空对空热泵的设计与应用

家庭供暖的自己动手热泵:设备,操作原理,方案

配管的特点

除了循环泵本身的正确安装外,还需要正确定位许多其他元件并满足技术要求。即:

  • 在冷却液流动期间,但在泵前安装了一个过滤器;
  • 两侧安装截止阀;
  • 大功率型号需要减振衬垫(低功率泵可选);
  • 如果有两个或多个循环泵,每个压力连接都配备一个止回阀和类似的冗余装置;
  • 管道末端无压力和压力加载和扭曲。

系统中安装高效循环装置的方法有两种:

  • 单独划分;
  • 直接进入供暖系统。

第二个选项是最优选的。有两种实现方法。首先,将循环泵简单地插入供应管线。

第二种是使用在两个地方连接到主管的 U 形件。在这个版本的中间,安装了一个循环泵。这种实现的特点是存在旁路。

在中央系统频繁断电的情况下,这种设计可确保系统保持运行。虽然效率较低。

热泵的优缺点

简单来说,热泵的运行原理是基于收集低品位热能并将其进一步转移到供暖和气候系统以及水处理系统,但温度更高。可以以气瓶的形式给出一个简单的例子——当它充满气体时,压缩机由于其压缩而变热。如果你从钢瓶中释放气体,那么钢瓶就会冷却 - 尝试从可再填充的打火机中急剧释放气体,以了解这种现象的本质。

因此,热泵可以从周围空间带走热能——它存在于地下、水中,甚至是空气中。即使空气的温度是负的,里面还是有热量的。它也存在于任何不会冻结到最底部的水体中,以及也不适合深度冻结的深层土壤中——当然,除非它是永久冻土。

热泵有一个相当复杂的设备,你可以通过尝试拆卸冰箱或空调来看到。这些我们熟悉的家用单元与上述泵有些相似,只是它们的工作方向相反——它们从房屋中吸取热量并将其输送到室外。如果您将手放在冰箱的后散热器上,我们会注意到它是温暖的。而这种热量只不过是从室内的水果、蔬菜、牛奶、汤、香肠和其他产品中获取的能量。

空调和分体式系统的工作方式类似——室外机产生的热量是在冷却的房间里一点一点收集的热能。

热泵的工作原理与冰箱相反。它从相同谷物中的空气、水或土壤中收集热量,然后将其重新定向到消费者——这些是供暖系统、蓄热器、地板采暖系统和热水器。似乎没有什么能阻止我们用普通的加热元件加热冷却剂或水——这样更容易。但是让我们比较一下热泵和传统加热元件的生产力:

选择热泵时,最重要的是特定自然能源的可用性。

  • 常规加热元件 - 产生 1 kW 的热量,它消耗 1 kW 的电力(不包括错误;
  • 热泵 - 它只消耗 200 W 的电力来产生 1 kW 的热量。

不,这里没有等于 500% 的效率——物理定律是不可动摇的。这只是在这里起作用的热力学定律。可以说,泵从太空中积累能量,“加厚”它并将其发送给消费者。同样,我们可以通过一个大喷壶收集雨滴,在出口处获得稳定的水流。

我们已经给出了许多类比,这些类比使我们能够理解热泵的本质,而无需使用带有变量和常数的深奥公式。现在让我们看看它们的优点:

  • 节能 - 如果 100 平方米的标准电加热。 m. 每月会产生 20-30000 卢布的成本(取决于外面的空气温度),那么带有热泵的供暖系统会将成本降低到可以接受的 3-5000 卢布 - 你必须承认,这已经是相当可观的储蓄。这没有技巧,没有欺骗,没有营销技巧;
  • 爱护环境——煤炭、核能和水力发电厂危害自然。因此,减少用电量可以减少有害排放量;
  • 用途广泛——由此产生的能量可用于加热家庭和制备热水。

也有缺点:

  • 热泵的高成本——这个缺点限制了它们的使用;
  • 需要定期维护 - 您必须为此付费;
  • 安装困难——这在最大程度上适用于闭路热泵;
  • 缺乏被人们接受——我们中很少有人会同意投资这种设备以减少对环境的负担。但是一些远离煤气管道并被迫用替代热源取暖的人同意花钱购买热泵并减少每月的电费;
  • 依赖电源 - 如果停止供电,设备将立即冻结。通过安装蓄热器或备用电源可以挽救这种情况。

正如你所看到的,一些缺点是相当严重的。

汽油和柴油发电机可以作为热泵的备用电源。

设备的功率是如何计算的?

即使温度已降至-20摄氏度,空域中仍存在少量热量

重要的是它适用于具有自主设计的家庭供暖。通常使用专门的软件来计算所需的参数

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您可以使用具有用于指定数值的字段的在线系统。他们可以指定房间的面积和天花板的高度。有时允许设置区域的温度范围特性。

即使在严重的霜冻中,热泵也能正常工作,但它的工作效率会降低。对系统有利的是-10至+10摄氏度的温度范围。为了在选择泵时不犯错误,值得考虑以下因素:

  • 制冷剂体积;
  • 室外和室内单元中盘管的总表面积;
  • 计划的传热量。

由于该系统设计比较简单,即使是对设备操作经验很少的师傅也能安装。但建议将计算委托给专家。至少,应该咨询他们。专家将帮助确定所需的系数,计算空对空热泵,同时考虑所有因素。在俄罗斯中部,一个 5 千瓦的单元足以容纳 100 平方米的房子。

用旧冰箱组装泵

有两种方法可以用旧冰箱制造热泵。

在第一种情况下,冰箱必须位于室内,室外需要铺设2条风管并切入前门。上层空气进入冷冻室,空气被冷却,然后通过下层风道离开冰箱。房间由位于后墙上的热交换器加热。

按照第二种方法,自己动手做一个热泵也是相当简单的。要做到这一点,你需要一台旧冰箱,它只需要安装在加热室外。

这种加热器可以在室外温度低至负 5 ºС 的情况下运行。

如何用空气加热房子?

长期以来,他们试图利用周围空气的热量进行空间加热,但这一想法得到了最有效的实施,这要归功于热力学领域科学家的发现以及对液体和气体性质的研究。正是由于这些发现,发明了热泵,特别是它的品种——空对空系统。

在设备运行期间,使用电能,这是压缩机、控制和保护设备以及其他设备运行所必需的。设备的存在取决于设备的型号。

在空气对空气热泵中,除了安装在其他类型的设备上的控制和自动化之外,还安装了一个可逆阀,允许设备根据业主的要求在加热或空调模式下运行泵。

在决定使用此设备为房屋供暖时,有必要确定选择特定设备时应遵循的标准。

选择设备时,请考虑:

  1. 机组加热功率。

该值显示该设备每单位时间产生多少热能。

  1. 机组的冷却能力。

该值显示设备能够提供空调的房屋体积。

  1. 单位消耗的电力。

该值决定了设备每单位时间使用多少电能。

此外,由于空对空热泵由室外机和室内机组成,因此设备的这些部分受到各自特点的单独要求,例如:

  • 对于室外机:
  • 系统元件的整体尺寸和重量 - 确定安装方法和位置。
  • 噪音水平是一个特性,它也决定了安装的位置和方法。
  • 环境温度 - 设置特定模型的操作参数以及在该国不同地区的工作能力。
  • 连接管道的最大长度决定了本机的安装位置。
  • 室外机和室内机高度标记之间的允许差异。
  • 将多个单元连接到一个公共系统的可能性。
  • 对于室内机:
  • 块的整体尺寸和重量。
  • 风扇转速。
  • 块噪声级别。
  • 安装性能。
  • 电气特性(功率、电压)。
  • 保温材料的种类和材料。
  • 安装的空气过滤器的特点。

在研究了选择标准并决定安装热泵作为热源后,您可以开始选择特定型号。

用自己的双手制作水对水热泵

所描述的单元是一种昂贵的设计,不幸的是,并不是每个人都能负担得起这样的收购,甚至更重要的是 - 支付一次性费用,甚至考虑到安装工作。

像许多其他系统一样,可以独立制造用于加热的水泵。此外,您可以通过使用一些使用过的组件来节省很多,这些组件很容易购买。

热泵的建造是一个非常费力的过程,您应该首先检查电线是否适合预期的负载。在较旧的建筑物中尤其如此。

开始吧!

  1. 第一步是购买压缩机。空调设备非常合适,在专业商店或公司购买并不困难。它将使用 L-300 尺寸的支架安装在墙上。
  2. 作为冷凝器,容积约 120 升、由不锈钢制成的水箱适合我们。线圈安装在切成两半的容器中,该容器可以由小直径的铜管制成。您也可以使用冰箱中的管道。确保线圈的壁厚至少为 1 毫米,以避免过度脆弱。
  3. 为了从铜管中获得自制的泵线圈,我们将其缠绕在圆柱体上,保持匝之间所需的距离。要固定给定的形状,您可以使用铝制穿孔角,在其凹槽中可以固定线圈匝。此外,这将有助于建立统一的螺距。
  4. 当线圈准备好并安装在油箱内时,后者的两半被焊接在一起。
  5. 用于热泵的自制蒸发器可以由大约 70 升大小的塑料瓶制成。内部必须安装由直径为 20 毫米的管道制成的盘管。
  6. 一切准备就绪,您可以将系统组装在一起,焊接管道,然后泵送氟利昂。
  7. 在任何情况下,您都不应尝试自己完成最后一个阶段,而无需具备必要的技能或适当的教育。这不仅会损坏设备,还会造成创伤。

空对空热泵的工作原理

HP 的一般操作原理在许多方面与空调中使用的类似,在“空间加热”模式下,唯一不同的是。热泵被“锐化”用于加热,而空调则用于冷却室。在运行过程中,使用低电位空气能。结果,用电量减少了3倍以上。空对空热泵机组的工作原理,技术细节不做赘述,如下:

  • 即使在负温度下,空气也会保留一定量的热能。这种情况会一直发生,直到温度读数达到绝对零。当温度达到 -15°C 时,大多数 HP 型号都能够散热。几家知名厂商发布了在-25°C甚至-32°C下保持运行的站。
  • 低品位热量的摄入是由于在 HP 内部回路中循环的氟利昂蒸发而发生的。为此,使用了蒸发器——在该单元中为将制冷剂从液态转化为气态创造了最佳条件。同时,根据物理规律,大量的热量被吸收。
  • 位于空对空供热系统中的下一个单元是压缩机。在这里供应气态的制冷剂。压力在腔室中建立,导致氟利昂急剧而显着的加热。通过喷嘴,制冷剂被注入冷凝器。热泵压缩机采用涡旋式设计,在低温下更容易启动。
  • 在直接位于房间内的室内机中,有一个冷凝器,它同时执行热交换器的功能。气态加热的氟利昂有目的地冷凝在模块的壁上,同时释放出热能。 HP 以类似于分体式系统的方式分配接收到的热量。
    允许加热空气的通道分布。该解决方案在为大型多公寓楼、仓库和工业厂房供暖时特别实用。
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空对空热泵的工作原理及其效率与环境温度直接相关。 “窗外”越冷,车站的表现就越低。空气对空气热泵在 -25°C 温度下的运行(在大多数型号中)完全停止。为了弥补热量的不足,安装了备用锅炉。同时使用电加热元件是最佳的。

空对空热泵由两个室外和室内单元组成。该设计在许多方面都让人联想到分体式系统,并以类似的方式安装。室内机安装在墙壁或天花板上。使用遥控器设置设置。

空对空热泵和空调有什么区别

空对空热泵的工作原理类似于空调,但在设计和性能方面存在显着差异

尽管存在外部相似性,但实际上,如果您注意技术特征,则差异很大:

  • 生产力 - 用于家庭供暖的空气对空气热泵,尽可能高效地加热房间。有些型号能够冷却空气。在空调期间,能源效率明显低于传统空调。
  • 经济 - 即使是变频空调在运行期间消耗的电量也比使用空气对空气热泵加热所需的电量要多。当切换到加热模式时,电费会增加更多。
    对于 HP,能效系数根据 COP 确定。车站平均指标为3-5个单位。在这种情况下,每接收 3-5 kW 的热量,电费为 1 kW。
  • 适用范围 - 空调用于场所的通风和额外供暖,前提是环境温度不低于+5°C。中纬度地区全年都使用空对空热泵作为主要供热源。经过一定的修改,它们可以用来给房间降温。

使用空对空热泵的世界经验令人信服地证明,尽管需要初始投资,但使用可再生能源不仅是可能的,而且具有成本效益。

主要品种、工作原理

所有热泵在能源方面都各不相同。设备的主要类别是地对水、水对水、空气对水和空气对空气。

空对空热泵的设计与应用

第一个词指的是热源,第二个词指的是它在设备中变成了什么。

例如,在地下水装置的情况下,从地下提取热量,然后将其转化为热水,用作供暖系统中的加热器。下面我们将更详细地考虑用于加热的热泵类型。

地下水

地下水装置使用特殊的涡轮机或收集器直接从地下提取热量。在这种情况下,地球被用作加热氟利昂的源。它加热冷凝器水箱中的水。在这种情况下,氟利昂被冷却并反馈到泵入口,加热的水在主加热系统中用作热载体。

只要泵从网络接收电力,液体加热循环就会继续。从经济角度来看,成本最高的是地下水法,因为安装涡轮机和集热器需要在大片土地上钻深井或改变土壤的位置。

水水

就其技术特性而言,水制水泵与地制水装置非常相似,唯一的区别是在这种情况下,水不是主要的热源。作为水源,可以使用地下水和各种水库。

空对空热泵的设计与应用

照片 2. 水-水热泵结构安装:特殊管道浸入蓄水池中。

水对水设备比地水泵便宜得多,因为它们不需要安装深井。

参考。要操作水泵,只需将几根管道浸入最近的水体中就足够了,因此无需钻孔即可运行。

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空气变水

空气对水装置直接从环境中接收热量。此类设备不需要大型外部集热器来收集热量,使用普通街道空气来加热氟利昂。加热后,氟利昂向水放热,热水通过管道进入供暖系统。这种类型的设备非常便宜,因为不需要昂贵的收集器来操作泵。

空气

空气对空气装置也直接从环境中接收热量,并且它也不需要外部收集器来运行。与热空气接触后,氟利昂被加热,然后氟利昂加热泵中的空气。然后这些空气被扔进房间,导致局部温度升高。这种类型的设备也很便宜,因为它们不需要安装昂贵的收集器。

空对空热泵的设计与应用

图 3. 空对空热泵的工作原理。温度为 35 度的冷却剂进入加热散热器。

带热泵的供暖系统

空气对空气加热用于局部区域或整个房屋的日常生活。在重新装备锅炉房时,燃气、电锅炉将成为额外的热源,这在外部温度显着下降的情况下非常有用 - 在这种情况下,HP 的效率下降和备用加热将有助于应对随着系统的负载。

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使用热泵作为当地重要的本地设备是最方便的,您不必购买和安装笨重的设备,热量是通过具有热控制的灵活系统提供的,一个设备的故障不会导致整个设备瘫痪系统。

本地方案也有缺点:

  1. 难以明确加热空气的流动方向。没有管道系统就无法实现方向性,并且拉动额外的管道并不总是合理的。
  2. 一台大功率供暖锅炉的效率高于所有热泵的综合性能,许多室外机会使立面超载。
  3. 室外机和室内机之间的最大路径长度是有限的。这些参数在设备的数据表中进行了规定,并且可能成为在小型建筑物内为办公室建设局部供热网络的障碍。

空对空热泵的设计与应用

如果使用空气对空气热泵安排集中供气,则购买一个功能强大的装置,并铺设一条中央空气管道,每个加热房间都有出口。必须在墙壁上打孔用于风管,此外,从天花板供应的温暖气流会产生灰尘 - 但这些是网络的唯一缺点。

更多优点:

  • 控制房屋所有房间的供暖温度指标;
  • 是否可以集成其他设备 - 过滤器、加湿器;
  • 随着热效率的降低,网络补充了一个回收装置,最大限度地减少了热泄漏;
  • 一台功能强大的设备维护起来更有利可图。

为了不面临室外机结冰的问题,建议建立基于土壤热交换器的空气制备系统——这将在温度下降时简化空对空热泵的运行。

用于形成空气加热的元素集

为了组装该系统,需要室外机、室内机和制冷剂输送回路。风扇也会派上用场,它将迫使空气进入通道。风管和通风设备仅在形成集中式网络时才有用;块和电路足以供局部加热。

空对空热泵的设计与应用

室内机安装在室内,室外机从建筑物中取出。允许在距室内机一定距离的地方安装室外机 - 数据表中注明了拆卸的尺寸。至于室内模块,考虑到流量分配的效率,它以向局部区域供热的方式悬挂。

空气加热系统在哪里使用?

使用区域取决于网络的类型。在存在爆炸或易燃颗粒堆积风险的工业车间中,使用在房间内不断更新空气的直流方案。在办公室、私人建筑中使用局部供暖更有利可图。

该系统对房屋所有者有利,前提是使用其他冷却剂时会发生中断。例如,燃气供暖的安装起价为 7,000 美元(450,000 卢布),加上获得许可证、定期检查和空气对空气热泵的费用为 1,000 美元(65,000 卢布),并且可以从第一天起供暖和制冷。手术。集中式网络不需要许可证,只要正确计算管道长度和单位功率就足够了 - 专家将收取 150 美元(10,000 卢布)起草项目的费用。

热泵的选择和计算

空气对空气热泵只有在正确选择的情况下才会有效。有必要根据房屋的正交性提前计算其功率。然后才看不同制造商的价格。

在计算中,使用了能效系数 COP(HP 功率与消耗能量的比率)。

在“温室条件”下,它通常达到 4-5 分,而最现代的模型高达 7-8。然而,当外界温度下降到 -15–20°C 时,这个数字会急剧下降到只有两个。

空对空热泵的设计与应用热泵可在 -10 ... +10 摄氏度的室外温度下提供最佳供暖性能,因此它可以吸收高达 ¾ 来自街道的热能

在计算空气加热时,有必要考虑:

  • 处所的隔热和日晒;
  • 房间面积;
  • 住在小屋里的人数;
  • 房屋所在地区的一般气候条件。

对于大多数房屋来说,每十平方米,大约需要 0.7 千瓦的热泵功率。但这里的一切都是有条件的。如果天花板高于 2.7 m 或墙壁和窗户的隔热效果不佳,则需要更多的热量。

亚洲和欧洲有许多空对空热泵制造商。

好评如潮的系统来自大金、Dimplex、日立、威能、三菱、富士通、开利、Aertec、松下和东芝。他们几乎所有的模型都适应了国内的运行条件,并证明了自己很好。

即使电压下降,它们也不会损坏,在通电后继续正常工作。

运行空气热泵的价格从 90 到 45 万卢布不等。在这里,不仅取决于设备的功率,还取决于附加功能和制造国。

个别型号补充:

• 空气净化和消毒过滤器; • 备用加热器; • 发电机; • 用于系统管理的GSM 模块; • 离子发生器和臭氧发生器。

实践表明,在 -15°C 以下的霜冻下,仅由空气热泵加热的房间会变凉。如果没有额外的加热器,坦率地说,房间里的舒适感没有异味。

然而,在这种霜冻很少见的南部地区,HP 非常有效,而且由于节省能源而花费的钱是合理的。

基于使用结果的结论

整个交钥匙通风和供暖系统的成本约为 280,000 卢布。这里要考虑的是,工作是我们自己进行的,在购买设备材料的时候,最大限度地利用了“淘汰”折扣的天赋。

许多人不相信在我们的纬度可以加热用电加热的空气。根据我们自己的经验,我们可以说它是真实的。这样的系统可以工作,甚至可以省钱。供暖的平均每月金额为 6000-8000 卢布。根据拥有类似大小房屋的邻居的经验,我们知道他们每月支付 20,000 和 25,000 卢布。事实证明,我们安装空对空热泵的所有费用将在大约 2 年内完全收回。

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