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用于家庭供暖的热泵


用于家庭供暖的热泵
什么是家庭供暖用热泵?装置和操作原理。

热泵是一种允许将来自任何低温源的热量转换和传递给具有更高温度参数的消费者的装置。热力循环和热泵的操作原理与冷却器或空调相同。这些设备基于相同的循环过程 - 反向卡诺循环。这些设备之间的关键区别在于设备的名称和工作温度范围。

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木屋 - “灯塔”

木屋 - “黑森林”:



如今,数百万种不同设计和用途的热泵在世界范围内成功运行。然而,它是蒸汽压缩系统,其在建筑物的加热和空调领域中最普遍。热泵如何工作?让我们更详细地考虑操作原理和蒸汽压缩热泵的装置。

在称为蒸发器的特殊热交换器中,热量从外部低级热源传递到热泵的工作流体 - 制冷剂。
用于热泵的低电势热源可以是具有低温的任何通常可接近的介质,例如环境空气,土壤,地下水或开放水,任何二次能源。作为现代热泵装置中的制冷剂,使用环境友好的氟利昂混合物,其臭氧消耗(ODP = 0)和最小全球变暖潜能(GWP→min)的可能性为零。

因此,进入处于液态和低压的蒸发器时,热泵制冷剂从外部源接收热量并蒸发,然后以气态进入压缩机。在热泵压缩机中,氟利昂被压缩,其温度急剧升高。同时,热泵的主要功耗是压缩机电源的原因。

在压缩机,氟利昂压缩并加热到高温后,进入下一个特殊的热交换器 - 冷凝器。在冷凝器中,从热泵(氟利昂)的工作流体传递到高电位的热量被传递给消费者 - 加热的房屋的空气或建筑物的加热系统的热载体(水)。

在冷凝器中传递热量,氟利昂返回到液态,并且在通过还原装置(膨胀阀)后,返回到具有原始参数的第一热交换器 - 蒸发器 - 低压和低温。

蒸汽压缩循环关闭。因此,仅在压缩机驱动器上消耗能量,在热泵中存在从具有低温的源的转换和热传递到具有更高潜力的消费者。在这种情况下,热泵需要的能量比输出端的能量低几倍。

用于家庭供暖的热泵


热泵转换率

产生的热量与消耗的能量之比称为热泵的转换系数或变换比(由COP表示)。对于现代热泵,COP值可达到5-5.5。值СОР= 5表明当向热泵供应1kW的电力时,可以获得5kW的热量。

СОР是一种特殊的无量纲数量,可以评估热泵的使用效率,并客观地比较不同的热泵。

应该注意的是,COP值通常与设备的效率相混淆。但是,这并非完全正确。热泵的COP主要在2到5的范围内变化,并且任何安装的效率都不能高于1(大于100%),因为在每个过程中都存在不可避免的损失和与理想条件的偏差。事实是,SOR的值没有考虑从低电位源提供给热泵的能量。 COP的大小反映了从热源到消费者的热转换效率。

热泵允许使用在地面,水体和环境空气中积聚的通常可接近和“自由”的外部热量。在这种情况下,消费者仅在装置的电源上花费几倍的能量(用于从源转换热量的工作)。因此,消费者的COP值被客观地用来代替效率,作为表示热泵的直接效率的量。

实际上,COP的值取决于各种参数。 COP的大小受以下因素影响:低等级热源的温度,加热或冷却的热载体的温度,操作循环的完美性,所用制冷剂的参数等。而且,内置在热泵中的循环泵的能量消耗通常在COP值中被考虑在内。因此,在评估各种热泵的COP时,重要的是要了解温度参数和比较值的标准。

所使用的低等级源的温度越高,加热介质的温度越低,热泵的性能和效率越高。

这导致具有低温加热系统的热泵的高效率。因此,在使用散热器加热时,热泵的COP约为3.5。当热泵以低温系统运行时,例如,地板下加热,COP达到4.5-5.1的值。也就是说,在地板下加热的情况下,与传统散热器系统的使用情况相比,热泵将消耗30-40%的电能。

用于家庭供暖的热泵


热泵的类型,安装和操作功能

根据所使用的热源和加热(冷却)介质,可区分以下热泵:空气 - 空气,空气 - 水,水 - 水,地下水等。考虑设备的特点和主要类型的热泵的操作。

空气 - 空气热泵

这种类型的热泵利用最广泛可用的热源 - 环境空气的能量,同时加热受热房屋的空气。该设备主要由低容量分体系统代表 - 安装包括热泵的单独室外单元和室内放置的单独内部模块(或多个室内单元 - 多分裂变体)。

在这种情况下,室外单元在设备安装期间连接到氟利昂电路的内部模块。这种热泵的最常见的例子是具有加热功能的家用空调。这种热泵在气候较温暖的国家特别受欢迎,不需要安装成熟的加热系统,并且仅在一年中的短期内需要加热功能。

这类设备的主要优点:易于安装和相对低的成本,能够在加热模式和空调模式下工作而无需安装额外的设备。主要缺点是:使用外部空气作为热源的热泵的效率直接取决于后者的温度。

在负温度的一年中的寒冷时期,当房屋需要更多的热量时,热泵的COP和性能显着降低,并且设备的容量不足以进行空间加热。同时,这种热泵总是对使用的温度有限制 - 操作时允许的最低外部空气温度。

现代空气 - 空气热泵能够在-25°C - -35°C的温度下运行。但是,今年寒冷时期的性能下降和温度限制仍然不允许在我们的气候中使用这种热泵作为家庭供暖的主要来源,在这种情况下,必须有一个单独的完整的独立供热系统。

用于家庭供暖的热泵


空气 - 水热泵

热泵也使用外部空气作为热源。然而,对于这种类型的热泵,水加热系统的冷却剂或建筑物的热水供应充当加热介质。该设备可以以分体式或单体形式呈现(当热泵是直接连接到建筑物供水系统的单个室外单元时),生产几千瓦小功率和高容量工业单元的模型。既可以在加热模式下工作,也可以在冷却模式下工作。

这种热泵的效率与空对空模型相当。外部空气的最低工作温度为-25°C,加热的冷却剂的最高温度为+ 65°C。空气 - 水系统的年平均转换系数约为3,而在一年中的温暖时期,POR的值可能为5或更高。

优点:易于安装,能够与几乎任何现有热源集成到一个共同的二价系统,开发自动化系统。缺点:对使用温度的限制,在室外负温度下性能降低。这种热泵最常用于加热和热水系统以及传统的热源,例如柴油,电动或燃气锅炉。

热泵“土壤 - 水”或“盐水”

使用积聚在地下的能量作为热源的热泵是最昂贵的安装,但也是热泵装置中最可靠和最有效的供热源。热泵具有广泛的功率范围 - 从用于容量为几千瓦的私人住宅的紧凑型热泵到具有数百千瓦容量的级联工业设备。

深度土壤的温度在一年中保持不变,几乎不受季节性影响。根据地热等高线的类型,有热泵具有垂直轮廓 - 井和水平井 - 在地面中具有封闭的水平轮廓。在第一种情况下,U形探头下降到钻井中,井的数量和深度取决于所安装设备的热容量。在水平铺设的情况下 - 地热收集器环路适合土壤深度超过土壤冻结深度(1.2-1.5米)。

同时,收集器本身可以是直接的热泵蒸发器(填充氟利昂的铜管)或地面与热泵蒸发器之间的中间回路 - 填充有低结晶温度的冷却剂(“盐水”)的塑料管系统。

在实践中,具有中间盐水回路组织的系统变得更加普遍。地下水热泵在夏季也能够作为空调使用,实际上将热量“抽”到地下并冷却建筑物。除土壤外,还可在水库底部铺设水平地热等高线。

盐水热泵不仅可以与地热回路装置一起工作,还可以合理利用二次能源,例如在企业中,从污水,供水和排水系统,工艺流体等中提取热量。

地下水热泵的COP在设备运行的整个过程中几乎保持不变,对于现代设备(高温加热系统)和从4.5到5(低温加热)的数量约为3.5。

优点:使用热泵作为家庭供热的主要和唯一来源,可靠性,系统完全自主和所有过程自动化,工作效率高的可能性。缺点:垂直电路安装昂贵或需要大面积水平铺设地热集热器。

水 - 水热泵

各种热泵,允许从水中选择热量而无需组织中间回路,例如,安装溢流井系统,或使用水作为中间冷却剂而不是盐水溶液。通常,这种类型的热泵可归因于之前安装的“土壤 - 水”和“盐水 - 水”。

用于家庭供暖的热泵


通风热泵(换热器)

通常,低容量热泵,专门用于从建筑物通风系统中从-15°C到+ 35°C的温度范围内从空气中提取低等级热量。在这样的系统中,来自房屋的空气在排放到街道上之前首先通过热泵的蒸发器,将热量传递给氟利昂电路。热泵可用于加热来自街道的进入空气,加热系统的热载体或热水供应。迄今为止,欧洲还有一个独立的热水供应通风热泵,可以替代传统的电锅炉。

热泵的好处

·热泵(土壤 - 水型)可以是建筑物的热量供应和空调的全面来源,以及诸如燃气,柴油或电锅炉之类的传统系统,或者在使用二价方案(空气 - 水型)的单一系统中与它们一起工作。

·工作自主权。热泵自动化使您可以在整个采暖季节完全自动加热房屋,无需人工干预。

·远程控制和管理的可能性:现代热泵允许通过互联网监控和控制家庭供暖系统。

·安全和环保。随着有害燃烧产物的出现,没有燃烧危险的有机燃料燃烧过程。

·可靠性和耐用性。设备热泵供应商的保证期为1至5年。预计热泵设备的使用寿命为20 - 30年。

·无声的工作。在运行期间的噪音方面,热泵可与冰箱相媲美。

·可以安装在任何场所:安装热泵不需要专门的房间和独立的入口,热泵甚至可以安装在厨房或浴室。

·最低维护成本:运营期间系统维护无需额外费用,但消耗电费除外。

·成本效益。与类似容量的电锅炉相比,热泵平均消耗的电量少4倍。运行成本与燃气锅炉运行时的燃气成本相当。

选择热泵的特点

热泵是现代高效环保的家庭供暖源。然而,由于设备成本相对较高(初始投资),应尽可能合理地选择特定类型和型号的热泵。

在这种情况下,即使在设计家庭供暖系统之前,也希望对特定热源进行基本选择。通常,在具有尚未存在的加热系统的新家中,“土壤 - 水”系统的选择可能是最佳的。在房屋中存在主要热源的情况下,例如柴油锅炉,安装空气 - 水热泵可以是合理的解决方案。

当选择安装的热泵的功率时,希望对建筑物外壳进行热计算以阐明热负荷。毕竟,在家中即使具有相同的加热区域,由于设计特征,热损失也可能不同2倍。在决定了建筑物的热耗之后,有必要评估选择热泵设备仍然需要多少负载。

选择一个容量为建筑物热负荷70-80%的热泵通常更为正确加热系统的最大(计算)热量仅在一年中的非常短的时间内需要 - 在最低温度,-24°C及以下,这在我们的气候中并不常见。选择容量较小的热泵,大大减少安装投资,每年使用高峰加热器几个小时,或投资建筑围护结构的额外隔热更为合理。




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