Как работи термопомпата вода-вода и как да си я направите сами

Характеристики на оборудването

През 70-те години в Америка забележителният изобретател Юджийн Френет показва на света своето творение - термопомпата Френет, наречена на името на своя откривател.

Тя е забележителна на първо място с това, че ефективността ѝ надхвърля 100 %. Някои вярват в 700 и 1000 процента, но скептиците не ги подкрепят - в крайна сметка това е преувеличение.

Обхватът на приложенията на помпата Frenette не се ограничава само до дома. Той се използва успешно в промишлеността.

По едно време това устройство е било много популярно, така че ентусиастите са изучавали неговата схема, като все повече са усъвършенствали дизайна на термопомпата.

Основният принцип остава същият: създателят на устройството предлага просто, но гениално по своята простота изобретение. Всичко това се основава на топлината, генерирана от триенето.

Когато той за първи път представя термопомпата Frenette, схемата е следната:

• Два идеално оразмерени цилиндъра: по-малък в по-голям. В малката пролука между тях има масло.
• Малкият двигател е оборудван с вентилатор от едната страна и двигател (електромотор) от другата.
• Външният корпус е с въздушни отвори, а устройството е оптимизирано с термостат.

Сега нека разберем как приблизително функционираше това устройство, което по своята конструкция се различава от повечето обичайни и познати ни устройства за контрол на климата.

Въртенето на малък цилиндър загрява маслото. Вентилаторът разпръсква топлия въздух в помещението.

Въпреки че тази система се нарича термопомпа, машината Frenette е само нагревател в правилния смисъл на думата.

Термопомпата трябва да работи по обратния принцип на Карно, като преобразува ниския потенциал на околната среда във висок потенциал на топлинна енергия. Тук няма такова нещо.

Мнозина са се опитвали да трансформират изобретението, включително и самият му създател. Поради това могат да се намерят различни видове помпи Frenette.

Структурните разлики от описаните по-горе нюанси могат да бъдат, например, следните:

Барабанът с цилиндрите е в хоризонтално положение, с вал, минаващ през центъра, чийто край стърчи навън. Няма вентилатор, той обикновено се замества от радиатор или охлаждащата течност се подава директно към системата.

Важно е да се гарантира, че системата е херметически затворена. Изглед на два барабана с работно колело между тях. Нагрятото масло се изхвърля от работното колело в пространството между ротора и корпуса на помпата, което осигурява максимална производителност.
Неконвенционален тип помпа Frenette, разработена от учени от Хабаровск

Маслото е заменено с вода, а основата е елемент с форма на гъба. Получената при нагряването и кипенето пара се движи по каналите със скорост до 135 метра в минута. Тази конструкция е в състояние да съществува без никакво влагане на енергия. Използва се само за промишлени цели.

Нагрятото масло се изхвърля от работното колело в пространството между ротора и корпуса на помпата, което осигурява максимална производителност.
Неконвенционален тип помпа Frenette, разработена от учени от Хабаровск. Маслото е заменено с вода, а основата е елемент с форма на гъба. Получената при нагряването и кипенето пара се движи по каналите със скорост до 135 метра в минута. Тази конструкция е в състояние да съществува без никакво влагане на енергия. Използва се само за промишлени цели.

Технология на монтажа на термопомпата

Нека разгледаме подробно схемата на сътворението и сглобяването:

1. Извършете изчислението на помпата. Можете да направите това с помощта на специален калкулатор, който съотнася площта на отопляваните помещения към капацитета на системата. Най-общо процесът на изчисление е следният: Калкулаторът използва въведените данни (площ на помещението и височина на тавана), преобразува ги в обем и извежда препоръка за практическия капацитет на помпата за конкретния случай.
2. Избор на подходящ компресор. Веднага ще уточним един момент (за майсторите "майстори"): компресорът в термопомпата никога не се създава ръчно, тъй като ефективността на работата му зависи от работния капацитет на системата като цяло и дори най-малкият дефект ще бъде достатъчен за повреда на всички конструктивни елементи на помпата. Оптималният избор трябва да се основава на изчисления капацитет на помпата: капацитетът на компресора трябва да е около 1/3 от възможната топлинна мощност на помпата.
3. Конструкция на изпарителя. Процесът е сравнително прост, ако се отнасяте сериозно към него и внимавате по време на работа. Затова като този елемент може да се използва пластмасов резервоар с капак. По вътрешната страна на резервоара се опъва медна намотка, чиято дължина и диаметър трябва да се определят предварително. Първо изчислете площта на тръбата по формулата P=M/0.8ΔT. M е капацитетът на помпата, а ΔT е температурната разлика. Резултатът се измерва с площта на един метър тръба. Поставете надлежно огънатата тръба в резервоара, като водите краищата отгоре и отдолу. След това монтирайте два извода (метални съединители). След това свържете два маркуча към тях: маркуч за налягане в горната част и маркуч за изпускане в долната част (за източване на водата).
4. Сега можете да започнете процеса на сглобяване на кондензатора. Между другото, процесът на сглобяване на изпарителя е почти идентичен, с единствената разлика, че вместо полимерен резервоар се използва резервоар от неръждаема стомана и в структурата циркулира вече загрята охлаждаща течност.
5. Накрая, но не на последно място, е сглобяването на всички компоненти. Така че, на първо място, компресорът се монтира върху подготвената платформа/основа. След това горният извод на кондензатора се свързва към неговата изпускателна връзка, а долният извод на кондензатора се свързва към извода на изпарителя. За тази цел се използва медна тръба, чийто диаметър трябва да съответства на диаметъра на намотките, монтирани в конструктивните елементи на системата. Остава да свържете горната връзка на изпарителя към смукателната връзка на компресора. Хладилният агент вече може да се напълни.

Това е краят на разглеждането на характеристиките на термопомпата вода-вода и технологията на нейното инсталиране със собствените си ръце. Бъдете много внимателни при извършване на всички дейности. Късмет!

Термопомпа въздух/вода

Монтаж и експлоатация на термопомпа AIR-WATER

Въздухът като източник на нискотемпературна топлинна енергия

Теоретично въздухът може да се използва като източник на нискотемпературна топлинна енергия, независимо от неговата температура. На практика термопомпите въздух-вода са ефективни при температури на въздуха до -15 °C. Днес се продават помпи, които работят при температура от -25 C, но засега цената им е твърде висока, което прави този вид топлинно оборудване недостъпно за масовия потребител.

В най-примитивната си форма термопомпата "въздух-вода" може да бъде представена като климатик, използван за охлаждане на околната среда и изхвърляне на "допълнителна" топлина в отопляемото пространство.

Термопомпата въздух-вода не изисква изкопаване на ями или сондажи, полагане на тръбопроводи на дъното на резервоари или изграждане на вертикални колектори, необходими за задействане на термопомпите вода-вода или земя-вода. Тя е лесна за използване и същевременно осигурява евтина топлина за отопление на дома.

Подобно на климатичните системи, термопомпите от този тип могат да бъдат проектирани в 2 варианта:

• Като сплит система, състояща се от 2 блока, свързани с комуникации
• Като моноблок

Моноблокът обикновено е единично устройство, монтирано вътре или извън къщата. При монтаж на закрито трябва да се запази свободен въздуховод за всмукване на въздух. Външният монтаж е за предпочитане, тъй като позволява компресорът, като източник на шум, да бъде разположен извън сградата.

Много производители вече произвеждат термопомпи въздух-вода под формата на моноблокове. Това е удобно и практично, тъй като позволява свободното преместване и инсталиране на помпата без сложна инсталация и окабеляване. Единственият недостатък е ниският капацитет на този тип помпи: от 3 до 16 kW.

Сплит системата е разделена на два блока, единият от които включва кондензатор и система за автоматично управление. Той се монтира на закрито. Вторият (външен) блок включва компресор. Икономическа целесъобразност за инсталиране на термопомпи въздух-вода

Термопомпите въздух-вода са ефективни при положителни външни температури. Те са намерили широко приложение в южните райони на страната ни: в Кубан, Ставрополския край и др., където силните студове са рядкост, а зимните температури рядко падат под нулата.

Това не означава, че в други райони на страната ни с по-тежки климатични условия не могат да се използват термопомпи от този тип. Съвсем не. Просто ефективността на помпата въздух-вода намалява с намаляването на температурата на въздуха, а разходите за енергия, необходими за захранване на помпата, се увеличават едновременно.

Ето защо пригодността на термопомпата за минусови температури, както и изборът на оборудването според необходимата мощност, трябва да се извършват от квалифицирани топлотехници.

Към днешна дата най-добрият вариант е използването на термопомпата "въздух-вода" за отопление и топла вода при положителни температури на околната среда и включването на котел или друг източник на топлина в работата, когато настъпят студове.

Още едно условие за използване на термопомпата за отопление на къщата е високата топлинна ефективност на конструкцията, като в нея липсват топлинните загуби, свързани с некачествена топлоизолация и течения.

Какъв е принципът на термопомпата?

Тази система се състои от термопомпа и устройство за приемане и разпределение на топлина. Вътрешната схема на термопомпата използва компресор, изпарител, дроселова клапа и кондензатор. Електричеството е необходимо само за работата на компресора.

Принципът на уреда е разработен още през 19-ти век. Още тогава той е наречен "цикъл на Карно". Работата на помпата е следната:

• в колектора се подава незамръзваща смес, която може да бъде вода с алкохол, солен разтвор или гликолова смес. Задачата му е да абсорбира топлинната енергия и да я пренася към помпата;
• в изпарителя енергията се предава на хладилния агент, който започва да кипи и се превръща в пара;
• В резултат на увеличаването на налягането в компресора температурата се повишава;
• Чрез кондензатора цялата топлинна енергия се предава на отоплителната среда в къщата, при което хладилният агент се охлажда и се превръща в течно състояние и се връща в колектора.

Предимства и недостатъци

Монтирането на помпата и свързването ѝ към отоплителната система има няколко предимства:

• Автономност - от централизирания елемент си струва да се подчертае само връзката с електрическата мрежа.
• Значителна икономия на скъпи енергоносители, те се използват за отопление и ви позволяват да намалите финансовите разходи за комунални услуги. От 1 kW електроенергия устройството произвежда от 3 до 7 kW топлина - най-високите коефициенти сред котлите, които работят с различни горива.
• Безопасност за околната среда - оборудването не уврежда околната среда и здравето на жителите.
• Огнеустойчивост и незапалимост на елементите. Такава помпа не прегрява, не изгаря и не отделя въглероден оксид.

• Устройството може да охлажда или повишава температурата в помещението, като създава подходящ климат в помещението. Подходящ е за работа както през зимата, така и през лятото.
• Дълъг живот - средно системата може да издържи 40-50 години, а при правилен монтаж и комфортни условия на работа животът се удължава с още няколко години.
• Тиха работа - системата се управлява автоматично, което е много удобно.
• Не се нуждаете от разрешение за инсталиране на помпата, като например за инсталиране на газово оборудване. Купувайте и инсталирайте всеки модел на устройството по всяко време, без да преминавате през различни органи и без да чакате разрешение.

Но както всяко оборудване, и тези помпи имат недостатъци:

• Придобиването и инсталирането на устройството е доста скъпо и не всеки може да си го позволи. Възвръщаемостта на инвестицията зависи от интензивността на използване. Но дори в най-добрия случай покупката ще се изплати за поне 5 години.
• Инсталацията трябва да се извърши от специалист и изисква сондажи и друго оборудване за инсталиране на геотермална помпа с вертикален кръг на дълбочина до 200 m. Можете да го инсталирате сами, ако имате необходимите знания и инструменти.
• В региони, където зимните температури падат под -15 градуса, трябва да се използва друг източник на топлина. Например двукомпонентна отоплителна система, при която устройството отоплява помещението, докато навън е -20 градуса. Когато той не изпълнява задачите си, се включва електрически нагревател или газов котел.

Циркулационните помпи са търсени от собствениците на жилища и фирми, които се помещават в нискоетажни сгради. Тези устройства са получили само положителни отзиви.

Използването на термопомпи за отопление на дома е преди всичко значителна финансова икономия. Отоплителната система с термопомпа, използваща земята, се счита за най-ефективна. Месечните разходи са много по-ниски от тези за отопление с газ или пелети. С инсталирането на термопомпа потребителят получава едновременно климатизация и ефективно отопление на дома в една конструкция. Някои модели могат да се управляват дистанционно, например чрез смартфон по интернет или чрез термостат, който се намира в къщата. А чрез инсталиране на слънчеви колектори или батерии можете да направите системата напълно автономна и изобщо да не се притеснявате за нарастващите сметки за енергия.

Основни видове геотермални термопомпи

Съществуват общо четири вида специализирани колектори, които осигуряват топлинна енергия. Те включват:

• Хоризонтални термопомпи, разположени на дълбочина около метър и половина - точно на ниво, което е по-дълбоко от замръзването на почвата. Този вариант е предпочитан за жилищни имоти.
• Вертикални термопомпи, разположени в специални сондажи с дълбочина около сто и петдесет метра. Това решение е подходящо, когато площта за хоризонтална верига просто не е налична.
• Водните помпи, работещи на основата на земята, включват циркулация на вода през геотермална термопомпена система, която действа като работен топлообменник. След като премине през цялата верига, последната стъпка е безопасното му връщане на земята.
• Водните термопомпи са най-привлекателният вариант от гледна точка на разходите. Те могат да се поставят във всеки воден басейн, чиято дълбочина на замръзване е по-голяма от дълбочината на инсталиране. Също така по време на монтажа трябва да се спазват съществуващите изисквания за обема на водата в езерото и размера на езерото.

Днес и четирите вида колектори се използват доста широко и се избират в зависимост от условията на експлоатация и възможностите на потребителя - характеристики на сградата, бюджет и т.н.

Препоръчително оборудване

Избор на тип термопомпа

Най-важното при тази отоплителна система е мощността. Мощността ще окаже голямо влияние и върху финансовите разходи за закупуване на оборудването и избора на вида на нискотемпературния източник на топлина, който да се избере. Колкото по-висока е мощността на термопомпената система, толкова по-висока е цената на компонентите.

Това се отнася най-вече до капацитета на компресора, дълбочината на сондажите за геотермални сонди или площта на хоризонталния колектор. Правилните термодинамични изчисления са своеобразна гаранция, че системата ще работи ефективно.

Ако в близост до имота има воден басейн, термопомпата вода-вода е най-рентабилният и ефективен избор.

От друга страна, използването на земна топлина е свързано с много изкопни работи. Системите, които използват водната среда като нископотенциална топлина, се считат за най-ефективни.

Изграждането на термопомпа, която извлича топлинна енергия от земята, е свързано с впечатляващо количество изкопни работи. Колекторът трябва да се монтира под нивото на сезонното замръзване.

Енергията на земята може да се използва по два начина. Първият включва пробиване на сондажи с диаметър 100-168 mm. В зависимост от параметрите на системата тези сондажи могат да бъдат дълбоки до 100 метра и повече.

В тези сондажи се поставят специални сонди. При втория метод се използва тръбен колектор. Този колектор е разположен под земята в хоризонтална равнина. Този вариант изисква достатъчно голяма площ.

Изграждането на един дълбок кладенец за добив на топлина може да не е много по-евтино от изкопаването на яма

Но голямото предимство е значителното спестяване на място, което е важно за собствениците на малки парцели. В случай на високо ниво на подпочвените води топлообменниците могат да бъдат изградени в два кладенеца, разположени на около 15 m един от друг. В случай на високо ниво на подпочвените води топлообменниците могат да се монтират в два сондажа на разстояние 15 m един от друг.

В случай на високо ниво на подпочвените води в района топлообменниците могат да бъдат разположени в два кладенеца на разстояние около 15 m един от друг.

Топлината се извлича в такива системи чрез изпомпване на подпочвени води през затворен кръг, чиито части са разположени в сондажите. Такава система изисква монтиране на филтър и периодично почистване на топлообменника.

Най-простата и най-евтина схема на термопомпа се основава на извличане на топлинна енергия от въздуха. Някога той е бил в основата на хладилниците, а по-късно по неговите принципи са разработени климатици.

Най-простата термопомпена система получава енергия от въздушната маса. Той участва в отоплението през лятото и в климатизацията през зимата. Недостатъкът на системата е, че в самостоятелен вариант устройството с недостатъчен капацитет

Ефективността на различните видове това оборудване не е еднаква. Помпите, които използват въздух, са с най-ниска ефективност. Освен това тези стойности са в пряка зависимост от метеорологичните условия.

Топлинните помпи с наземно захранване имат стабилна работа. Коефициентът на ефективност на тези системи варира от 2,8 до 3,3. Системите вода-вода са с най-висока ефективност. Това се дължи главно на стабилността на температурата на източника.

Основният параметър, който характеризира ефективността на термопомпата, е нейният коефициент на преобразуване. Колкото по-висок е коефициентът на преобразуване, толкова по-ефективна се счита термопомпата.

Коефициентът на преобразуване на термопомпата се изразява като съотношение между топлинната мощност и електрическата мощност, необходима за работата на компресора.

Избор на тип термопомпа

Основният показател за този тип отоплителна система е мощността. Капацитетът ще окаже голямо влияние и върху финансовите разходи за закупуване на оборудването и избора на нискотемпературен източник на топлина, който да се използва. Колкото по-голям е капацитетът на термопомпената система, толкова по-висока е цената на компонентите.

На първо място, това се отнася до капацитета на компресора, дълбочината на сондажите за геотермални сонди или площта за разполагане на хоризонтален колектор. Правилните термодинамични изчисления са своеобразна гаранция, че системата ще работи ефективно.

Термопомпата вода-вода е най-рентабилният и ефективен избор, ако в близост до частния имот има воден басейн.

Най-напред трябва да разгледате мястото, където възнамерявате да монтирате помпата. Идеалното условие е на територията на парцела да има водоем. Използването на варианта "вода-вода" значително намалява земните работи.

От друга страна, използването на земна топлина е свързано с много изкопни работи. Системите, които използват водната среда като нископотенциална топлина, се считат за най-ефективни.

Изграждането на термопомпа, която извлича топлинна енергия от земята, е свързано с впечатляващо количество изкопни работи. Колекторът е разположен под сезонното ниво на замръзване

Земната енергия може да се използва по два начина. Първият включва пробиване на сондажи с диаметър 100-168 mm. В зависимост от параметрите на системата тези сондажи могат да бъдат дълбоки до 100 метра и повече.

В тези сондажи се поставят специални сонди. При втория метод се използва тръбен колектор. Този колектор е разположен под земята в хоризонтална равнина. За този вариант е необходима достатъчно голяма площ.

Идеалните места за полагане на колектора са местата с влажна почва. Естествено, сондажите са по-скъпи от хоризонталните колектори. Не всеки парцел обаче разполага със свободно място. За един kW мощност на термопомпата е необходима площ от 30 до 50 m².

Изграждането на един дълбок кладенец за добив на топлина може да не е много по-евтино от изкопаването на яма

Но голямо предимство е значителното спестяване на място, което е важно за собствениците на малки парцели. В случай на високо ниво на подпочвените води в парцела, топлообменниците могат да се изградят в два кладенеца, разположени на около 15 m един от друг.

В случай на високо ниво на подпочвените води в района топлообменниците могат да бъдат разположени в два кладенеца на разстояние около 15 m един от друг.

Топлината се извлича в такива системи чрез изпомпване на подпочвени води през затворен кръг, чиито части са разположени в сондажите. Такава система изисква монтиране на филтър и периодично почистване на топлообменника.

Най-простата и най-евтина схема на термопомпа се основава на извличане на топлинна енергия от въздуха. Някога той е бил в основата на хладилниците, а по-късно по неговите принципи са разработени климатици.

Най-простата термопомпена система получава енергия от въздушната маса. Използва се за отопление през лятото и за климатизация през зимата. Недостатъкът на системата е, че в самостоятелен вариант устройството с недостатъчен капацитет

Ефективността на различните видове това оборудване не е еднаква. Помпите, които използват въздух, са с най-ниска ефективност. Освен това тези стойности са в пряка зависимост от метеорологичните условия.

Топлинните помпи с наземно захранване имат стабилна работа. Коефициентът на ефективност на тези системи варира от 2,8 до 3,3. Системите вода-вода са с най-висока ефективност. Това се дължи главно на стабилността на температурата на източника.

Трябва да се отбележи, че колкото по-дълбоко в езерото е разположен помпеният колектор, толкова по-стабилна ще бъде температурата. За да се получи мощност на системата от 10 kW, са необходими около 300 метра тръбопроводи.

Основният параметър, който характеризира ефективността на термопомпата, е нейният коефициент на преобразуване. Колкото по-висок е коефициентът на преобразуване, толкова по-ефективна е термопомпата.

Коефициентът на преобразуване на термопомпата се изразява чрез съотношението между топлинния поток и електрическата енергия, изразходвана за работата на компресора.

Приложение на термопомпи в руския климат

След като прочетете горните описания на различните видове термопомпи, можете лесно да си отговорите на въпроса коя помпа е най-подходяща за използване в руския климат.

Въздушните термопомпи са подходящи за използване само в ограничен брой региони на нашата страна - там, където зимните температури почти не падат под нулата. Разбира се, жителите на Сибир, Далечния изток и северната част на европейска Русия не трябва дори да мислят за въздушни термопомпи.

Прилагането на водни термопомпи е свързано с много ограничения. Вече разказахме за някои от тях, остава да споменем още един. Повече от половината от територията на страната ни се намира в зона на вечна замръзналост. Дори ако жител на Източен Сибир или на северната част на Далечния изток има късмет и на неговия парцел има подпочвени води, които не са твърде дълбоки, те все още са под формата на лед и следователно не са подходящи за използване в отоплителната система.

Така повечето наши сънародници трябва да разчитат на единствения печеливш вариант - термопомпа за подпочвени води. В този случай, в условията на руския климат, по-подходяща е помпа с геотермална сонда, а не хоризонтален колектор, което позволява да се достигне дълбочина, където температурата на земята е по-стабилна.