Kas ir gaisa siltumsūknis - ierīce un iespējas. Patiesība par siltumsūkņiem Gaisa siltumsūkņi

Siltumsūknis ir ierīce, kas ļauj pārnest siltumenerģiju no mazāk uzkarsēta ķermeņa uz karstāku ķermeni, paaugstinot tā temperatūru. Pēdējos gados siltumsūkņi ir ļoti pieprasīti kā alternatīvās siltumenerģijas avots, kas ļauj iegūt patiešām lētu siltumu, nepiesārņojot vidi.

Mūsdienās tos ražo daudzi siltumtehnikas iekārtu ražotāji, un vispārējā tendence ir tāda, ka tuvākajos gados siltumsūkņi ieņems vadošo pozīciju starp apkures iekārtām.

Parasti izmanto siltumsūkņus gruntsūdens siltums, kuras temperatūra visu gadu ir aptuveni vienā līmenī un ir + 10C, vides vai ūdenstilpju siltums.

To darbības princips ir balstīts uz to, ka jebkuram ķermenim, kura temperatūra ir virs absolūtās nulles, ir siltumenerģijas rezerve, kas ir tieši proporcionāla tā masai un īpatnējai siltuma jaudai. Ir skaidrs, ka jūrās, okeānos, kā arī pazemes ūdeņos, kuru masa ir liela, ir milzīgs siltumenerģijas krājums, kura daļēja izmantošana mājokļa apkurei neietekmē to temperatūru un ekoloģisko situāciju uz zemes. planēta.

Siltumenerģiju no jebkura ķermeņa ir iespējams “uzņemt”, tikai to atdzesējot. Šajā gadījumā izdalītā siltuma daudzumu (primitīvā formā) var aprēķināt pēc formulas

Q=CM(T2-T1), Kur

J- saņēma siltumu

C- siltuma jauda

M- svars

T1 T2- temperatūras starpība, ar kādu ķermenis tika atdzesēts

No formulas var redzēt, ka, atdzesējot vienu kilogramu dzesēšanas šķidruma no 1000 grādiem līdz 0 grādiem, var iegūt tādu pašu siltuma daudzumu kā atdzesējot 1000 kg dzesēšanas šķidruma no 1 C līdz 0 C.

Galvenais, lai siltumenerģiju varētu izmantot un novirzīt dzīvojamo ēku un ražošanas telpu apkurei.

Ideja par mazāk apsildāmu ķermeņu siltumenerģijas izmantošanu radās 19. gadsimta vidū, un tās autorība pieder tā laika slavenajam zinātniekam Lordam Kelvinam. Tomēr viņš netika tālāk par vispārējo ideju. Pirmais siltumsūkņa dizains tika ierosināts 1855. gadā, un tas piederēja Pīteram Riteram fon Ritengeram. Bet viņš nesaņēma atbalstu un neatrada praktisku pielietojumu.

Siltumsūkņa "otrā dzimšana" aizsākās pagājušā gadsimta četrdesmito gadu vidū, kad plaši izplatījās parastie sadzīves ledusskapji. Tieši viņi pamudināja šveicieti Robertu Vēberu izmantot saldētavas radīto siltumu ūdens sildīšanai sadzīves vajadzībām.

Iegūtais efekts bija satriecošs: siltuma daudzums bija tik liels, ka pietika ne tikai karstā ūdens apgādei, bet arī ūdens sildīšanai apkurei. Tiesa, tajā pašā laikā nācās smagi strādāt un izdomāt siltummaiņu sistēmu, kas ļauj izmantot ledusskapja izdalīto siltumenerģiju.

Tomēr sākumā Roberta Vēbera izgudrojums tika uzskatīts par smieklīgu ideju un tika uztverts kā idejas no mūsdienu slavenās Crazy Hands kolonnas. Patiesa interese par to radās daudz vēlāk, kad patiešām radās jautājums par alternatīvu enerģijas avotu atrašanu. Toreiz siltumsūkņa ideja ieguva savu moderno formu un praktisko pielietojumu.

Mūsdienu siltumsūkņus var klasificēt atkarībā no zemas temperatūras siltuma avota, kas var būt augsne, ūdens (atklātā vai pazemes rezervuārā), kā arī āra gaiss.

Iegūto siltumenerģiju var pārnest uz ūdeni un izmantot ūdens sildīšanai un karstā ūdens apgādei, kā arī gaisam, kā arī izmantot apkurei un gaisa kondicionēšanai. Ņemot to vērā, siltumsūkņus iedala 6 veidos:

• No augsnes uz ūdeni (zemes uz ūdeni)
• Zeme pret gaisu (zeme pret gaisu)
• No ūdens ūdenī (ūdens ūdenī)
• No ūdens uz gaisu (ūdens uz gaisu)
• No gaisa ūdenī (gaisa ūdenī)
• Gaiss pret gaisu (gaiss pret gaisu)

Katram siltumsūkņa tipam ir savas uzstādīšanas un darbības īpatnības.

Siltumsūkņa uzstādīšanas metode un darbības iezīmes GRUNTSŪDENS

• Augsnes universāls zemas temperatūras siltumenerģijas piegādātājs

Augsnei ir milzīgas zemas temperatūras siltumenerģijas rezerves. Tā ir zemes garoza, kas pastāvīgi uzkrāj saules siltumu un tajā pašā laikā tiek uzkarsēta no iekšpuses, no planētas kodola. Tā rezultātā vairāku metru dziļumā augsnei vienmēr ir pozitīva temperatūra. Parasti Krievijas centrālajā daļā mēs runājam par 150-170 cm. Tieši šajā dziļumā augsnes temperatūrai ir pozitīva vērtība un tā nenokrīt zem 7-8 C.

Vēl viena augsnes iezīme ir tā, ka tā pakāpeniski sasalst pat stiprā salnā. Rezultātā minimālā augsnes temperatūra 150 cm dziļumā tiek ievērota, kad virspusē jau iestājas kalendārais pavasaris un samazinās nepieciešamība pēc siltuma apkurei.

Tas nozīmē, ka, lai "atņemtu" siltumu no zemes Krievijas centrālajā reģionā, siltummaiņiem siltumenerģijas uzkrāšanai ir jāatrodas dziļumā zem 150 cm.

Šajā gadījumā siltumnesējs, kas cirkulē siltumsūkņa sistēmā, izejot caur siltummaiņiem, tiks uzsildīts ar zemes siltumu, pēc tam, nonākot iztvaicētājā, nodod siltumu apkures sistēmā cirkulējošajam ūdenim un atgriežas. jauna siltumenerģijas daļa.

• Ko var izmantot kā dzesēšanas šķidrumu

Tā saukto "sālījumu" visbiežāk izmanto kā siltumnesēju zeme-ūdens siltumsūkņos. Tas ir izgatavots no ūdens un etilēnglikola vai propilēnglikola. Dažās sistēmās tiek izmantots freons, kas ievērojami sarežģī siltumsūkņa konstrukciju un palielina tā izmaksas. Fakts ir tāds, ka šāda veida sūkņu siltummainim ir jābūt ar lielu siltuma apmaiņas laukumu un līdz ar to arī iekšējo tilpumu, kam nepieciešams atbilstošs dzesēšanas šķidruma daudzums.

Freona lietošana lai gan tas palielina siltumsūkņa efektivitāti, tas prasa absolūtu sistēmas hermētiskumu un tās izturību pret augstu spiedienu.

Sistēmām ar "sālījumu" siltummaiņi parasti ir izgatavoti no polimēru caurulēm, visbiežāk polietilēna, ar diametru 40-60 mm. Siltummaiņi ir horizontālu vai vertikālu kolektoru formā.

Tā ir caurule, kas ielikta zemē dziļumā zem 170 cm Šim nolūkam var izmantot jebkuru neapbūvētu zemes gabalu. Ērtības labad un siltuma apmaiņas laukuma palielināšanai caurule tiek likta zigzagā, cilpās, spirālē utt. Nākotnē šo zemes gabalu varēs izmantot zālienam, puķu dobei vai sakņu dārzam. Jāņem vērā, ka siltuma apmaiņa starp augsni un kolektoru ir labāka mitrā vidē. Tāpēc augsnes virsmu var droši laistīt un mēslot.

Tiek uzskatīts, ka vidēji 1m2 augsnes dod no 10 līdz 40 W siltumenerģijas. Atkarībā no siltumenerģijas nepieciešamības var būt jebkurš kolektoru cilpu skaits.

Vertikālais kolektors ir cauruļu sistēma, kas uzstādīta vertikāli zemē. Lai to izdarītu, tiek urbtas akas dziļumā no vairākiem metriem līdz desmitiem vai pat simtiem metru. Visbiežāk vertikālais kolektors atrodas ciešā saskarē ar gruntsūdeņiem, taču tas nav obligāts nosacījums tā darbībai. Tas ir, vertikāli uzstādīts pazemes kolektors var būt "sauss".

Vertikālajam kolektoram, kā arī horizontālajam, var būt gandrīz jebkura konstrukcija. Visplašāk izmantotās sistēmas ir "caurule caurulē" un "cilpa", caur kurām sālījums tiek atsūknēts un paceļas atpakaļ uz iztvaicētāju.

Jāatzīmē, ka vertikālie kolektori ir visproduktīvākie. Tas izskaidrojams ar to atrašanās vietu lielā dziļumā, kur temperatūra gandrīz vienmēr ir vienā līmenī un ir 1-12 C. Lietojot ar 1 m2, var iegūt no 30 līdz 100 W jaudu. Ja nepieciešams, urbumu skaitu var palielināt.

Lai uzlabotu siltuma apmaiņas procesu starp cauruli un augsni, telpu starp tām ielej ar betonu.

• Zeme-ūdens siltumsūkņu priekšrocības un trūkumi

Zeme-ūdens siltumsūkņa uzstādīšana prasa ievērojamus finanšu ieguldījumus, taču tā darbība ļauj saņemt praktiski bez maksas siltumenerģiju. Tas nerada nekādu kaitējumu videi.

Starp šāda veida siltumsūkņu priekšrocībām jāatzīmē:

• Izturība: var strādāt vairākus gadu desmitus pēc kārtas bez remonta un apkopes
• Vienkārša darbība
• Iespēja izmantot zemi lauksaimniecībai
• Ātra atmaksāšanās: apsildot lielas platības telpas, piemēram, no 300 m2 un vairāk, sūknis atmaksājas 3-5 gados.

Ņemot vērā, ka siltummaiņa uzstādīšana zemē ir sarežģīts agrotehnisks darbs, tie jāveic, iepriekš izstrādājot projektu.

Kā darbojas siltumsūknis

Siltumsūknis sastāv no šādiem elementiem:

• Kompresors, kas darbojas no parastā elektrotīkla
• Iztvaicētājs
• Kondensators
• kapilārs
• termostats
• Darba šķidrums vai aukstumaģents, kura loma ir vispiemērotākā freonam

Siltumsūkņa darbības principu var aprakstīt, izmantojot labi zināmo Karno ciklu no skolas fizikas kursa.

Gāze (freons), kas caur kapilāru nonāk iztvaicētājā, izplešas, tās spiediens samazinās, kas noved pie tās turpmākās iztvaikošanas, kurā tā, saskaroties ar iztvaicētāja sienām, aktīvi ņem no tām siltumu. Sienu temperatūra pazeminās, kas rada temperatūras starpību starp tām un masu, kurā atrodas siltumsūknis. Parasti tas ir gruntsūdens, jūras ūdens, ezers vai zemes masa. Nav grūti uzminēt, ka šajā gadījumā sākas siltumenerģijas pārnešana no vairāk uzkarsēta ķermeņa uz mazāk apsildāmu ķermeni, kas šajā gadījumā ir iztvaicētāja sienas. Šajā darbības posmā siltumsūknis “izsūknē” siltumu no siltumnesēja.

Nākamajā posmā aukstumaģents tiek iesūknēts ar kompresoru, pēc tam saspiests un zem spiediena tiek piegādāts kondensatoram. Saspiešanas procesā tā temperatūra paaugstinās un var svārstīties no 80 līdz 120 C, kas ir vairāk nekā pietiekami dzīvojamās ēkas apkurei un karstā ūdens apgādei. Kondensatorā aukstumaģents atsakās no siltumenerģijas padeves, atdziest, pārvēršas šķidrā stāvoklī un pēc tam nonāk kapilārā. Pēc tam process tiek atkārtots.

Siltumsūkņa darbības kontrolei tiek izmantots termostats, ar kura palīdzību tiek pārtraukta elektroenerģijas padeve sistēmai, kad telpa sasniedz iestatīto temperatūru un sūknis atsāk darboties, kad temperatūra nokrītas zem iepriekš noteiktas vērtības.

Siltumsūkni var izmantot kā siltumenerģijas avotu, un to var izmantot, lai sakārtotu apkures sistēmas, kas līdzīgas apkures sistēmām, kuru pamatā ir katls vai krāsns. Šādas sistēmas piemērs ir parādīts diagrammā iepriekš.

Jāņem vērā, ka siltumsūkņa darbība iespējama tikai tad, kad tas ir pieslēgts elektroenerģijas avotam. Šajā gadījumā var maldīgi uzskatīt, ka visa apkures sistēma ir balstīta uz elektroenerģijas izmantošanu. Faktiski, lai apkures sistēmai nodotu 1 kW siltumenerģijas, ir nepieciešams iztērēt aptuveni 0,2-0,3 kW elektroenerģijas.

Siltumsūkņa priekšrocības

Dažas no siltumsūkņa priekšrocībām ir:

• Augsta efektivitāte
• Iespēja pārslēgties no apkures režīma uz gaisa kondicionēšanas režīmu un pēc tam to izmantot vasarā telpu dzesēšanai
• Spēja izmantot efektīvu automātiskās vadības sistēmu
• vides drošība
• Kompaktums (izmērs nav lielāks par sadzīves ledusskapi)
• Klusa darbība
• Ugunsdrošība, kas ir īpaši svarīga lauku māju apkurei

Starp siltumsūkņa trūkumiem jāatzīmē, ka augstas izmaksas un uzstādīšanas sarežģītība.

Klasiskā kurināmā (gāze, koksne, kūdra) sadedzināšana ir viena no senākajām siltuma ražošanas metodēm. Taču tradicionālo enerģijas avotu izsīkšana mudināja cilvēkus meklēt sarežģītākas, taču ne mazāk efektīvas alternatīvas. Viens no tiem bija siltumsūkņa izgudrojums, kura darba pamatā ir skolas fizikas likumi.

Siltumsūkņa darbība

Siltumsūkņu darbības princips, kas no pirmā acu uzmetiena ir ļoti sarežģīts, ir balstīts uz vairākiem vienkāršiem termodinamikas likumiem un šķidrumu un gāzu īpašībām:

1. Kad gāze kļūst šķidra (kondensācija), izdalās siltums
2. Kad šķidrums pārvēršas gāzē (iztvaikošana), siltums tiek absorbēts

Lielākā daļa šķidrumu var vārīties diezgan augstā temperatūrā, tuvu 100 grādiem. Bet ir vielas ar diezgan zemu viršanas temperatūru. Freonā tas ir aptuveni 3-4 grādi. Pārvēršoties gāzē, tā tiek viegli saspiesta un temperatūra traukā sāk celties.

Teorētiski freonu var saspiest, lai iegūtu jebkuru vēlamo temperatūru, taču praksē tas ir ierobežots līdz 80-90 grādiem, kas ir nepieciešami klasiskās apkures sistēmas pilnīgai darbībai.

Katrs ar siltumsūkni sastopas ne reizi vien dienā, ejot garām ledusskapim. Tomēr tajā tas darbojas pretējā virzienā, uzņemot produktu siltumu un izkliedējot to atmosfērā.

Video par darba tehnoloģiju

Siltumsūkņa diagramma

Lielākajai daļai siltumsūkņu efektivitātes pamatā ir zemes siltums, kurā temperatūra praktiski nesvārstās visa gada garumā (7-10 grādu robežās). Siltums pārvietojas starp trim ķēdēm:

1. Apkures loks
2. Siltumsūknis
3. Sālījuma (aka māla) kontūra

Klasiskais siltumsūkņu darbības princips apkures sistēmā sastāv no šādiem elementiem:

1. Siltummainis, kas nodrošina iekšējai ķēdei siltumu, kas ņemts no zemes
2. saspiešanas ierīce
3. Otrā siltuma apmaiņas ierīce, kas iekšējā ķēdē saņemto enerģiju nodod apkures sistēmai
4. Mehānisms, kas pazemina spiedienu sistēmā (drosele)
5. Sālījuma ķēde
6. zemes zonde
7. Apkures loks

Caurule, kas darbojas kā primārā ķēde, tiek ievietota akā vai aprakta tieši zemē. Pa to pārvietojas nesasalstošs šķidrs dzesēšanas šķidrums, kura temperatūra paaugstinās līdz līdzīgai zemes īpašībai (apmēram +8 grādi) un nonāk otrajā kontūrā.

Sekundārā ķēde ņem siltumu no šķidruma. Iekšpusē cirkulējošais freons sāk vārīties un pārveidoties par gāzi, kas tiek nosūtīta uz kompresoru. Virzulis to saspiež līdz 24-28 atm, kā rezultātā temperatūra paaugstinās līdz + 70-80 grādiem.

Šajā darba posmā enerģija tiek koncentrēta vienā mazā trombā. Tā rezultātā temperatūra paaugstinās.

Apsildāmā gāze nonāk trešajā ķēdē, ko attēlo karstā ūdens apgādes sistēmas vai pat mājas apkure. Nododot siltumu, iespējami zudumi līdz 10-15 grādiem, taču tie nav būtiski.

Kad freons atdziest, spiediens samazinās, un tas atkal pārvēršas šķidrā stāvoklī. 2-3 grādu temperatūrā tas atgriežas otrajā ķēdē. Cikls atkārtojas atkal un atkal.

Galvenie veidi

Siltumsūkņu darbības princips ir sakārtots tā, lai tie būtu ērti bez pārtraukuma darbināmi plašā temperatūras diapazonā - no -30 līdz +40 grādiem. Populārākie ir šādi divu veidu modeļi:

• absorbcijas veids
• Kompresijas veids

Absorbcijas tipa modeļiem ir diezgan sarežģīta struktūra. Viņi nodod saņemto siltumenerģiju tieši ar avota palīdzību. To darbība ievērojami samazina patērētās elektroenerģijas un degvielas materiālās izmaksas. Kompresijas tipa modeļi siltuma pārnesei patērē enerģiju (mehānisko un elektrisko).

Atkarībā no izmantotā siltuma avota sūkņus iedala šādos veidos:

1. Sekundārā siltuma apstrāde- visdārgākie, popularitāti ieguvušie nozares objektu apkures objektu modeļi, kuros nekur netiek tērēts citu avotu radītais sekundārais siltums
2. Gaiss- siltuma ņemšana no apkārtējā gaisa
3. Ģeotermālā– izvēlieties siltumu no ūdens vai zemes

Pēc ievades/izvades veida visus modeļus var klasificēt šādi – augsne, ūdens, gaiss un to dažādās kombinācijas.

Ģeotermiskie siltumsūkņi

Populāri ir ģeotermālie sūkņu modeļi, kurus iedala divos veidos: slēgtā vai atvērtā tipa.

Vienkāršs atvērto sistēmu izvietojums ļauj sildīt ūdeni, kas iet iekšā, kas pēc tam atkal nonāk zemē. Ideālā gadījumā tas darbojas neierobežota daudzuma tīra siltuma pārneses šķidruma klātbūtnē, kas pēc patēriņa nekaitē videi.

Ģeotermālo siltumsūkņu slēgtās sistēmas iedala šādos veidos:

• Ūdens - atrodas rezervuārā neaizsaltā dziļumā
• Ar vertikālu izvietojumu - kolektors tiek ievietots akā līdz 200 m dziļumam un ir piemērots vietās ar nelīdzenu reljefu
• Ar horizontālu izvietojumu - kolektors ir novietots zemē 0,5-1 m dziļumā, ir ļoti svarīgi nodrošināt lielu ķēdi ierobežotā teritorijā

Gaiss-ūdens sūknis

Viena no daudzpusīgākajām iespējām ir gaiss-ūdens modelis. Gada siltajos periodos tas ir ļoti efektīvs, bet ziemā produktivitāte var ievērojami samazināties.

Sistēmas priekšrocība ir vienkārša uzstādīšana. Piemērotu aprīkojumu var uzstādīt jebkurā ērtā vietā, piemēram, uz jumta. Siltumu, kas tiek izņemts no telpas gāzes vai dūmu veidā, var izmantot atkārtoti.

Ūdens-ūdens veids

Ūdens-ūdens siltumsūknis ir viens no efektīvākajiem. Bet tā izmantošanu var ierobežot tuvumā esoša rezervuāra klātbūtne vai nepietiekams dziļums, kurā ziemā nav būtiskas temperatūras pazemināšanās.

Zema potenciāla enerģiju var izvēlēties no šādiem avotiem:

• gruntsūdeņi
• Atvērtā tipa rezervuāri
• Rūpnieciskā ūdens atkritumi

Vienkāršākais siltumsūkņu darbības princips ir modeļiem, kas ņem siltumu no rezervuāra. Ja tiek pieņemts lēmums izmantot gruntsūdeņus, iespējams, būs jāizurbj aka.

Augsnes-ūdens tips

Siltumu no zemes var iegūt visu gadu, jo 1 m vai vairāk dziļumā temperatūra praktiski nemainās. Kā siltumnesējs tiek izmantots "sālījums" - nesasaldošs šķidrums, kas cirkulē.

Viens no "augsnes-ūdens" sistēmas trūkumiem ir nepieciešamība pēc lielas platības, lai sasniegtu vēlamo efektivitāti. Viņi cenšas to izlīdzināt, ieliekot caurules ar gredzeniem.

Kolektoru var novietot vertikālā stāvoklī, bet nepieciešama līdz 150 m dziļa aka.Apakšā ir uzstādīti lietussargi, kas atņem augsnes siltumu.

Plusi un mīnusi apkures sistēmām ar siltumsūkni

Siltumsūkņi tiek plaši izmantoti privāto dzīvojamo rajonu vai rūpniecības zonu apkures sistēmās. Pateicoties to uzticamībai un efektivitātei, tie pakāpeniski aizstāj klasiskos enerģijas avotus.

Dažas no daudzajām siltumsūkņa izmantošanas priekšrocībām ir:

• Ietaupiet naudu par sistēmu un dzesēšanas šķidruma apkopi
• Sūkņi darbojas pilnīgi autonomi
• Apkārtējā vidē nenonāk kaitīgi sadegšanas produkti un citas toksiskas vielas
• Uzmontētā aprīkojuma ugunsdrošība
• Iespēja viegli mainīt sistēmas darbību

Neskatoties uz daudzajām priekšrocībām, ir jāņem vērā siltumsūkņa darbības negatīvie aspekti:

• Lielas sākotnējās investīcijas apkures sistēmas sakārtošanā - no 3 līdz 10 tūkstošiem dolāru
• Aukstajos periodos, kad temperatūra noslīd zem -15 grādiem, jādomā par alternatīvām apkures iespējām.
• Apkure, kuras pamatā ir siltumsūkņa darbība, ir visefektīvākā tikai sistēmās ar zemas temperatūras siltumnesēju

Vēl viens shematisks video:

Summējot

Apgūstot un apgūstot siltumsūkņa darbības principu, var domāt un lemt par tā uzstādīšanas un lietošanas lietderību. Sākotnējās izmaksas, kas var šķist ļoti lielas, drīz atmaksāsies un sāks nest sava veida peļņu klasiskās degvielas ietaupījumu veidā.

Starp galvenajiem privāto mājsaimniecību inženiertehnisko iekārtu attīstības virzieniem var izcelt produktivitātes pieaugumu ar ergonomiku un funkcionalitātes pieaugumu. Vienlaikus izstrādātāji arvien vairāk pievērš uzmanību sakaru sistēmu tehniskā aprīkojuma energoefektivitātei. Apkures infrastruktūra tiek uzskatīta par visdārgāko, tāpēc uzņēmumi izrāda īpašu interesi par tās nodrošināšanas līdzekļiem. Viens no jūtamākajiem darba rezultātiem šajā virzienā ir gaisa siltumsūknis, kas aizstāj tradicionālās apkures iekārtas, palielinoties

Gaisa siltumsūkņu īpašības

Galvenā atšķirība ir siltuma ģenerēšanas veidā. Lielākā daļa ietver tradicionālo enerģijas nesēju izmantošanu kā avotu. Tomēr gaisa sūkņu gadījumā gan apkurei, gan karstajam ūdenim lielākā daļa enerģijas tiek patērēta tieši no dabas resursiem. Aptuveni 20% no kopējā potenciāla tiek atvēlēti piegādei no parastajām stacijām. Tādējādi gaisa termiskās mājas patērē enerģiju ekonomiskāk un nodara mazāku kaitējumu videi. Jāatzīmē, ka sūkņu konceptuālās versijas tika izstrādātas, lai nodrošinātu biroja telpas un uzņēmumus. Taču nākotnē tehnoloģijas aptvēra arī sadzīves tehnikas segmentu, ļaujot parastajiem lietotājiem izmantot ienesīgus siltumenerģijas avotus.

Darbības princips

Visa darba procesa pamatā ir no avota ņemtā aukstumaģenta cirkulācija. Sildīšana notiek pēc gaisa plūsmu kondensācijas, kuras tiek saspiestas kompresorā. Turklāt aukstumaģents šķidrā stāvoklī nonāk tieši apkures sistēmā. Tagad mēs varam tuvāk apskatīt dzesēšanas šķidruma cirkulācijas principu sūkņa konstrukcijā. Gāzveida stāvoklī aukstumaģents tiek nosūtīts uz siltummaini, kas atrodas iekštelpu blokā. Tur tas izdala siltumu telpai un pārvēršas šķidrumā. Šajā posmā spēlē uztvērējs, kas tiek piegādāts arī gaisa siltumsūknim. Šīs ierīces standarta versijas darbības princips paredz, ka šajā ierīcē šķidrums apmainīs siltumu ar aukstumaģentu, kuram ir zems spiediens. Šī procesa rezultātā iegūtā maisījuma temperatūra atkal samazināsies, un šķidrums nonāks uztvērēja izejā. Gāzveida aukstumaģenta šķērsošanas laikā caur cauruli ar samazinātu spiedienu uztvērējā palielinās tā pārkaršana, pēc tam tas piepilda kompresoru.

Specifikācijas

Galvenais tehniskais rādītājs ir jauda, ​​kas mājas modeļu gadījumā svārstās no 2,5 līdz 6 kW. Pusindustriālos var izmantot arī privātmāju sakaru nodrošināšanā, ja nepieciešams jaudas potenciāls virs 10 kW. Kas attiecas uz sūkņu izmēriem, tie atbilst tradicionālajiem gaisa kondicionieriem. Turklāt tos pēc izskata var sajaukt ar sadalīto sistēmu. Standarta blokam var būt parametri 90x50x35 cm.Svars arī atbilst tipiskiem klimatiskajiem iestatījumiem - vidēji 40-60 kg. Protams, galvenais jautājums attiecas uz aptverto temperatūru diapazonu. Tā kā gaisa siltumsūknis ir vērsts uz sildīšanas funkciju, augšējā robeža tiek uzskatīta par mērķi un sasniedz vidēji 30-40 °C. Tiesa, tiek ražotas arī versijas ar kombinētām funkcijām, kas ražo arī telpas dzesēšanu.

Dizainu šķirnes

Ir vairākas koncepcijas siltuma iegūšanai ar gaisa sūkni. Rezultātā dizains ir īpaši uzasināts konkrētas paaudzes shēmas vajadzībām. Vispopulārākais modelis ietver mijiedarbību vienā gaisa plūsmu sistēmā un ūdens nesējā. Galvenā klasifikācija iedala struktūras pēc funkcionālo bloku organizācijas veida. Tātad monobloka korpusā ir siltuma gaisa sūknis, un ir arī modeļi, kas nodrošina sistēmas izvadi uz ārpusi, izmantojot papildu segmentu. Kopumā abi modeļi atkārto parasto gaisa kondicionieru darbības principu, tikai to funkcijas un veiktspēja ir pacelta jaunā līmenī.

Mūsdienu tehnoloģiju pielietojums

Inovatīvas attīstības rezultātā tika izstrādātas klasiskās klimata kontroles sistēmas. Jo īpaši Mitsubishi savos modeļos izmanto divfāzu dzesētāja iesmidzināšanas ritināšanas kompresoru, kas ļauj iekārtai veikt savu funkciju neatkarīgi no temperatūras apstākļiem. Pat pie -15 °C japāņu dizaina gaisa siltumsūknis demonstrē līdz pat 80% veiktspēju. Turklāt jaunākie modeļi ir aprīkoti ar jaunām vadības sistēmām, kas nodrošina ērtāku, drošāku un efektīvāku instalāciju darbību. Ar visu iekārtu izgatavojamību saglabājas iespēja to integrēt tradicionālajās apkures sistēmās ar katliem un katliem.

Gaisa sūkņu izgatavošana ar savām rokām

Pirmkārt, jums ir jāiegādājas kompresors turpmākai uzstādīšanai. Tas ir nostiprināts sienā un pilda parastās sadalītās sistēmas āra bloka funkciju. Turklāt komplekss tiek papildināts ar kondensatoru, ko var izgatavot neatkarīgi. Šai darbībai būs nepieciešama aptuveni 1 mm bieza vara "spole", kas pēc tam jāievieto plastmasas vai metāla korpusā - piemēram, tvertnē vai cisternā. Sagatavoto cauruli aptin ap serdi, kas var būt cilindrs ar izmēriem, kas ļauj to integrēt tvertnē. Izmantojot perforētu, iespējams veidot pagriezienus ar vienādiem intervāliem, kas padarīs gaisu efektīvāku, daudzi mājamatnieki to veic ar sekojošu freona injekciju, kas darbosies kā aukstumaģents. Turklāt samontētā konstrukcija ir savienota ar mājas apkures sistēmu caur ārējo ķēdi.

Līdz 19. gadsimta beigām parādījās jaudīgas saldēšanas iekārtas, kas varēja sūknēt vismaz divreiz vairāk siltuma, nekā tika iztērēts to iedarbināšanai. Tas bija šoks, jo formāli izrādījās, ka termiskā mūžīgā kustība ir iespējama! Tomēr, rūpīgāk izpētot, izrādījās, ka mūžīgā kustība vēl ir tālu, un zemas kvalitātes siltums, kas iegūts, izmantojot siltumsūkni, un augstas kvalitātes siltums, kas iegūts, piemēram, sadedzinot kurināmo, ir divas lielas atšķirības. Tiesa, attiecīgais otrā likuma formulējums tika nedaudz pārveidots. Kas tad īsti ir siltumsūkņi? Īsumā, siltumsūknis ir moderna un augsto tehnoloģiju ierīce apkurei un gaisa kondicionēšanai. Siltumsūknis savāc siltumu no ielas vai no zemes un nosūta uz māju.

Kā darbojas siltumsūknis

Kā darbojas siltumsūknis vienkāršs: mehāniskā darba vai cita veida enerģijas dēļ tas nodrošina siltuma koncentrāciju, kas iepriekš vienmērīgi sadalīta noteiktā tilpumā, vienā šī tilpuma daļā. Otrā daļā attiecīgi veidojas siltuma deficīts, tas ir, aukstums.

Vēsturiski siltumsūkņus vispirms sāka plaši izmantot kā ledusskapjus – faktiski jebkurš ledusskapis ir siltumsūknis, kas sūknē siltumu no saldēšanas kameras uz āru (telpā vai ārā). Šīm ierīcēm joprojām nav alternatīvas, un ar visu mūsdienu saldēšanas tehnoloģiju dažādību pamatprincips paliek nemainīgs: siltums tiek izsūknēts no saldēšanas kameras papildu ārējās enerģijas dēļ.

Dabiski, ka gandrīz uzreiz viņi pamanīja, ka apkurei var izmantot arī ievērojamo kondensatora siltummaiņa sildīšanu (sadzīves ledusskapim tas parasti ir izgatavots melna paneļa vai grila veidā uz skapja aizmugurējās sienas). Tā jau bija ideja par sildītāju, kura pamatā ir siltumsūknis tā modernajā formā - ledusskapis, gluži pretēji, kad siltums tiek iesūknēts slēgtā tilpumā (telpā) no neierobežota ārējā tilpuma (no ielas). Taču šajā jomā siltumsūknim ir ļoti daudz konkurentu – no tradicionālajām malkas krāsnīm un kamīniem līdz visdažādākajām modernajām apkures sistēmām. Tāpēc ilgus gadus, kamēr degviela bija salīdzinoši lēta, šī ideja tika uzskatīta tikai par kuriozu - vairumā gadījumu tā bija ekonomiski absolūti neizdevīga, un tikai ļoti reti šāda izmantošana attaisnojās - parasti izsūknētās siltumenerģijas izmantošanai. ar jaudīgām saldēšanas iekārtām valstīs ar ne pārāk aukstu klimatu. Un tikai līdz ar straujo enerģijas cenu kāpumu, apkures iekārtu sarežģītību un sadārdzināšanos un relatīvo lētāko siltumsūkņu ražošanas fona šāda ideja kļūst ekonomiski pamatota pati par sevi, jo, samaksājot vienu reizi par diezgan sarežģīta un dārga uzstādīšana, tad būs iespējams pastāvīgi ietaupīt uz samazinātu degvielas patēriņu. Siltumsūkņi ir pamatā arvien populārākajām idejām par koģenerāciju - siltuma un aukstuma vienlaicīgu ražošanu - un triģenerāciju - siltuma, aukstuma un elektrības ražošanu vienlaikus.

Tā kā siltumsūknis ir jebkuras saldēšanas iekārtas būtība, mēs varam teikt, ka jēdziens "saldēšanas iekārta" ir tā pseidonīms. Tiesa, jāpatur prātā, ka, neskatoties uz izmantoto darbības principu universālumu, saldēšanas iekārtu konstrukcijas joprojām ir vērstas tieši uz aukstuma, nevis siltuma ražošanu - piemēram, radītais aukstums tiek koncentrēts vienuviet, un iegūto siltumu var izkliedēt vairākās dažādās instalācijas daļās, jo parastajā ledusskapī uzdevums ir nevis izmantot šo siltumu, bet gan vienkārši atbrīvoties no tā.

Siltumsūkņu klases

Šobrīd visplašāk tiek izmantotas divas siltumsūkņu klases. Vienu klasi var attiecināt uz termoelektrisko Peltjē, bet uz otru - iztvaikošanas, kas, savukārt, ir sadalīti mehāniskajā kompresorā (virzuļa vai turbīnas) un absorbcijas (difūzijas). Turklāt pamazām pieaug interese par virpuļcauruļu izmantošanu kā siltumsūkņus, kuros darbojas Ranque efekts.

Siltumsūkņi, kuru pamatā ir Peltjē efekts

Peltjē elements

Peltjē efekts slēpjas apstāklī, ka, pieliekot nelielu konstantu spriegumu uz divām speciāli sagatavotas pusvadītāju vafeles pusēm, viena šīs vafeles puse uzsilst, bet otra atdziest. Lūk, vispār termoelektriskais siltumsūknis ir gatavs!

Efekta fiziskā būtība ir šāda. Peltjē elementa plāksne (aka "termoelektriskais elements", eng. Thermoelectric Cooler, TEC) sastāv no diviem pusvadītāja slāņiem ar dažādu elektronu enerģijas līmeni vadīšanas joslā. Kad elektrons ārējā sprieguma ietekmē nonāk cita pusvadītāja augstākas enerģijas vadītspējas joslā, tam jāiegūst enerģija. Kad viņš saņem šo enerģiju, pusvadītāju saskares vieta tiek atdzesēta (strāvai plūstot pretējā virzienā, rodas pretējs efekts - slāņu saskares vieta uzsilst papildus parastajai omiskajai sildīšanai).

Peltjē elementu priekšrocības

Peltjē elementu priekšrocība ir to konstrukcijas maksimālā vienkāršība (kas var būt vienkāršāks par plāksni, pie kuras pielodēti divi vadi?) Un pilnīga kustīgu detaļu neesamība, kā arī iekšējo šķidrumu vai gāzu plūsmas. Tā sekas ir absolūta darbības beztrokšņa, kompaktums, pilnīga vienaldzība pret orientāciju telpā (ja tiek nodrošināta pietiekama siltuma izkliede) un ļoti augsta izturība pret vibrācijām un triecienslodzēm. Un darba spriegums ir tikai daži volti, tāpēc darbam pilnīgi pietiek ar dažiem akumulatoriem vai automašīnas akumulatoru.

Peltjē elementu trūkumi

Galvenais termoelektrisko elementu trūkums ir to salīdzinoši zemā efektivitāte - provizoriski var uzskatīt, ka uz vienu sūknētā siltuma vienību tiem būs nepieciešams divreiz vairāk ārējās enerģijas. Tas ir, piegādājot 1 J elektroenerģijas, mēs varam noņemt tikai 0,5 J siltuma no atdzesētās zonas. Skaidrs, ka Peltjē elementa "siltajā" pusē tiks atbrīvoti visi kopējie 1,5 J un tie būs jāizved uz ārējo vidi. Tas ir daudzkārt zemāks par kompresijas iztvaikošanas siltumsūkņu efektivitāti.

Uz tik zemas efektivitātes fona citi trūkumi parasti nav tik svarīgi, un tā ir neliela īpatnējā produktivitāte apvienojumā ar augstām īpatnējām izmaksām.

Peltjē elementu izmantošana

Atbilstoši to īpašībām Peltjē elementu galvenā pielietojuma joma pašlaik parasti aprobežojas ar gadījumiem, kad tiek prasīts neatdzist kaut ko, kas nav pārāk spēcīgs, īpaši spēcīgas kratīšanas un vibrācijas apstākļos un ar nopietniem svara un izmēru ierobežojumiem. , - piemēram, dažādas elektroniskā aprīkojuma sastāvdaļas un daļas, galvenokārt militārās, aviācijas un kosmosa iekārtas. Iespējams, Peltjē elementi ikdienā visplašāk tiek izmantoti mazjaudas (5..30 W) portatīvajos automobiļu ledusskapjos.

Iztvaikošanas kompresijas siltumsūkņi

Iztvaikošanas kompresijas siltumsūkņa darba cikla diagramma

Šīs klases siltumsūkņu darbības princips ir šāds. Gāzveida (pilnībā vai daļēji) aukstumnesēju kompresors saspiež līdz spiedienam, pie kura tas var pārvērsties šķidrumā. Protams, tas uzsilst. Uzkarsētais saspiestais aukstumaģents tiek ievadīts kondensatora radiatorā, kur tas tiek atdzesēts līdz apkārtējās vides temperatūrai, dodot tam lieko siltumu. Šī ir apkures zona (virtuves ledusskapja aizmugurējā siena). Ja kondensatora ieejā ievērojama daļa saspiestā karstā aukstumaģenta joprojām palika tvaiku veidā, tad, temperatūrai samazinoties siltuma apmaiņas laikā, tas arī kondensējas un pāriet šķidrā stāvoklī. Relatīvi atdzesētais šķidrais aukstumaģents tiek ievadīts izplešanās kamerā, kur, ejot caur droseļvārstu vai paplašinātāju, tas zaudē spiedienu, izplešas un iztvaiko, vismaz daļēji pārvēršoties gāzveida formā, un attiecīgi atdziest - ievērojami zemāk par apkārtējās vides temperatūru. un pat zem temperatūras siltumsūkņa dzesēšanas zonā. Izejot cauri iztvaicētāja paneļa kanāliem, aukstais šķidruma un tvaiku maisījums atdala siltumu no dzesēšanas zonas. Pateicoties šim karstumam, atlikušā aukstumaģenta šķidrā daļa turpina iztvaikot, saglabājot stabili zemu iztvaicētāja temperatūru un nodrošinot efektīvu siltuma noņemšanu. Pēc tam aukstumaģents tvaiku veidā sasniedz kompresora ieplūdi, kas to izsūknē un atkal saspiež. Tad viss atkārtojas no sākuma.

Tādējādi kompresora-kondensatora-droseles “karstajā” daļā aukstumaģents ir zem augsta spiediena un pārsvarā šķidrā stāvoklī, savukārt droseļvārsta-iztvaicētāja-kompresora “aukstajā” daļā spiediens ir zems, un aukstumaģents galvenokārt ir tvaika stāvoklī. Gan kompresiju, gan retināšanu rada viens un tas pats kompresors. Trakta pretējā pusē kompresoram augsta un zema spiediena zonas atdala droseļvārstu, kas ierobežo aukstumaģenta plūsmu.

Jaudīgajos industriālajos ledusskapjos kā aukstumnesēju tiek izmantots indīgs, bet efektīvs amonjaks, efektīvi turbokompresori un dažreiz paplašinātāji. Sadzīves ledusskapjos un gaisa kondicionieros aukstumaģents parasti ir drošāki freoni, un turbīnu bloku vietā tiek izmantoti virzuļu kompresori un “kapilārās caurules” (droseles).

Vispārīgā gadījumā aukstumaģenta agregācijas stāvokļa maiņa nav nepieciešama - princips darbosies pastāvīgi gāzveida aukstumnesēja gadījumā - tomēr liels agregācijas stāvokļa izmaiņu siltums ievērojami palielina darba cikla efektivitāti. Bet, ja aukstumaģents visu laiku ir šķidrā veidā, principā efekta nebūs - galu galā šķidrums ir praktiski nesaspiežams, un tāpēc ne spiediena palielināšana, ne samazināšana nemainīs tā temperatūru.

Droseles un paplašinātāji

Šajā lapā atkārtoti lietotie termini "droseles vārsts" un "paplašinātājs" parasti maz pasaka cilvēkiem, kuri ir tālu no saldēšanas tehnoloģijām. Tāpēc daži vārdi ir jāsaka par šīm ierīcēm un galveno atšķirību starp tām.

Tehnoloģijā drosele ir ierīce, kas paredzēta plūsmas normalizēšanai tās piespiedu ierobežojuma dēļ. Elektrotehnikā šis nosaukums ir piešķirts spolēm, kas paredzētas strāvas pieauguma ātruma ierobežošanai un parasti tiek izmantotas, lai aizsargātu elektriskās ķēdes no impulsa trokšņa. Hidraulikā droseles parasti sauc par plūsmas ierobežotājiem, kas ir īpaši izstrādāti kanālu sašaurinājumi ar precīzi aprēķinātu (kalibrētu) atstarpi, kas nodrošina vēlamo plūsmu vai nepieciešamo plūsmas pretestību. Klasisks šādu droseles piemērs ir sprauslas, kuras plaši izmantoja karburatora dzinējos, lai nodrošinātu aprēķināto benzīna plūsmu degvielas maisījuma sagatavošanas laikā. Droseles vārsts tajos pašos karburatoros normalizēja gaisa plūsmu - otro nepieciešamo sastāvdaļu šajā maisījumā.

Saldēšanas režīmā droseļvārstu izmanto, lai ierobežotu aukstumaģenta plūsmu izplešanās kamerā un uzturētu tur apstākļus efektīvai iztvaikošana un adiabātiska izplešanās. Pārāk liela plūsma parasti var izraisīt izplešanās kameras piepildīšanu ar aukstumaģentu (kompresoram vienkārši nav laika to izsūknēt) vai vismaz vajadzīgā vakuuma zudumu. Bet tieši šķidrā aukstumaģenta iztvaikošana un tā tvaiku adiabātiskā izplešanās nodrošina aukstumaģenta temperatūras pazemināšanos zem apkārtējās vides temperatūras, kas nepieciešama ledusskapja darbībai.

Droseles (pa kreisi), virzuļa paplašinātāja (centrā) un turbo paplašinātāja (pa kreisi) darbības principi.

Paplašinātājā izplešanās kamera ir nedaudz modernizēta. Tajā iztvaikojošais un izplešošais aukstumaģents papildus veic mehānisku darbu, kustinot tur esošo virzuli vai griežot turbīnu. Šajā gadījumā aukstumaģenta plūsmas ierobežošanu var veikt virzuļa vai turbīnas riteņa pretestības dēļ, lai gan patiesībā tas parasti prasa ļoti rūpīgu visu sistēmas parametru izvēli un saskaņošanu. Tāpēc, izmantojot paplašinātājus, galveno plūsmas regulēšanu var veikt ar droseļvārstu (kalibrēta šķidrā aukstumaģenta padeves kanāla sašaurināšanās).

Turbopaplašinātājs ir efektīvs tikai pie lielām darba šķidruma plūsmām, pie zemas plūsmas tā efektivitāte ir tuvu parastajai droseļvārsta darbībai. Virzuļa paplašinātājs var darboties efektīvi ar daudz mazāku darba šķidruma patēriņu, taču tā konstrukcija ir daudz sarežģītāka nekā turbīnai: papildus pašam virzulim ar visām nepieciešamajām vadotnēm, blīvēm un atgriešanas sistēmu, ieplūdes un ir nepieciešami izplūdes vārsti ar atbilstošu vadību.

Paplašinātāja priekšrocība salīdzinājumā ar droseļvārstu ir efektīvāka dzesēšana, jo daļa aukstumaģenta siltumenerģijas tiek pārvērsta mehāniskā darbā un šādā veidā tiek izņemta no termiskā cikla. Turklāt šo darbu pēc tam var izmantot biznesa labā, piemēram, sūkņu un kompresoru darbināšanai, kā tas tiek darīts Zysin ledusskapī. Bet vienkāršai droseļvārstai ir absolūti primitīvs dizains un tajā nav nevienas kustīgas daļas, un tāpēc uzticamības, izturības, kā arī ražošanas vienkāršības un izmaksu ziņā tas paplašinātāju atstāj tālu aiz muguras. Tieši šo iemeslu dēļ paplašinātāju darbības joma parasti tiek ierobežota līdz jaudīgai kriogēnajai tehnoloģijai, savukārt mājsaimniecības ledusskapjos tiek izmantoti mazāk efektīvi, bet praktiski mūžīgi droseles, ko tur sauc par "kapilārcaurulēm" un kas ir vienkārša pietiekami gara vara caurule ar maza diametra klīrensu. (parasti no 0,6 līdz 2 mm), kas nodrošina nepieciešamo hidraulisko pretestību aprēķinātajai aukstumaģenta plūsmai.

Kompresijas siltumsūkņu priekšrocības

Galvenā šāda veida siltumsūkņu priekšrocība ir to augstā efektivitāte, augstākā starp mūsdienu siltumsūkņiem. No ārpuses piegādātās un pārsūknētās enerģijas attiecība var sasniegt 1:3 - tas ir, uz katru no dzesēšanas zonas piegādātās enerģijas džoulu tiks izsūknēti 3 J siltuma - salīdziniet ar 0,5 J Peltes elementiem! Šajā gadījumā kompresors var stāvēt atsevišķi, un tā radītais siltums (1 J) nav jānovada uz ārējo vidi tajā pašā vietā, kur tiek novadīti 3 J no dzesēšanas zonas izsūknētā siltuma.

Starp citu, ir atšķirīga no vispārpieņemtās, bet ļoti ziņkārīgās un pārliecinošās termodinamisko parādību teorijas. Tātad viens no viņas secinājumiem ir tāds, ka gāzes saspiešanas darbs principā var būt tikai aptuveni 30% no tās kopējās enerģijas. Un tas nozīmē, ka piegādātās un nodotās enerģijas attiecība 1:3 atbilst teorētiskajai robežai un to principā nevar uzlabot ar termodinamiskām siltuma pārneses metodēm. Tomēr daži ražotāji jau apgalvo, ka panāk attiecību 1:5 un pat 1:6, un tā ir taisnība - galu galā reālos saldēšanas ciklos tiek izmantota ne tikai gāzveida aukstumaģenta saspiešana, bet arī tā izmaiņas. agregācijas stāvoklis, un tieši pēdējais process ir galvenais.. .

Kompresijas siltumsūkņu trūkumi

Šo siltumsūkņu trūkumi ietver, pirmkārt, pašu kompresora klātbūtni, kas neizbēgami rada troksni un ir pakļauts nodilumam, un, otrkārt, nepieciešamība izmantot īpašu aukstumnesēju un saglabāt absolūtu hermētiskumu visā tā darbības ceļā. Tomēr sadzīves kompresijas ledusskapji, kas bez remonta ir nepārtraukti darbojušies 20 gadus vai ilgāk, nav nekas neparasts. Vēl viena iezīme ir diezgan augsta jutība pret pozīciju telpā. Uz sāniem vai otrādi gan ledusskapis, gan gaisa kondicionieris, visticamāk, nedarbosies. Bet tas ir saistīts ar specifisku dizainu iezīmēm, nevis ar vispārējo darbības principu.

Parasti kompresijas siltumsūkņi un saldēšanas iekārtas ir konstruēti, pieņemot, ka viss aukstumaģents atrodas tvaiku stāvoklī pie kompresora ieejas. Tāpēc, ja kompresora ieplūdē iekļūst liels daudzums neiztvaikota šķidrā aukstumaģenta, tas var izraisīt tajā ūdens āmuru un tā rezultātā nopietnus iekārtas bojājumus. Šādas situācijas cēlonis var būt gan iekārtu nodilums, gan pārāk zema kondensatora temperatūra – iztvaicētājā ieplūstošais aukstumaģents ir pārāk auksts un iztvaiko pārāk gausi. Parastam ledusskapim šāda situācija var rasties, ja mēģināt to ieslēgt ļoti aukstā telpā (piemēram, temperatūrā aptuveni 0 °C un zemāk) vai ja tas ir tikko ievests parastā telpā no sala. Kompresijas siltumsūknim, kas darbojas apkurei, tas var notikt, ja mēģināt ar to sasildīt aizsalušu telpu, lai gan ārā arī ir auksts. Ne pārāk sarežģīti tehniskie risinājumi šo bīstamību novērš, taču tie sadārdzina projektēšanu, un masveida sadzīves tehnikas regulāras darbības laikā tie nav nepieciešami - šādas situācijas nerodas.

Kompresijas siltumsūkņu izmantošana

Pateicoties augstajai efektivitātei, tieši šāda veida siltumsūkņi ir kļuvuši gandrīz visuresoši, izspiežot visus citus dažādos eksotiskos lietojumos. Un pat dizaina relatīvā sarežģītība un jutīgums pret bojājumiem nevar ierobežot to plašo izmantošanu - gandrīz katrā virtuvē ir kompresijas ledusskapis vai saldētava, vai pat vairāk nekā viens!

Iztvaikošanas absorbcijas (difūzijas) siltumsūkņi

Iztvaicētāju darba cikls absorbcijas siltumsūkņiļoti līdzīgs iepriekš apspriesto iztvaikošanas kompresijas vienību darbības ciklam. Galvenā atšķirība ir tāda, ka, ja iepriekšējā gadījumā, kompresora mehāniskās tvaiku iesūkšanas laikā tiek radīts aukstumaģenta iztvaicēšanai nepieciešamais vakuums, tad absorbcijas blokos iztvaicētais aukstumaģents plūst no iztvaicētāja uz absorbcijas bloku, kur tas ir. absorbē (absorbē) cita viela - absorbents. Tādējādi tvaiki tiek noņemti no iztvaicētāja tilpuma un tajā tiek atjaunots vakuums, kas nodrošina jaunu aukstumaģenta porciju iztvaikošanu. Nepieciešams nosacījums ir tāda aukstumaģenta un absorbenta "afinitāte", lai to saistīšanas spēki absorbcijas laikā varētu radīt ievērojamu vakuumu iztvaicētāja tilpumā. Vēsturiski pirmais un joprojām plaši izmantotais vielu pāris ir amonjaks NH3 (dzesētājs) un ūdens (absorbents). Absorbējot, amonjaka tvaiki izšķīst ūdenī, iekļūstot (izkliedējot) tā biezumā. No šī procesa radās šādu siltumsūkņu alternatīvie nosaukumi - difūzija vai absorbcija-difūzija.
Lai atkal atdalītu dzesētāju (amonjaku) un absorbentu (ūdeni), izlietoto un ar amonjaku bagāto ūdens-amonjaka maisījumu desorberā uzkarsē ar ārēju siltumenerģijas avotu līdz vārīšanās temperatūrai, pēc tam nedaudz atdzesē. Ūdens vispirms kondensējas, bet augstā temperatūrā uzreiz pēc kondensācijas tajā var būt ļoti maz amonjaka, tāpēc lielākā daļa amonjaka paliek tvaiku veidā. Šeit saspiestā šķidrā frakcija (ūdens) un gāzveida frakcija (amonjaks) tiek atdalītas un atsevišķi atdzesētas līdz apkārtējās vides temperatūrai. Atdzesētais ūdens ar zemu amonjaka saturu tiek nosūtīts uz absorbētāju, un amonjaks, atdzesējot kondensatorā, kļūst šķidrs un nonāk iztvaicētājā. Tur spiediens pazeminās un amonjaks iztvaiko, atkal atdzesējot iztvaicētāju un uzņemot siltumu no ārpuses. Pēc tam amonjaka tvaikus rekombinē ar ūdeni, no iztvaicētāja noņemot liekos amonjaka tvaikus un uzturot tur zemu spiedienu. Ar amonjaku bagātināto šķīdumu atkal nosūta uz desorberu atdalīšanai. Principā nav nepieciešams vārīt šķīdumu, lai desorbētu amonjaku, vienkārši uzkarsējiet to līdz vārīšanās temperatūrai, un "liekais" amonjaks no ūdens iztvaiko. Bet vārīšana ļauj atdalīšanu veikt visātrāk un efektīvāk. Šādas atdalīšanas kvalitāte ir galvenais nosacījums, kas nosaka vakuumu iztvaicētājā un līdz ar to arī absorbcijas vienības efektivitāti, un daudzi dizaina triki ir vērsti tieši uz to. Tā rezultātā, ņemot vērā darba cikla organizāciju un posmu skaitu, absorbcijas-difūzijas siltumsūkņi, iespējams, ir vissarežģītākie no visiem izplatītajiem šādu iekārtu veidiem.

Darbības principa "izcēlums" ir tas, ka aukstuma radīšanai šeit tiek izmantota darba šķidruma sildīšana (līdz tā viršanai). Tajā pašā laikā apkures avota veids nav svarīgs - tas var būt pat atklāta uguns (degļa liesma), tāpēc elektrības izmantošana nav nepieciešama. Lai izveidotu nepieciešamo spiediena starpību, kas nosaka darba šķidruma kustību, dažreiz var izmantot mehāniskos sūkņus (parasti jaudīgās iekārtās ar lielu darba šķidruma daudzumu), un dažreiz, it īpaši sadzīves ledusskapjos, elementus bez kustīgām daļām ( termosifoni).

Morozko-ZM ledusskapja absorbcijas-difūzijas saldēšanas iekārta (ADCA). 1 - siltummainis; 2 - šķīduma savācējs; 3 - ūdeņraža akumulators; 4 - absorbētājs; 5 - reģeneratīvais gāzes siltummainis; 6 - deflegmators ("dehidratators"); 7 - kondensators; 8 - iztvaicētājs; 9 - ģenerators; 10 - termosifons; 11 - reģenerators; 12 - vāja šķīduma caurules; 13 - tvaika izplūdes caurule; 14 - elektriskais sildītājs; 15 - siltumizolācija.

Pirmās absorbcijas saldēšanas iekārtas (ABHM) uz amonjaka un ūdens maisījuma parādījās 19. gadsimta otrajā pusē. Ikdienā amonjaka toksicitātes dēļ tos tolaik plaši neizmantoja, taču ļoti plaši izmantoja rūpniecībā, nodrošinot dzesēšanu līdz -45°C. Vienpakāpes ABCM teorētiski maksimālā dzesēšanas jauda ir vienāda ar apkurei iztērēto siltuma daudzumu (realitātē tas, protams, ir ievērojami mazāks). Tas bija tas, kas nostiprināja aizstāvju pārliecību par paša termodinamikas otrā likuma formulējumu, kas tika minēts šīs lapas sākumā. Tomēr absorbcijas siltumsūkņi tagad ir pārvarējuši šo ierobežojumu. 1950. gados parādījās efektīvāki divpakāpju (divi kondensatori vai divi absorbētāji) litija bromīda ABCM (dzesētājs - ūdens, absorbents - litija bromīds LiBr). Trīspakāpju ABHM varianti tika patentēti 1985.-1993.gadā. To prototipi ir par 30–50% efektīvāki nekā divpakāpju prototipi un tuvojas kompresijas iekārtu masas modeļiem.

Absorbcijas siltumsūkņu priekšrocības

Absorbcijas siltumsūkņu galvenā priekšrocība ir iespēja savam darbam izmantot ne tikai dārgu elektroenerģiju, bet arī jebkuru pietiekamas temperatūras un jaudas siltuma avotu - pārkarsētu vai izplūdes tvaiku, gāzes, benzīna un jebkuru citu degļu liesmu - līdz izplūdei. gāzes un bezmaksas saules enerģija.

Otra šo vienību priekšrocība, kas ir īpaši vērtīga sadzīves vajadzībām, ir iespēja izveidot konstrukcijas, kas nesatur kustīgas daļas un tāpēc ir praktiski klusas (šāda veida padomju modeļos dažreiz varēja dzirdēt klusu rīstīšanu vai vieglu šņāk, bet, protams, tas nekur nenonāk). salīdzinot ar darbojoša kompresora troksni).

Visbeidzot, mājsaimniecības modeļos darba šķidrums (parasti ūdens-amonjaka maisījums ar ūdeņraža vai hēlija piedevu) tur izmantotajos apjomos nerada lielu bīstamību citiem pat darba daļas avārijas spiediena samazināšanas gadījumā. (to pavada ļoti nepatīkama smaka, tāpēc nav iespējams pamanīt spēcīgu noplūdi, un telpa ar avārijas bloku būs jāatstāj un jāvēdina “automātiski”; īpaši zemas amonjaka koncentrācijas ir dabiskas un absolūti nekaitīgas). Rūpnieciskajās iekārtās amonjaka apjomi ir lieli un amonjaka koncentrācija noplūžu gadījumā var būt letāla, taču jebkurā gadījumā amonjaks tiek uzskatīts par videi draudzīgu – tiek uzskatīts, ka atšķirībā no freoniem tas neiznīcina ozona slāni un neizraisa siltumnīcas efektu.

Absorbcijas siltumsūkņu trūkumi

Galvenais šāda veida siltumsūkņu trūkums- zemāka efektivitāte salīdzinājumā ar kompresiju.

Otrs trūkums ir pašas iekārtas konstrukcijas sarežģītība un diezgan lielā korozijas slodze no darba šķidruma, kas vai nu liek izmantot dārgus un grūti apstrādājamus korozijizturīgus materiālus, vai arī samazina iekārtas kalpošanas laiku līdz 5..7. gadiem. Rezultātā "aparatūras" izmaksas ir ievērojami augstākas nekā tādas pašas jaudas kompresijas iekārtām (pirmkārt, tas attiecas uz jaudīgām industriālajām vienībām).

Treškārt, daudzi dizaini ir ļoti svarīgi izvietošanai uzstādīšanas laikā - jo īpaši dažiem mājsaimniecības ledusskapju modeļiem bija nepieciešama uzstādīšana stingri horizontāli, un pat ar vairāku grādu novirzi tie atteicās strādāt. Darba šķidruma piespiedu pārvietošana ar sūkņu palīdzību lielā mērā novērš šīs problēmas nopietnību, bet pacelšanai ar klusu termosifonu un novadīšanai ar gravitācijas palīdzību ir nepieciešama ļoti rūpīga agregāta izlīdzināšana.

Atšķirībā no kompresijas mašīnām, absorbcijas mašīnas nebaidās no pārāk zemas temperatūras - to efektivitāte vienkārši tiek samazināta. Bet ne velti es šo rindkopu ievietoju mīnusu sadaļā, jo tas nenozīmē, ka tie var darboties stiprā aukstumā - aukstumā amonjaka ūdens šķīdums vienkārši sasalst, atšķirībā no freoniem, ko izmanto kompresijas mašīnās, kura sasalšanas temperatūra parasti ir zemāka par -100 ° C. Tiesa, ja ledus neko nesalauž, tad pēc atkausēšanas absorbcijas bloks turpinās strādāt, pat ja tas visu šo laiku nav bijis atslēgts no tīkla, jo tajā nav mehānisko sūkņu un kompresoru, un apkures jauda mājsaimniecības modeļos ir pietiekami mazs, lai vārītos apgabalā, kurā sildītājs nav kļuvis pārāk intensīvs. Tomēr tas viss ir atkarīgs no konkrēta dizaina iezīmēm ...

Absorbcijas siltumsūkņu izmantošana

Neskatoties uz nedaudz zemāku efektivitāti un salīdzinoši augstākām izmaksām salīdzinājumā ar kompresijas iekārtām, absorbcijas siltumdzinēju izmantošana ir absolūti pamatota, ja nav elektrības vai kur ir liels siltuma pārpalikums (izplūdes tvaiki, karstās izplūdes vai dūmgāzes utt. - uz augšu) uz pirmssaules apkuri). Jo īpaši tiek ražoti īpaši ledusskapju modeļi, kurus darbina gāzes degļi, kas paredzēti autobraucējiem un jahtniekiem.

Pašlaik Eiropā gāzes katli dažkārt tiek aizstāti ar absorbcijas siltumsūkņiem, ko silda ar gāzes degli vai dīzeļdegvielu - tie ļauj ne tikai izmantot kurināmā sadegšanas siltumu, bet arī “uzsūknēt” papildu siltumu no ielas vai dīzeļdegvielas. no zemes dzīlēm!

Kā liecina pieredze, arī ikdienas dzīvē iespējas ar elektrisko apkuri ir diezgan konkurētspējīgas, galvenokārt zemas jaudas diapazonā - kaut kur no 20 līdz 100 vatiem. Mazākas jaudas ir termoelektrisko elementu sfēra, un pie lielākas jaudas kompresijas sistēmu priekšrocības joprojām ir nenoliedzamas. Jo īpaši starp padomju un pēcpadomju šāda veida ledusskapju zīmoliem Morozko, Sever, Kristall, Kijeva bija populāri ar tipisku ledusskapja kameras tilpumu no 30 līdz 140 litriem, lai gan ir arī modeļi ar 260 litriem (" Kristāls-12"). Starp citu, izvērtējot enerģijas patēriņu, ir vērts ņemt vērā faktu, ka kompresijas ledusskapji gandrīz vienmēr darbojas īstermiņa režīmā, savukārt absorbcijas ledusskapji parasti ieslēdzas daudz ilgāku laiku vai pat strādā nepārtraukti. Tāpēc, pat ja sildītāja nominālā jauda ir daudz mazāka par kompresora jaudu, vidējā dienas enerģijas patēriņa attiecība var būt diezgan atšķirīga.

Vortex siltumsūkņi

Vortex siltumsūkņi Rang efekts tiek izmantots, lai atdalītu siltu un aukstu gaisu. Iedarbības būtība ir tāda, ka tangenciāli caurulē ar lielu ātrumu ievadītā gāze tiek savīta un atdalīta šīs caurules iekšpusē: atdzesētu gāzi var ņemt no caurules centra, bet uzsildīto gāzi no perifērijas. Tāda pati ietekme, lai gan daudz mazākā mērā, attiecas arī uz šķidrumiem.

Vortex siltumsūkņu priekšrocības

Šāda veida siltumsūkņu galvenā priekšrocība ir dizaina vienkāršība un augsta veiktspēja. Virpuļcaurule nesatur kustīgas daļas, kas nodrošina augstu uzticamību un ilgu kalpošanas laiku. Vibrācija un pozīcija telpā praktiski neietekmē tā darbību.

Spēcīga gaisa plūsma novērš sasalšanu, un virpuļcauruļu efektivitāte ir vāji atkarīga no ieplūdes plūsmas temperatūras. Ļoti svarīga ir arī ar hipotermiju, pārkaršanu vai darba šķidruma sasalšanu saistītu būtisku temperatūras ierobežojumu praktiska neesamība.

Dažos gadījumos nozīme ir iespējai vienā posmā sasniegt rekordaugstu temperatūras atdalīšanu: literatūrā ir sniegti skaitļi dzesēšanai par 200 ° un vairāk. Parasti viens posms atdzesē gaisu par 50..80°С.

Vortex siltumsūkņu trūkumi

Diemžēl šo ierīču efektivitāte šobrīd ir ievērojami zemāka par iztvaikošanas kompresijas iekārtu efektivitāti. Turklāt efektīvai darbībai tiem nepieciešams liels darba šķidruma padeves ātrums. Maksimālā efektivitāte tiek atzīmēta pie ieejas plūsmas ātruma, kas vienāds ar 40..50% no skaņas ātruma - šāda plūsma pati par sevi rada lielu troksni, turklāt tam nepieciešams produktīvs un jaudīgs kompresors - ierīce ir arī ar nenozīmē klusu un diezgan kaprīzu.

Tā kā šai parādībai nav vispārpieņemtas teorijas, kas būtu piemērota praktiskai inženierijas lietošanai, šādu vienību projektēšanu daudzos aspektos padara par empīrisku uzdevumu, kur rezultāts ir ļoti atkarīgs no veiksmes: “uzminēju vai neuzminēju”. Vairāk vai mazāk ticams rezultāts tiek iegūts, tikai reproducējot jau izveidotos veiksmīgos paraugus, un mēģinājumi būtiski mainīt noteiktus parametrus rezultāti ne vienmēr ir paredzami un dažreiz izskatās paradoksāli.

Vortex siltumsūkņu izmantošana

Tomēr šādu ierīču izmantošana pašlaik pieaug. Tie ir attaisnojami galvenokārt tur, kur jau ir gāze zem spiediena, kā arī dažādās uguns un sprādzienbīstamās nozarēs - galu galā bieži vien ir daudz drošāk un lētāk piegādāt zem spiediena uz bīstamu zonu gaisa plūsmu, nevis vilkt aizsargātu elektrisko vadu. elektroinstalāciju tur un uzstādiet elektromotorus īpašā konstrukcijā.

Siltumsūkņu efektivitātes robežas

Kāpēc siltumsūkņi joprojām netiek plaši izmantoti apkurei (varbūt vienīgā salīdzinoši izplatītā šādu ierīču klase ir invertora kondicionieri)? Tam ir vairāki iemesli, un bez subjektīvajiem, kas saistīti ar apkures tradīciju trūkumu, izmantojot šo paņēmienu, ir arī objektīvi, no kuriem galvenie ir siltuma nosūcēja apsarmojums un salīdzinoši šaurs temperatūras diapazons efektīvai darbībai.

Vortex (galvenokārt gāzes) iekārtās parasti nav problēmu ar hipotermiju un sasalšanu. Tie neizmanto darba šķidruma agregācijas stāvokļa izmaiņas, un spēcīga gaisa plūsma pilda "No Frost" sistēmas funkcijas. Tomēr to efektivitāte ir daudz mazāka nekā iztvaikošanas siltumsūkņiem.

hipotermija

Iztvaikošanas siltumsūkņos augsta efektivitāte tiek nodrošināta, mainot darba šķidruma agregācijas stāvokli - pāreju no šķidruma uz gāzi un otrādi. Attiecīgi šis process ir iespējams salīdzinoši šaurā temperatūras diapazonā. Pārāk augstā temperatūrā darba šķidrums vienmēr paliks gāzveida, un pārāk zemā temperatūrā tas ar lielām grūtībām iztvaiko vai pat sasalst. Rezultātā, temperatūrai pārsniedzot optimālo diapazonu, energoefektīvākā fāzes pāreja kļūst apgrūtināta vai tiek pilnībā izslēgta no darba cikla, un ievērojami samazinās kompresijas vienības efektivitāte, un, ja aukstumaģents paliek pastāvīgi šķidrs, tad tas vispār nedarbosies.

sasalšana

Siltuma iegūšana no gaisa

Pat ja visu siltumsūkņu agregātu temperatūras saglabājas vajadzīgajās robežās, ekspluatācijas laikā siltuma nosūkšanas iekārta - iztvaicētājs - vienmēr tiek pārklāta ar mitruma pilieniem, kas kondensējas no apkārtējā gaisa. Bet šķidrais ūdens no tā izplūst pats, īpaši netraucējot siltuma pārnesi. Kad iztvaicētāja temperatūra kļūst pārāk zema, kondensāta pilieni sasalst, un tikko kondensētais mitrums nekavējoties pārvēršas par sarmu, kas paliek uz iztvaicētāja, pakāpeniski veidojot biezu sniega kārtu - tieši tā notiek parasta ledusskapja saldētavā. . Tā rezultātā ievērojami samazinās siltuma apmaiņas efektivitāte, un pēc tam ir nepieciešams pārtraukt darbību un atkausēt iztvaicētāju. Ledusskapja iztvaicētājā, kā likums, temperatūra pazeminās par 25..50°C, un kondicionieros to specifikas dēļ temperatūras starpība ir mazāka - 10..15°C. To zinot, kļūst skaidrs, kāpēc lielāko daļu gaisa kondicionētāju nevar noregulēt uz temperatūru, kas zemāka par +13..+17°С - šo slieksni nosaka to dizaineri, lai izvairītos no iztvaicētāja apledojuma, jo atkausēšanas režīms parasti netiek nodrošināts. Tas ir arī viens no iemesliem, kāpēc gandrīz visi gaisa kondicionieri ar invertora režīmu nedarbojas pat pie ne pārāk augstām negatīvām temperatūrām - tikai nesen ir sākuši parādīties modeļi, kas paredzēti darbam salnā līdz -25 ° C. Vairumā gadījumu jau pie –5..–10°C enerģijas izmaksas atkausēšanai kļūst salīdzināmas ar no ielas iesūknētā siltuma daudzumu, un siltuma atsūknēšana no ielas izrādās neefektīva, īpaši, ja āra gaiss ir tuvu 100% - tad ārējais siltuma nosūcējs īpaši ātri pārklājas ar ledu.

Siltuma ieguve no augsnes un ūdens

Šajā sakarā pēdējā laikā arvien vairāk tiek uzskatīts siltums no zemes dzīlēm kā neaizsalstošs siltumsūkņu "aukstā siltuma" avots. Tas nenozīmē zemes garozas apsildāmos slāņus, kas atrodas daudzu kilometru dziļumā, un pat ne ģeotermālos ūdens avotus (lai gan, ja jums paveicas un tie atrodas tuvumā, būtu muļķīgi atstāt novārtā šādu likteņa dāvanu) . Tas attiecas uz "parasto" augsnes slāņu siltumu, kas atrodas 5 līdz 50 metru dziļumā. Kā jūs zināt, vidējā joslā augsnē šādos dziļumos ir aptuveni + 5 ° C temperatūra, kas visu gadu mainās ļoti maz. Vairāk dienvidu reģionos šī temperatūra var sasniegt +10°С un augstāk. Tādējādi temperatūras starpība starp komfortablu +25°C un zemi ap siltumsūcēju ir ļoti stabila un nepārsniedz 20°C neatkarīgi no sals aiz loga (jāpiebilst, ka parasti temperatūra pie siltumsūkņa izejas ir +50..+60°C, bet un temperatūras starpība 50°C ir diezgan pa spēkam siltumsūkņiem, tai skaitā mūsdienu sadzīves ledusskapjiem, kas mierīgi nodrošina -18°C saldētavā pie temperatūras telpā augstāk +30°C).

Tomēr, ja jūs apglabājat vienu kompaktu, bet jaudīgu siltummaini, maz ticams, ka tiks sasniegts vēlamais efekts. Faktiski siltuma nosūcējs šajā gadījumā darbojas kā saldētavas iztvaicētājs, un, ja tā atrašanās vietā nav spēcīgas siltuma pieplūdes (ģeotermālais avots vai pazemes upe), tas ātri sasaldēs apkārtējo augsni, uz kura beigsies visa siltumsūknēšana. Risinājums var būt siltuma ieguve nevis no viena punkta, bet vienmērīgi no liela pazemes tilpuma, tomēr izmaksas par tūkstošiem kubikmetru grunts pārklājuma siltumsūcēja izbūvi ievērojamā dziļumā, visticamāk, padarīs šo risinājumu ekonomiski absolūti neizdevīgu. Lētāks variants ir urbt vairākas akas ar vairāku metru atstarpi vienu no otras, kā tas tika darīts eksperimentālajā "aktīvajā mājā" netālu no Maskavas, taču arī tas nav lēti - katrs, kurš ir izveidojis aku ūdenim, var patstāvīgi novērtēt. izmaksas, lai izveidotu ģeotermālo lauku vismaz desmitiem 30 metru urbumiem. Turklāt pastāvīga siltuma ekstrakcija, lai arī mazāk spēcīga nekā kompakta siltummaiņa gadījumā, tomēr samazinās zemes temperatūru ap siltuma nosūcējiem, salīdzinot ar sākotnējo. Tas novedīs pie siltumsūkņa efektivitātes samazināšanās tā ilgstošas ​​darbības laikā, un temperatūras stabilizācijas periods jaunā līmenī var ilgt vairākus gadus, kuru laikā pasliktināsies siltuma ieguves apstākļi. Tomēr var mēģināt daļēji kompensēt ziemas siltuma zudumus ar pastiprinātu ievadīšanu dziļumā vasaras karstumā. Bet pat neņemot vērā papildu enerģijas izmaksas šai procedūrai, ieguvums no tās nebūs pārāk liels - saprātīga izmēra zemes siltuma akumulatora siltumietilpība ir diezgan ierobežota, un ar to nepārprotami nepietiek visai Krievijas ziemai. , lai gan šāda siltuma padeve tomēr ir labāka par neko. Turklāt šeit liela nozīme ir gruntsūdeņu plūsmas līmenim, tilpumam un ātrumam - bagātīgi samitrināta augsne ar pietiekami lielu ūdens plūsmas ātrumu neļaus veidot “krājumus ziemai” - plūstošais ūdens aiznesīs līdzi ievadīto siltumu ( pat neliela gruntsūdens kustība par 1 metru dienā tikai nedēļas laikā uzkrāto siltumu nonesīs uz sāniem par 7 metriem, un tas atradīsies ārpus siltummaiņa darba zonas). Tiesa, tā pati gruntsūdens plūsma ziemā samazinās augsnes atdzišanas pakāpi - jaunas ūdens porcijas atnesīs jaunu siltumu, ko tās saņems prom no siltummaiņa. Tāpēc, ja tuvumā ir dziļš ezers, liels dīķis vai upe, kas nekad neaizsalst līdz dibenam, tad labāk augsni nerakt, bet krātuvē novietot salīdzinoši kompaktu siltummaini - atšķirībā no stacionāras augsnes, pat stāvošā dīķī vai ezerā brīvā ūdens konvekcija var nodrošināt daudz efektīvāku siltuma padevi siltuma nosūcējam no ievērojama rezervuāra tilpuma. Bet šeit ir jāpārliecinās, ka siltummainis nekādā gadījumā nepārdzesēs līdz ūdens sasalšanas temperatūrai un nesāks sasaldēt ledu, jo atšķirība starp konvekcijas siltuma pārnesi ūdenī un ledus apvalka siltuma pārnesi ir milzīga. (tajā pašā laikā sasalušas un nesasalušas augsnes siltumvadītspēja bieži vien atšķiras ne tik ļoti, un mēģinājums noteiktos apstākļos izmantot milzīgo ūdens kristalizācijas siltumu zemes siltuma ieguvē var sevi attaisnot).

Ģeotermālā siltumsūkņa darbības princips balstās uz siltuma savākšanu no augsnes vai ūdens un novadīšanu uz ēkas apkures sistēmu. Lai savāktu siltumu, nesasalstošais šķidrums pa cauruli, kas atrodas augsnē vai rezervuārā pie ēkas, plūst uz siltumsūkni. Siltumsūknis, tāpat kā ledusskapis, atdzesē šķidrumu (noņem siltumu), kamēr šķidrums tiek atdzesēts par aptuveni 5 °C. Šķidrums atkal ieplūst pa cauruli ārējā augsnē vai ūdenī, atgūst temperatūru un atkal nonāk siltumsūknī. Siltumsūkņa iegūtais siltums tiek nodots apkures sistēmai un/vai karstā ūdens sildīšanai.

Ir iespējams iegūt siltumu no pazemes ūdens - pazemes ūdens ar temperatūru aptuveni 10 ° C tiek piegādāts no akas uz siltumsūkni, kas atdzesē ūdeni līdz +1 ... + 2 ° C, un atdod ūdeni pazemē. . Jebkuram objektam, kura temperatūra pārsniedz mīnus divsimt septiņdesmit trīs grādus pēc Celsija, ir siltumenerģija - tā sauktā "absolūtā nulle".

Tas ir, siltumsūknis var uzņemt siltumu no jebkura objekta - zemes, ūdens, ledus, akmeņiem utt. Ja ēku, piemēram, vasarā nepieciešams dzesēt (kondicionēt), tad notiek pretējais process - siltums tiek ņemts no ēkas un novadīts zemē (rezervuārā). Tas pats siltumsūknis var strādāt ziemā apkurei, bet vasarā ēkas dzesēšanai. Acīmredzot siltumsūknis var sildīt ūdeni mājas karstajam ūdenim, gaisa kondicionēšanu, izmantojot ventilatora spoles, sildīt peldbaseinu, atdzesēt, piemēram, slidotavu, sildīt jumtus un celiņus no ledus ...
Viena iekārta var veikt visas ēkas apkures un dzesēšanas funkcijas.

Vienkāršiem vārdiem sakot, siltumsūkņa darbības princips ir tuvs sadzīves ledusskapja darbības principam - tas ņem siltumenerģiju no siltuma avota un nodod to apkures sistēmai. Siltuma avots sūknim var būt augsne, akmeņi, atmosfēras gaiss, ūdens no dažādiem avotiem (upēm, strautiem, gruntskrāsām, ezeriem).

Siltumsūkņu veidus klasificē pēc siltuma avota:

• gaiss-gaiss;
• ūdens-gaiss;
• ūdens-ūdens;
• gruntsūdens (gruntsūdens);
• ledus ūdens (reti).

Apkure, gaisa kondicionēšana un karstais ūdens – to visu var nodrošināt siltumsūknis. Lai to visu nodrošinātu, viņam nav nepieciešama degviela. Sūkņa darbības uzturēšanai patērētā elektroenerģija ir aptuveni 1/4 no citu apkures veidu patēriņa.

Siltumsūkņa apkures sistēmas sastāvdaļas

Kompresors- siltumsūkņa apkures sistēmas sirds. Tas koncentrē izkliedēto zemas kvalitātes siltumu, paaugstinot tā temperatūru saspiešanas dēļ, un pārnes to uz dzesēšanas šķidrumu sistēmā. Šajā gadījumā elektrība tiek tērēta tikai siltumenerģijas saspiešanai un pārnešanai, nevis dzesēšanas šķidruma - ūdens vai gaisa - sildīšanai. Saskaņā ar vidējiem aprēķiniem uz 10 kW siltuma tiek iztērēti līdz 2,5 kW elektroenerģijas.

Karstā ūdens uzglabāšanas tvertne(invertora sistēmām). Uzglabāšanas tvertnē tiek uzkrāts ūdens, kas izlīdzina apkures sistēmas un karstā ūdens siltuma slodzes.

aukstumaģents. Tā sauktais darba šķidrums, kas atrodas zemā spiedienā un vārās zemā temperatūrā, ir zema potenciāla enerģijas absorbētājs no siltuma avota. Tā ir gāze, kas cirkulē sistēmā (freons, amonjaks).

Iztvaicētājs, kas nodrošina siltumenerģijas izvēli un nodošanu sūknim no zemas temperatūras avota.

Kondensators, kas pārnes siltumu no aukstumaģenta uz ūdeni vai gaisu sistēmā.
Temperatūras regulators.

Primārā un sekundārā zemējuma cilpa. Siltuma nodošana no avota uz sūkni un no sūkņa uz mājas apkures cirkulācijas sistēmu. Primārā ķēde sastāv no: iztvaicētāja, sūkņa, caurulēm. Sekundārā ķēde ietver: kondensatoru, sūkni, cauruļvadu.

Gaiss-ūdens siltumsūknis 5-28 kW

Gaiss-ūdens siltumsūknis apkurei un karstā ūdens apgādei 12-20 kW

Siltumsūkņa darbības princips ir siltumenerģijas absorbcija un sekojoša izdalīšanās šķidruma iztvaikošanas un kondensācijas procesā, kā arī spiediena maiņa un sekojošas kondensācijas un iztvaikošanas temperatūras izmaiņas.

Siltumsūknis maina siltuma kustību – liek tai kustēties pretējā virzienā. Tas ir, HP ir tas pats hidrauliskais, kas sūknē šķidrumus no apakšas uz augšu, pretēji dabiskajai kustībai no augšas uz leju.

Aukstumaģents tiek saspiests kompresorā un pārnests uz kondensatoru. Augsts spiediens un temperatūra kondensē gāzi (visbiežāk sastopams freons), siltums tiek pārnests uz dzesēšanas šķidrumu sistēmā. Process tiek atkārtots, kad aukstumaģents atkal iet cauri iztvaicētājam - spiediens samazinās un sākas zemas temperatūras vārīšanās process.

Atkarībā no zemas kvalitātes siltuma avota katram sūkņa veidam ir savas nianses.

Siltumsūkņu īpašības atkarībā no siltuma avota

Gaiss-ūdens siltumsūknis ir atkarīgs no gaisa temperatūras, kas nedrīkst būt zemāka par +5°C aiz borta, un deklarēto siltuma konversijas koeficientu COP 3,5-6 var iegūt tikai pie 10°C un augstāk. Šāda veida sūkņi tiek uzstādīti uz vietas, vietā, kur mēs pūšam cauri, un tie tiek uzstādīti arī uz jumtiem. To pašu var teikt par gaiss-gaiss sūkņiem.

Gruntsūdens sūkņa tips

Gruntsūdens sūknis vai ģeotermālais siltumsūknis iegūst siltumenerģiju no zemes. Zemes temperatūra ir no 4°C līdz 12°C, vienmēr stabila 1,2-1,5 m dziļumā.

Vietnē ir nepieciešams novietot horizontālu kolektoru, platība ir atkarīga no augsnes temperatūras un apsildāmās platības lieluma, neko nevar stādīt un novietot virs sistēmas, izņemot zāli. Ir vertikālā kolektora variants ar aku līdz 150 m.Starpposma siltumnesējs cirkulē pa zemē ieliktām caurulēm un sasilst līdz 4°C, atdzesējot augsni. Savukārt augsnei ir jākompensē siltuma zudumi, kas nozīmē, ka efektīvai ZS darbībai nepieciešami simtiem metru cauruļu.

Siltumsūknis"ūdens-ūdens"

Siltumsūknis "ūdens-ūdens" darbojas uz upju, strauto, notekūdeņu un gruntskrāsu zemas kvalitātes siltumu. Ūdens ir siltumietilpīgāks par gaisu, taču gruntsūdeņu dzesēšanā ir dažas nianses - to nevar atdzist līdz sasalšanai, ūdenim brīvi jānoplūst zemē.

Jums ir jābūt 100% pārliecinātam, ka dienā jūs varēsiet brīvi izlaist caur sevi desmitiem tonnu ūdens. Šo problēmu bieži risina, ielejot atdzesētu ūdeni tuvākajā rezervuārā, ar vienīgo nosacījumu, ka rezervuārs atrodas aiz jūsu žoga, pretējā gadījumā šāda apkure rada miljonus. Ja līdz plūstošai ūdenskrātuvei ir desmit metri, tad visefektīvākā būs apkure ar ūdens-ūdens siltumsūkni.

Siltumsūknis "ledus ūdens"

Siltumsūknis "ledus ūdens" diezgan eksotisks sūkņu veids, kam nepieciešama siltummaiņa komplektācija - gaiss-ūdens sūknis tiek pārveidots par vēsu ūdeni un noņem ledu.

Apkures sezonā uzkrājas aptuveni 250 tonnas ledus, ko var uzglabāt (ar šādu ledus tilpumu var piepildīt vidējo baseinu). Šāda veida siltumsūknis ir labs mūsu ziemām. 330 kJ/kg – tik daudz siltuma ūdens izdala sasalšanas laikā. Savukārt ūdens dzesēšana par 1°C dod 80 reizes mazāk siltuma. Sildīšanas jaudu 36 000 kJ/h iegūst, sasaldējot 120 litrus ūdens. Šo siltumu var izmantot, lai izveidotu apkures sistēmu ar ledus ūdens siltumsūkni. Kamēr ir ļoti maz informācijas par šāda veida sūkņiem, es paskatīšos.

Siltumsūkņu plusi un mīnusi

Es nevēlos te rēkt par "zaļo" enerģiju un videi draudzīgumu, jo visas sistēmas cena izrādās augsta un te pēdējais, par ko domā, ir ozona slānis. Samazinot siltumsūkņa apkures sistēmas izmaksas, priekšrocības ir:

1. Droša apkure. Spriežu pēc sevis - kad mans gāzes katls ar vate ieslēdz degli, ik pēc 15 minūtēm uz galvas parādās sirms mati. Siltumsūknis neizmanto atklātu liesmu, degošu degvielu. Nav malkas un ogļu krājumu.
   Siltumsūkņa lietderības koeficients ir aptuveni 400-500% (paņem 1 kW elektroenerģijas, tērē 5).
2. "Tīra" apkure bez degšanas atkritumiem, izplūdes gāzēm, smakas.
3. Klusa darbība ar pareizo kompresoru.

Taukains mīnus siltumsūkņi- visas sistēmas cena kopumā un reti sastopami ideāli apstākļi efektīvai sūkņa darbībai.

Apkures sistēmas, kuras pamatā ir siltumsūknis, atmaksāšanās var būt 5 gadi vai varbūt 35, un otrais skaitlis, diemžēl, ir reālāks. Šī ir ļoti dārga sistēma ieviešanas stadijā un ļoti darbietilpīga.

Kurš ko stāstīs, tagad Kuļibiņi ir šķīrušies, ar siltumsūkni aprēķiniem būtu jānodarbojas tikai siltuminženierim, ar objekta apmeklējumu.