần được phân bổ cho người thu gom được xác định theo công thức:
S = L x A,
Trong đó A là bước giữa các phần liền kề của đường bao. Ta chấp nhận: A = 0,8 m.
Khi đó S = 150 x 0,8 = 120 sq. m.
Hoàn vốn bơm nhiệt
Khi một người mất bao lâu để trả lại tiền của mình đã đầu tư vào một thứ gì đó, điều đó có nghĩa là bản thân khoản đầu tư đó đã sinh lợi như thế nào. Trong lĩnh vực sưởi ấm, mọi thứ đều khá khó khăn, vì chúng tôi tự cung cấp cho mình sự thoải mái và nhiệt, và tất cả các hệ thống đều đắt tiền, nhưng trong trường hợp này, bạn có thể tìm kiếm một lựa chọn như vậy sẽ trả lại số tiền đã bỏ ra bằng cách giảm chi phí trong quá trình sử dụng. Và khi bạn bắt đầu tìm kiếm một giải pháp phù hợp, bạn so sánh tất cả mọi thứ: nồi hơi gas, máy bơm nhiệt hay nồi hơi điện. Chúng tôi sẽ phân tích hệ thống nào sẽ thanh toán nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Khái niệm hoàn vốn, trong trường hợp này, việc giới thiệu một máy bơm nhiệt để hiện đại hóa hệ thống cung cấp nhiệt hiện có, nói một cách đơn giản, có thể được giải thích như sau:
Có một hệ thống - một lò hơi gas riêng, cung cấp hệ thống sưởi và cung cấp nước nóng tự động. Có một hệ thống điều hòa không khí tách ra cung cấp một phòng lạnh. Đã lắp đặt 3 hệ thống phân chia trong các phòng khác nhau.
Và có một công nghệ tiên tiến tiết kiệm hơn - một máy bơm nhiệt sẽ làm nóng / làm mát nhà và làm nóng nước với số lượng phù hợp cho một ngôi nhà hoặc căn hộ. Cần phải xác định xem tổng chi phí thiết bị và chi phí ban đầu đã thay đổi bao nhiêu, đồng thời ước tính chi phí vận hành hàng năm của các loại thiết bị đã chọn đã giảm bao nhiêu. Và để xác định trong bao nhiêu năm, với số tiền tiết kiệm được, thiết bị đắt tiền hơn sẽ được đền đáp. Lý tưởng nhất là so sánh một số giải pháp thiết kế được đề xuất và lựa chọn giải pháp tiết kiệm chi phí nhất.
Chúng tôi sẽ thực hiện tính toán và vyyaski, thời gian hoàn vốn của một máy bơm nhiệt ở Ukraine là bao nhiêu
Hãy xem xét một ví dụ cụ thể
- Nhà 2 tầng, cách nhiệt tốt, tổng diện tích 150m2.
- Hệ thống phân phối nhiệt / sưởi: mạch 1 - hệ thống sưởi dưới sàn, mạch 2 - bộ tản nhiệt (hoặc các đơn vị cuộn dây quạt).
- Một lò hơi gas đã được lắp đặt để sưởi ấm và cung cấp nước nóng (DHW), ví dụ 24kW, mạch kép.
- Hệ thống điều hòa từ hệ thống tách cho 3 phòng của ngôi nhà.
Chi phí hàng năm cho việc sưởi ấm và đun nước
| Tối đa công suất sưởi của bơm nhiệt để sưởi ấm, kW | 19993,59 |
| Tối đacông suất tiêu thụ của bơm nhiệt khi hoạt động để sưởi ấm, kW | 7283,18 |
| Tối đa công suất làm nóng của bơm nhiệt để cung cấp nước nóng, kW | 2133,46 |
| Tối đa công suất tiêu thụ của bơm nhiệt trong quá trình hoạt động trên nguồn cấp nước nóng, kW | 866,12 |
- Chi phí ước tính của một phòng lò hơi với lò hơi đốt khí 24 kW (lò hơi, đường ống, hệ thống dây điện, bể chứa, đồng hồ đo, lắp đặt) là khoảng 1000 Euro. Một hệ thống điều hòa không khí (một hệ thống phân chia) cho một ngôi nhà như vậy sẽ có giá khoảng 800 euro. Tổng cộng với việc bố trí nhà lò hơi, công việc thiết kế, kết nối với mạng lưới đường ống dẫn khí và công việc lắp đặt - 6100 euro.
- Chi phí ước tính của máy bơm nhiệt Mycond với hệ thống cuộn dây quạt bổ sung, công việc lắp đặt và kết nối với nguồn điện là 6.650 euro.
- Tăng trưởng đầu tư là: К2-К1 = 6650 - 6100 = 550 euro (hoặc khoảng 16500 UAH)
- Giảm chi phí hoạt động là: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
- Thời gian hoàn vốn Tocup. = 16500/19608 = 0,84 năm!
Dễ sử dụng máy bơm nhiệt
Máy bơm nhiệt là thiết bị linh hoạt, đa chức năng và tiết kiệm năng lượng nhất để sưởi ấm gia đình, căn hộ, văn phòng hoặc cơ sở thương mại.
Hệ thống điều khiển thông minh với lập trình hàng tuần hoặc hàng ngày, tự động chuyển đổi cài đặt theo mùa, duy trì nhiệt độ trong nhà, chế độ tiết kiệm, điều khiển nồi hơi phụ, nồi hơi, máy bơm tuần hoàn, kiểm soát nhiệt độ trong hai mạch sưởi, là loại tiên tiến và hiện đại nhất. Điều khiển biến tần đối với hoạt động của máy nén, quạt, máy bơm, cho phép tiết kiệm năng lượng tối đa.
Tính toán chung và sắc thái
Cộng lượng điện tiêu thụ để sưởi ấm và cung cấp nước nóng, chúng ta sẽ có tổng chi phí vận hành máy bơm nhiệt. Nhưng hai sắc thái vẫn còn, đó là:
- Các nhà sản xuất máy bơm nhiệt thường đánh giá quá cao dữ liệu. Ví dụ, họ không tính đến chi phí vận hành máy bơm bơm nước qua hệ thống sưởi. Đôi khi âm mưu COP không phải là sự thật.
- Khi không sử dụng nước nóng, nó ở trong bồn chứa và nguội dần. Máy bơm nhiệt sẽ duy trì nhiệt độ của nó, điều này cũng tiêu tốn điện năng.
Hoạt động của bơm nhiệt khi làm việc theo sơ đồ nước ngầm
Người thu gom có thể được chôn theo ba cách.
Tùy chọn ngang
Các đường ống được đặt trong các rãnh giống như một con rắn đến độ sâu vượt quá độ sâu của đất đóng băng (trung bình - từ 1 đến 1,5 m).
Một nhà sưu tập như vậy sẽ yêu cầu một khu đất có diện tích đủ lớn, nhưng bất kỳ chủ nhà nào cũng có thể xây dựng nó - không cần kỹ năng nào, ngoài khả năng làm việc với một cái xẻng.
Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc chế tạo một bộ trao đổi nhiệt bằng tay là một quá trình khá tốn công sức.
Tùy chọn dọc
Các ống dẫn nước dạng vòng tròn có hình chữ “U” được ngâm trong các giếng có độ sâu từ 20 đến 100 m, nếu cần thiết có thể xây dựng một số giếng như vậy. Sau khi lắp đặt các đường ống, thành giếng được đổ vữa xi măng.
Ưu điểm của bộ thu thẳng đứng là cần một diện tích rất nhỏ để xây dựng nó. Tuy nhiên, không có cách nào để tự mình khoan giếng sâu hơn 20 m - bạn sẽ phải thuê một đội thợ khoan.
Tùy chọn kết hợp
Bộ thu này có thể được coi là một loại nằm ngang, nhưng cần ít không gian hơn để xây dựng nó.
Một giếng tròn được đào trên khu vực này với độ sâu 2 m.
Các ống trao đổi nhiệt được đặt theo hình xoắn ốc, do đó mạch điện giống như một lò xo được lắp đặt theo phương thẳng đứng.
Sau khi hoàn thành công việc lắp đặt, giếng được lấp đầy. Như trong trường hợp của một thiết bị trao đổi nhiệt ngang, tất cả các khối lượng công việc cần thiết có thể được thực hiện bằng tay.
Bộ thu được đổ đầy dung dịch chống đông - chống đông hoặc ethylene glycol. Để đảm bảo sự lưu thông của nó, một máy bơm đặc biệt được cắt vào mạch.Sau khi hấp thụ nhiệt của đất, chất chống đông sẽ đi đến thiết bị bay hơi, nơi trao đổi nhiệt diễn ra giữa nó và chất làm lạnh.
Cần lưu ý rằng việc khai thác nhiệt không giới hạn từ đất, đặc biệt là khi bộ thu nhiệt được đặt theo phương thẳng đứng, có thể dẫn đến những hậu quả không mong muốn đối với địa chất và sinh thái của khu vực. Vì vậy, trong thời kỳ mùa hè, việc vận hành máy bơm nhiệt kiểu “đất - nước” ở chế độ ngược lại - điều hòa là rất mong muốn.
Hệ thống sưởi bằng gas có nhiều ưu điểm, và một trong những ưu điểm chính là chi phí gas thấp. Làm thế nào để trang bị hệ thống sưởi trong nhà bằng gas, bạn sẽ được gợi ý bởi sơ đồ sưởi ấm của một ngôi nhà riêng với lò hơi gas. Xem xét các yêu cầu về thiết kế và thay thế hệ thống sưởi.
Đọc về các tính năng của việc lựa chọn tấm pin mặt trời để sưởi ấm gia đình trong chủ đề này.
Hiệu quả và COP
Nó cho thấy rõ ràng rằng ¾ năng lượng chúng ta nhận được từ các nguồn miễn phí. (Bấm để phóng to)
Đầu tiên, hãy xác định theo các thuật ngữ:
- Hiệu quả - hệ số hiệu quả, tức là Năng lượng hữu ích thu được là bao nhiêu phần trăm của năng lượng chi cho hoạt động của hệ thống;
- COP - hệ số hiệu suất.
Làm thế nào để tạo ra một nồi hơi thức ăn viên bằng tay của chính bạn, hãy đọc bài viết này:
Một chỉ số như hiệu suất thường được sử dụng cho mục đích quảng cáo: "Hiệu suất của máy bơm của chúng tôi là 500%!" Có vẻ như họ nói sự thật - đối với 1 kW năng lượng tiêu thụ (cho hoạt động đầy đủ của tất cả các hệ thống và đơn vị), họ tạo ra 5 kW năng lượng nhiệt.
Tuy nhiên, hãy nhớ rằng hiệu suất không thể cao hơn 100% (chỉ số này được tính cho các hệ thống kín), vì vậy sẽ hợp lý hơn nếu sử dụng chỉ số COP (được sử dụng để tính toán các hệ thống mở), cho biết hệ số chuyển đổi của năng lượng đã sử dụng thành năng lượng hữu ích.
Thông thường COP được đo bằng số từ 1 đến 7. Số càng cao thì máy bơm nhiệt càng hoạt động hiệu quả. Trong ví dụ trên (ở hiệu suất 500%), COP là 5.
Tính toán bộ thu nhiệt bơm ngang
Hiệu quả của bộ thu nhiệt nằm ngang phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường mà nó được ngâm, độ dẫn nhiệt của nó và diện tích tiếp xúc với bề mặt ống. Phương pháp tính toán khá phức tạp, do đó, trong hầu hết các trường hợp, dữ liệu trung bình được sử dụng.
Người ta tin rằng mỗi mét của bộ trao đổi nhiệt cung cấp cho HP sản lượng nhiệt sau:
- 10 W - khi chôn trong đất cát hoặc đá khô;
- 20 W - đất sét khô;
- 25 W - đất sét ướt;
- 35 W - đất sét rất ẩm.
Do đó, để tính chiều dài của ống góp (L), nhiệt điện yêu cầu (Q) phải được chia cho nhiệt trị của đất (p):
L = Q / p.
Các giá trị đã cho chỉ có thể được coi là hợp lệ nếu các điều kiện sau được đáp ứng:
- Lô đất phía trên không xây dựng, không có bóng râm, trồng cây, bụi rậm.
- Khoảng cách giữa các vòng xoắn liền kề của đường xoắn ốc hoặc các phần của "con rắn" ít nhất là 0,7 m.
Cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt
Bất kỳ máy bơm nhiệt nào cũng có môi chất làm việc được gọi là môi chất lạnh. Thông thường freon hoạt động trong khả năng này, ít thường là amoniac. Bản thân thiết bị chỉ bao gồm ba thành phần:
Thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ là hai bồn chứa trông giống như các ống cong dài - cuộn dây. Bình ngưng được kết nối ở một đầu với đầu ra máy nén và thiết bị bay hơi với đầu vào. Các đầu của cuộn dây được nối với nhau và một van giảm áp được lắp đặt ở điểm nối giữa chúng. Dàn bay hơi tiếp xúc - trực tiếp hoặc gián tiếp - với môi chất nguồn, và dàn ngưng tiếp xúc với hệ thống sưởi ấm hoặc DHW.
Cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt
Hoạt động của HP dựa trên sự phụ thuộc lẫn nhau của thể tích khí, áp suất và nhiệt độ. Đây là những gì xảy ra bên trong thiết bị:
- Amoniac, freon hoặc chất làm lạnh khác, di chuyển dọc theo dàn bay hơi, nóng lên từ môi trường nguồn, ví dụ, đến nhiệt độ +5 độ.
- Sau khi đi qua thiết bị bay hơi, khí đến máy nén, bơm nó đến bình ngưng.
- Chất làm lạnh do máy nén xả ra được giữ trong bình ngưng bằng van giảm áp, do đó áp suất của nó ở đây cao hơn ở thiết bị bay hơi. Như bạn đã biết, với áp suất tăng, nhiệt độ của bất kỳ chất khí nào cũng tăng. Đây chính xác là những gì xảy ra với chất làm lạnh - nó nóng lên đến 60-70 độ. Vì bình ngưng được rửa bởi chất làm mát lưu thông trong hệ thống sưởi, nên bình ngưng cũng nóng lên.
- Chất làm lạnh được xả từng phần nhỏ qua van giảm áp đến thiết bị bay hơi, tại đây áp suất của nó lại giảm xuống. Chất khí nở ra và nguội đi, và vì một phần nội năng đã bị nó mất đi do trao đổi nhiệt ở giai đoạn trước, nên nhiệt độ của nó giảm xuống dưới +5 độ ban đầu. Sau thiết bị bay hơi, nó lại nóng lên, sau đó được máy nén bơm vào bình ngưng - và cứ tiếp tục như vậy theo vòng tròn. Về mặt khoa học, quá trình này được gọi là chu trình Carnot.
Nhưng máy bơm nhiệt vẫn mang lại lợi nhuận rất cao: với mỗi kW * h điện năng sử dụng, có thể thu được từ 3 đến 5 kW * h nhiệt.
Lựa chọn môi trường bên ngoài
Máy bơm nhiệt cần có nguồn nhiệt bên ngoài để hoạt động. Nó có thể là không khí bên ngoài, hoặc nước từ hồ chứa hoặc giếng. Do đó, những điều sau có thể được sử dụng:
- nhiệt độ không khí ngoài trời từ –3 đến +15 ° С
- không khí của hệ thống thông gió thải ra khỏi phòng (từ +15 đến +25 ° С)
- lòng đất (+ 4 ... + 10 ° C) và nước trên mặt đất (khoảng + 10 ° C)
- nước hồ và sông (+ 5 ... + 10 ° С)
- lớp bề mặt đất của trái đất (dưới độ sâu đóng băng; + 3 ... + 9 ° С)
- lớp sâu của trái đất (sâu hơn 6 m; +8 ° С).
