Warmtepompen voor woningverwarming: soorten en werkingsprincipe

Het werkingsprincipe van de lucht-waterpomp

Zoals reeds vermeld, is atmosferische lucht de belangrijkste bron van thermische energie voor installaties van dit type. De fundamentele basis van de werking van luchtpompen is de fysieke eigenschap van vloeistoffen om warmte te absorberen en af ​​te geven tijdens de faseovergang van een vloeibare naar een gasvormige toestand en vice versa. Door de toestandsverandering komt de temperatuur vrij. Het systeem werkt volgens het principe van een omgekeerde koelkast.

Om deze eigenschappen van de vloeistof effectief te gebruiken, circuleert een laagkokend koelmiddel (freon, freon) in een gesloten circuit, waarvan het ontwerp omvat:

• compressor met elektrische aandrijving;
• ventilator geblazen verdamper;
• gasklep (expansie) klep;
• platenwarmtewisselaar;
• koperen of metaal-kunststof circulatiebuizen die de hoofdelementen van het circuit verbinden.

De beweging van het koelmiddel langs het circuit wordt uitgevoerd door de druk die door de compressor wordt ontwikkeld.Om warmteverliezen te verminderen, zijn de leidingen bedekt met een warmte-isolerende laag van kunstrubber of polyethyleenschuim met een beschermende gemetalliseerde coating. Als koelmiddel wordt freon of freon gebruikt, dat kan koken bij een negatieve temperatuur en niet bevriest tot -40°C.

Het hele werkproces bestaat uit de volgende opeenvolgende cycli:

1. De verdamperradiator bevat een vloeibaar koudemiddel dat koeler is dan de buitenlucht. Tijdens het actief blazen van de radiator wordt thermische energie uit lucht met een laag potentieel overgebracht naar freon, dat kookt en overgaat in een gasvormige toestand. Tegelijkertijd stijgt de temperatuur.
2. Het verwarmde gas komt de compressor binnen, waar het tijdens het compressieproces nog meer opwarmt.
3. In gecomprimeerde en verwarmde toestand wordt de koelmiddeldamp in een platenwarmtewisselaar geleid, waar de warmtedrager van het verwarmingssysteem door het tweede circuit circuleert. Omdat de temperatuur van het koelmiddel veel lager is dan die van het verwarmde gas, condenseert freon actief op de warmtewisselaarplaten en geeft het warmte af aan het verwarmingssysteem.
4. Het gekoelde damp-vloeistofmengsel komt de smoorklep binnen, waardoor alleen het gekoelde vloeibare koudemiddel onder lage druk naar de verdamper kan gaan. Daarna wordt de hele cyclus herhaald.

Om de efficiëntie van de warmteoverdracht van de buis te vergroten, zijn spiraalvinnen op de verdamper gewikkeld. Bij de berekening van het verwarmingssysteem, de keuze van circulatiepompen en andere apparatuur moet rekening worden gehouden met hydraulische weerstand en coëfficiënt: warmteoverdracht platenwarmtewisselaar installatie.

Video-overzicht van het systeemapparaat en de werking ervan

Inverter warmtepompen

De aanwezigheid van een omvormer als onderdeel van de installatie zorgt voor een vlotte opstart van de apparatuur en automatische regeling van de modi afhankelijk van de buitentemperatuur. Dit maximaliseert het rendement van de warmtepomp door:

• bereiken van efficiëntie op het niveau van 95-98%;
• het energieverbruik met 20-25% verminderen;
• minimalisering van belastingen op het elektrische netwerk;
• verleng de levensduur van de installatie.

Hierdoor wordt de binnentemperatuur stabiel op hetzelfde niveau gehouden, ongeacht weersveranderingen. Tegelijkertijd zorgt de aanwezigheid van een omvormer, compleet met een geautomatiseerde regeleenheid, niet alleen voor verwarming in de winter, maar ook voor toevoer van gekoelde lucht in de zomer bij warm weer.

Tegelijkertijd moet er rekening mee worden gehouden dat de aanwezigheid van extra apparatuur altijd een verhoging van de kosten en een verlenging van de terugverdientijd met zich meebrengt.

Indeling naar type werkvloeistof

Moderne warmtepompen kunnen gebruiken gasvormig lichaam of chemische vloeistof; ammoniakoplossing als warmtetransporteur. De geschiktheid van een bepaald schema wordt beoordeeld door verschillende factoren, systeemkenmerken.

1. Freon-installaties hebben een warmtepompcyclus op basis van gascompressie- en expansieprocessen. Ze zijn op de een of andere manier gebouwd op het compressorschema. De apparatuur heeft aantrekkelijke prestatie-indicatoren, maar heeft ook nadelen. Hoewel het gewogen gemiddelde verbruik van het systeem op het moment van de bedrijfscyclus stabiel is, wordt de bedrading zwaar belast. Daarnaast zijn warmtepompen met een gasvormige warmtetransporteur niet bruikbaar in regio's waar geen centraal elektriciteitsnet of een stroombron met voldoende draagvermogen is.
2. Planten van het verdampingstype die ammoniakoplossing gebruiken, hebben een bedrijfscyclus die is gebaseerd op het verdampingsproces van de stof bij lage kookpunten. Liquefactie na het passeren van een externe warmtewisselaar vindt plaats onder invloed van een energiebron. Dit is een warmtebrander. Bijna elke brandstof kan ervoor worden gebruikt: vast, benzine, diesel, gas, kerosine, in sommige gevallen - methylalcohol. Daarom zijn verdampingswarmtepompen aantrekkelijk op plaatsen waar geen elektriciteit is. Bovendien kan de goedkope brandstof van een bepaald type in de regio aanleiding geven tot de keuze van dergelijke apparatuur.

De aard van de werkvloeistof die in het systeem wordt gebruikt, kan veel zeggen over de prestaties van de installatie en het geleverde vermogen. Dus freon-compressor-warmtepompen zijn in staat tot een scherpe ruk, waardoor de kamer snel wordt opgewarmd. Ammoniakverdampingsmodellen zijn niet in staat tot dergelijke prestaties. Hun voorkeursmodus is een stabiele, continue werking bij nominale warmteafgifte.

Soorten warmtepompen

Warmtepompen zijn onderverdeeld in verschillende typen. Het eerste type (type) in de classificatie volgens de methode van overdracht van thermische energie:

Compressie. De belangrijkste installatie-elementen zijn compressoren, condensors, expanders en verdampers. Dit type pomp is van zeer hoge kwaliteit en efficiënt, waardoor het erg populair is in de markt.

Absorptie. De nieuwste generatie warmtepompen. Ze gebruiken een absorberend freon in hun werk. Hierdoor wordt de kwaliteit van het werk meerdere keren verhoogd.

Kunnen onderscheiden worden soorten warmtepompen volgens warmtebronnen, namelijk:

• Warmte-energie wordt gecreëerd door de bodem (foto);
• water;
• Luchtstromingen
• Opnieuw opwarmen. Ze worden verkregen uit afvloeiend water, vuile lucht of rioolwater.

Door typen input-output circuits:

• lucht naar lucht. De pomp zuigt koude lucht aan, verlaagt de temperatuur, ontvangt de benodigde warmte en brengt deze naar de plaats waar verwarming nodig is.
• water-naar-water. De pomp haalt de warmte uit het grondwater, dat deze aan het water geeft om de ruimte te verwarmen.
• water-naar-lucht. Van water naar lucht. Het gebruik van sondes en putten voor water is typisch, en verwarming vindt plaats via een luchtverwarmingssysteem.
• lucht-water. Van lucht naar water. Dergelijke pompen gebruiken warmte uit de atmosfeer om water te verwarmen.
• grond water. In deze vorm wordt warmte onttrokken aan leidingen met water in de grond. Warmte wordt uit de grond (bodem) gehaald.
• ijswater. Een interessant type warmtepomp. Voor het verwarmen van water voor ruimteverwarming wordt een ijsproductietechniek gebruikt, waarbij kolossale thermische energie vrijkomt. Als je tot 200 liter water bevriest, kun je binnen 40-60 minuten energie krijgen die een middelgroot formaat kan opwarmen.

Voor- en nadelen van warmtepompen

Beginsel werking van de warmtepomp, in eenvoudige bewoordingen, is gebaseerd op het verzamelen van laagwaardige thermische energie en de verdere overdracht ervan naar verwarmings- en klimaatsystemen, evenals naar waterbehandelingssystemen, maar bij een hogere temperatuur. Een eenvoudig voorbeeld kan worden gegeven in de vorm van een gasfles – wanneer deze gevuld is met gas, warmt de compressor op door deze te comprimeren. En als u gas uit de cilinder laat, zal de cilinder afkoelen - probeer scherp gas uit een herbruikbare aansteker te laten ontsnappen om de essentie van dit fenomeen te begrijpen.

Zo nemen warmtepompen als het ware thermische energie weg uit de omringende ruimte - het zit in de grond, in het water en zelfs in de lucht. Zelfs als de lucht een negatieve temperatuur heeft, zit er nog warmte in. Het wordt ook aangetroffen in waterlichamen die niet tot op de bodem bevriezen, evenals in diepe grondlagen die ook niet vatbaar zijn voor diepvriezen - tenzij het natuurlijk permafrost is.

Warmtepompen hebben een nogal ingewikkeld apparaat, zoals je kunt zien door te proberen een koelkast of airconditioners te demonteren. Deze voor ons bekende huishoudelijke eenheden lijken enigszins op de bovengenoemde pompen, alleen werken ze in de tegenovergestelde richting - ze nemen warmte van het pand en sturen deze naar buiten. Als je je hand op de achterste radiator van de koelkast legt, merken we dat deze warm is. En deze warmte is niets anders dan de energie die wordt gehaald uit fruit, groenten, melk, soepen, worstjes en andere producten die zich in de kamer bevinden.

Airconditioners en split-systemen werken op een vergelijkbare manier - de warmte die door buitenunits wordt gegenereerd, is thermische energie die beetje bij beetje wordt verzameld in gekoelde kamers.

Het werkingsprincipe van een warmtepomp is het omgekeerde van dat van een koelkast. Het verzamelt warmte uit de lucht, het water of de bodem in dezelfde korrels, waarna het deze doorstuurt naar de consumenten - dit zijn verwarmingssystemen, warmteaccumulators, vloerverwarmingssystemen en boilers. Het lijkt erop dat niets ons ervan weerhoudt om de koelvloeistof of het water te verwarmen met een gewoon verwarmingselement - zo is het gemakkelijker. Maar laten we de productiviteit van warmtepompen en conventionele verwarmingselementen eens vergelijken:

Bij de keuze voor een warmtepomp staat de beschikbaarheid van een specifieke natuurlijke energiebron voorop.

• Conventioneel verwarmingselement - voor de productie van 1 kW warmte verbruikt het 1 kW elektriciteit (exclusief fouten;
• Een warmtepomp - hij verbruikt slechts 200 W elektriciteit om 1 kW warmte te produceren.

Nee, er is hier geen efficiëntie gelijk aan 500% - de wetten van de fysica zijn onwrikbaar. Het zijn gewoon de wetten van de thermodynamica die hier aan het werk zijn. De pomp verzamelt als het ware energie uit de ruimte, "verdikt" deze en stuurt deze naar de consument. Op dezelfde manier kunnen we regendruppels opvangen via een grote gieter, zodat we een stevige stroom water krijgen bij de uitgang.

We hebben al veel analogieën gegeven die ons in staat stellen de essentie van warmtepompen te begrijpen zonder ingewikkelde formules met variabelen en constanten. Laten we nu eens kijken naar hun voordelen:

• Energiebesparing - als de standaard elektrische verwarming van 100 m². m. zal leiden tot kosten van 20-30 duizend roebel per maand (afhankelijk van de luchttemperatuur buiten), dan zal het verwarmingssysteem met een warmtepomp de kosten verlagen tot een acceptabele 3-5 duizend roebel - je moet toegeven, dit is al een behoorlijke besparing. En dit is zonder trucjes, zonder bedrog en zonder marketingtrucs;
• Zorg voor het milieu - kolen-, kern- en waterkrachtcentrales schaden de natuur. Daarom vermindert een verminderd elektriciteitsverbruik de hoeveelheid schadelijke uitstoot;
• Een breed scala aan toepassingen - de resulterende energie kan worden gebruikt om een ​​huis te verwarmen en warm water te bereiden.

Er zijn ook nadelen:

• De hoge kosten van warmtepompen - dit nadeel legt een beperking op aan het gebruik ervan;
• De noodzaak van regelmatig onderhoud - u moet ervoor betalen;
• Installatiemoeilijkheden - dit geldt vooral voor warmtepompen met gesloten circuits;
• Gebrek aan acceptatie door mensen - weinigen van ons zouden willen investeren in deze apparatuur om de belasting van het milieu te verminderen. Maar sommige mensen die ver van gasleidingen wonen en gedwongen zijn hun huis te verwarmen met alternatieve warmtebronnen, gaan ermee akkoord geld uit te geven aan het kopen van een warmtepomp en hun maandelijkse elektriciteitsrekening te verlagen;
• Afhankelijkheid van het lichtnet - als de stroomtoevoer stopt, bevriest de apparatuur onmiddellijk. De situatie wordt gered door een warmteaccumulator of een back-upstroombron te installeren.

Zoals je kunt zien, zijn sommige van de nadelen behoorlijk ernstig.

Benzine- en dieselstroomgeneratoren kunnen dienen als back-upstroombronnen voor warmtepompen.

tips & trucs

Een warmtepomp is een technisch complexe en vrij dure apparatuur, dus de keuze ervan moet met grote verantwoordelijkheid worden benaderd. Om niet ongegrond te zijn, volgen hier enkele zeer specifieke aanbevelingen.

1. Begin nooit met het kiezen van een warmtepomp zonder eerst berekeningen te maken en een project te maken. Het uitblijven van een project kan fatale fouten veroorzaken, die alleen kunnen worden gecorrigeerd met behulp van enorme extra financiële investeringen.

2. Het ontwerp, de installatie en het onderhoud van de warmtepomp en het verwarmingssysteem mogen alleen worden toevertrouwd aan professionals. Hoe zorg je ervoor dat professionals in dit bedrijf werken? Allereerst door de beschikbaarheid van alle benodigde documentatie, een portfolio van geïmplementeerde objecten, certificaten van leveranciers van apparatuur.Het is zeer wenselijk dat het hele scala aan noodzakelijke diensten wordt geleverd door één bedrijf, dat in dit geval volledig verantwoordelijk is voor de uitvoering van het project.

3. Wij adviseren u de voorkeur te geven aan een warmtepomp van Europese makelij. Laat u niet verwarren door het feit dat het duurder is dan Chinese of Russische apparatuur. Wanneer het wordt opgenomen in de schatting van de kosten van installatie, inbedrijfstelling en debuggen van het gehele verwarmingssysteem, zal het verschil in de prijs van de pompen bijna onmerkbaar zijn. Maar aan de andere kant, als u een "Europeaan" tot uw beschikking heeft, bent u zeker van zijn betrouwbaarheid, aangezien de hoge prijs van de pomp alleen het resultaat is van het gebruik van moderne technologieën en hoogwaardige materialen om deze te maken.

belangrijkste variëteiten

Alle circulatiepompen voor verwarmingssystemen zijn onderverdeeld in twee uitvoeringen: apparaten met een "droge" rotor en circulatiepompen met een "natte" rotor.

Bij circulatiepompen van het eerste type, wat al duidelijk is uit hun naam, komt de rotor niet in contact met het vloeibare werkmedium - het koelmiddel. De waaier van dergelijke pompen is gescheiden van de rotor en de stator door stalen ringen die tegen elkaar worden gedrukt door middel van een speciale veer die de slijtage van deze elementen compenseert. De dichtheid van dit afdichtingssamenstel tijdens de werking van de pomp wordt verzekerd door een dunne laag water tussen de stalen ringen, die wordt gevormd door het verschil tussen de drukken in het verwarmingssysteem en in de externe omgeving.

Circulatiepompen voor verwarming met een "droge" rotor worden gekenmerkt door een vrij hoog rendement (89%) en productiviteit, maar hydraulische machines van dit type hebben ook nadelen, waaronder sterke lawaai op het werk en complexiteit in bediening, onderhoud en reparatie.In de regel zijn industriële verwarmingssystemen uitgerust met pompen van dit type, ze worden zelden gebruikt in huishoudelijke verwarmingssystemen.

Eentraps circulatiepomp met een "droge" rotor

Een circulatiepomp voor verwarmingssystemen uitgerust met een rotor van het "natte" type is een apparaat waarvan de waaier en rotor constant in contact staan ​​met het koelmiddel. Het werkmedium waarin de rotor en waaier draaien, werkt als smeermiddel en koelmiddel. De stator en rotor van pompen van dit type zijn van elkaar geïsoleerd met behulp van een speciaal glas van roestvrij staal. Een dergelijk glas, waarbinnen een rotor en een in het koelmiddel draaiende waaier draaien, beschermt de bekrachtigde statorwikkeling tegen het binnendringen van werkvloeistof erop.

Het rendement van dit type pompen is vrij laag en bedraagt ​​slechts 55%, maar de technische mogelijkheden van een dergelijk apparaat zijn voldoende om de circulatie van het koelmiddel in verwarmingssystemen te garanderen niet te grote huizen. Als we het hebben over de voordelen van circulatiepompen met een "natte" rotor, dan moeten deze de minimale hoeveelheid geluid omvatten die wordt uitgestoten tijdens de werking van dergelijke apparaten, hoge betrouwbaarheid, bedieningsgemak, onderhoud en reparatie.

Natte circulatiepomp

Het type warmtepomp selecteren

De belangrijkste indicator van dit verwarmingssysteem is vermogen. Allereerst zijn de financiële kosten voor de aanschaf van apparatuur en de keuze voor een of andere bron van lagetemperatuurwarmte afhankelijk van het vermogen.Hoe hoger het vermogen van het warmtepompsysteem, hoe hoger de kosten van componenten.

Dit verwijst in de eerste plaats naar het compressorvermogen, de diepte van putten voor aardwarmtesondes of de ruimte voor een horizontale collector. Correcte thermodynamische berekeningen zijn een soort garantie dat het systeem efficiënt zal werken.

Als er een reservoir in de buurt van uw persoonlijke omgeving is, is de meest kosteneffectieve en productieve keuze: warmtepomp water-water

Eerst moet u het gebied bestuderen dat is gepland voor de installatie van de pomp. De ideale toestand zou de aanwezigheid van een reservoir in dit gebied zijn. Door gebruik te maken van de water-naar-water-optie wordt de hoeveelheid graafwerk aanzienlijk verminderd.

Het gebruik van de aardwarmte daarentegen brengt een groot aantal werkzaamheden met zich mee die verband houden met opgravingen. Systemen die water gebruiken als laagwaardige warmte worden als het meest efficiënt beschouwd.

Bij het apparaat van een warmtepomp die thermische energie uit de grond haalt, komt een indrukwekkende hoeveelheid grondwerk kijken. De collector wordt onder het niveau van seizoensgebonden bevriezing gelegd

Er zijn twee manieren om de thermische energie van de bodem te gebruiken. De eerste betreft het boren van putten met een diameter van 100-168 mm. De diepte van dergelijke putten kan, afhankelijk van de parameters van het systeem, 100 m of meer bedragen.

In deze putjes worden speciale sondes geplaatst. De tweede methode maakt gebruik van een collector van buizen. Een dergelijke collector wordt ondergronds in een horizontaal vlak geplaatst. Deze optie vereist een vrij groot gebied.

Voor het leggen van de collector worden gebieden met natte grond als ideaal beschouwd. Het boren van putten kost natuurlijk meer dan een horizontaal reservoir.Niet elke site heeft echter vrije ruimte. Voor één kW warmtepompvermogen heeft u nodig: van 30 tot 50m² oppervlakte.

De constructie voor de opname van thermische energie door één diepe put kan iets goedkoper blijken te zijn dan het graven van een put

Maar een belangrijk pluspunt ligt in de aanzienlijke ruimtebesparing, die belangrijk is voor eigenaren van kleine percelen. In het geval van de aanwezigheid van een hooggelegen grondwaterhorizon op de site, kunnen warmtewisselaars worden aangebracht in twee putten die zich op een afstand van ongeveer 15 m van elkaar bevinden

In het geval van de aanwezigheid van een hooggelegen grondwaterhorizon op de locatie, kunnen warmtewisselaars worden aangebracht in twee putten die zich op een afstand van ongeveer 15 m van elkaar bevinden.

Het winnen van thermische energie in dergelijke systemen door grondwater in een gesloten circuit te pompen, waarvan een deel zich in putten bevindt. Een dergelijk systeem vereist de installatie van een filter en periodieke reiniging van de warmtewisselaar.

Het eenvoudigste en goedkoopste warmtepompschema is gebaseerd op het winnen van thermische energie uit de lucht. Ooit werd het de basis voor de constructie van koelkasten, later werden airconditioners volgens zijn principes ontwikkeld.

Het eenvoudigste warmtepompsysteem haalt energie uit de luchtmassa. In de zomer is het betrokken bij verwarming, in de winter bij airconditioning. Het nadeel van het systeem is dat in een zelfstandige uitvoering een unit met onvoldoende vermogen

efficiëntie verschillende soorten van deze apparatuur: niet hetzelfde. Pompen die lucht gebruiken, hebben de laagste prestaties. Bovendien zijn deze indicatoren direct afhankelijk van de weersomstandigheden.

Grondvariëteiten van warmtepompen hebben stabiele prestaties. De efficiëntiecoëfficiënt van deze systemen varieert binnen 2,8 -3,3.Water-naar-water systemen zijn het meest efficiënt. Dit komt vooral door de stabiliteit van de brontemperatuur.

Opgemerkt moet worden dat hoe dieper de pompcollector zich in het reservoir bevindt, hoe stabieler de temperatuur zal zijn. Om een ​​systeemvermogen van 10 kW te krijgen, is ongeveer 300 meter leiding nodig.

De belangrijkste parameter die het rendement van een warmtepomp kenmerkt, is de conversiefactor. Hoe hoger de conversiefactor, hoe efficiënter de warmtepomp wordt beschouwd.

De conversiefactor van een warmtepomp wordt uitgedrukt door de verhouding van de warmtestroom en het elektrische vermogen dat wordt besteed aan de werking van de compressor