Pompa panas untuk pemanas rumah: jenis dan prinsip operasi

Prinsip pengoperasian pompa udara-ke-air

Seperti yang telah disebutkan, sumber utama energi panas untuk instalasi jenis ini adalah udara atmosfer. Dasar dasar pengoperasian pompa udara adalah sifat fisik cairan untuk menyerap dan melepaskan panas selama transisi fase dari keadaan cair ke keadaan gas, dan sebaliknya. Sebagai hasil dari perubahan keadaan, suhu dilepaskan. Sistem bekerja berdasarkan prinsip lemari es secara terbalik.

Untuk menggunakan sifat-sifat cairan ini secara efektif, zat pendingin dengan titik didih rendah (freon, freon) bersirkulasi dalam sirkuit tertutup, yang desainnya meliputi:

• kompresor dengan penggerak listrik;
• evaporator yang ditiup kipas;
• katup throttle (ekspansi);
• penukar panas pelat;
• tabung sirkulasi tembaga atau logam-plastik yang menghubungkan elemen utama sirkuit.

Pergerakan refrigeran di sepanjang sirkuit dilakukan karena tekanan yang dikembangkan oleh kompresor.Untuk mengurangi kehilangan panas, pipa ditutup dengan lapisan isolasi panas dari karet buatan atau busa polietilen dengan lapisan pelindung logam. Sebagai refrigeran digunakan freon atau freon yang dapat mendidih pada suhu negatif dan tidak membeku hingga -40 ° C.

Seluruh proses kerja terdiri dari siklus berturut-turut berikut:

1. Radiator evaporator berisi cairan refrigerant yang lebih dingin dari udara luar. Selama peniupan radiator aktif, energi panas dari udara potensial rendah ditransfer ke freon, yang mendidih dan berubah menjadi gas. Pada saat yang sama, suhunya naik.
2. Gas yang dipanaskan memasuki kompresor, di mana ia semakin memanas selama proses kompresi.
3. Dalam keadaan terkompresi dan dipanaskan, uap refrigeran diumpankan ke penukar panas pelat, di mana pembawa panas dari sistem pemanas bersirkulasi melalui sirkuit kedua. Karena suhu pendingin jauh lebih rendah daripada suhu gas yang dipanaskan, freon secara aktif mengembun pada pelat penukar panas, melepaskan panas ke sistem pemanas.
4. Campuran uap-cair yang didinginkan memasuki katup throttle, yang memungkinkan hanya refrigeran cair bertekanan rendah yang didinginkan yang masuk ke evaporator. Kemudian seluruh siklus diulang.

Untuk meningkatkan efisiensi perpindahan panas tabung, sirip spiral dililitkan pada evaporator. Perhitungan sistem pemanas, pilihan pompa sirkulasi dan peralatan lainnya harus diperhitungkan hambatan hidrolik dan koefisien instalasi penukar panas pelat perpindahan panas.

Ikhtisar video perangkat sistem dan operasinya

Pompa panas inverter

Kehadiran inverter sebagai bagian dari instalasi memungkinkan start-up peralatan yang mulus dan pengaturan mode otomatis tergantung pada suhu luar ruangan. Ini memaksimalkan efisiensi pompa panas dengan:

• pencapaian efisiensi pada tingkat 95-98%;
• mengurangi konsumsi energi sebesar 20-25%;
• minimalisasi beban pada jaringan listrik;
• meningkatkan masa pakai pabrik.

Akibatnya, suhu dalam ruangan dipertahankan secara stabil pada tingkat yang sama, terlepas dari perubahan cuaca. Pada saat yang sama, kehadiran inverter lengkap dengan unit kontrol otomatis akan memberikan tidak hanya pemanasan di musim dingin, tetapi juga pasokan udara dingin di musim panas dalam cuaca panas.

Pada saat yang sama, harus diperhitungkan bahwa keberadaan peralatan tambahan selalu memerlukan peningkatan biaya dan peningkatan periode pengembalian.

Pembagian berdasarkan jenis fluida kerja

Pompa panas modern dapat menggunakan tubuh gas atau cairan kimia larutan amonia sebagai pengangkut panas. Kesesuaian skema tertentu dievaluasi oleh beberapa faktor, fitur sistem.

1. Instalasi freon memiliki siklus pompa kalor berdasarkan proses kompresi dan ekspansi gas. Mereka entah bagaimana dibangun di atas skema kompresor. Peralatan memiliki indikator kinerja yang menarik, tetapi juga memiliki kelemahan. Meskipun konsumsi rata-rata tertimbang sistem pada saat siklus operasi stabil, pengkabelan banyak dimuat. Selain itu, pompa panas dengan pengangkut panas gas tidak akan berguna di daerah di mana tidak ada jaringan listrik terpusat atau sumber daya dengan kapasitas beban yang memadai.
2. Pabrik tipe evaporasi menggunakan larutan amonia memiliki siklus kerja berdasarkan proses penguapan zat pada titik didih rendah. Pencairan setelah lewatnya penukar panas eksternal terjadi di bawah aksi sumber energi. Ini adalah pembakar panas. Hampir semua bahan bakar dapat digunakan untuk itu: padat, bensin, solar, gas, minyak tanah, dalam beberapa kasus - metil alkohol. Oleh karena itu, pompa panas evaporatif menarik di tempat-tempat yang tidak ada listrik. Selain itu, murahnya bahan bakar jenis tertentu di wilayah tersebut dapat mendorong pemilihan peralatan tersebut.

Sifat fluida kerja yang digunakan dalam sistem dapat berbicara banyak tentang kinerja instalasi dan keluaran daya. Jadi, pompa panas kompresor freon mampu menyentak tajam, dengan cepat menghangatkan ruangan. Model penguapan amonia tidak mampu melakukan hal seperti itu. Mode penggunaan yang disukai adalah operasi yang stabil dan berkelanjutan pada keluaran panas terukur.

Jenis pompa panas

Pompa panas dibagi menjadi beberapa jenis. Jenis pertama (tipe) dalam klasifikasi menurut metode transfer energi panas:

Kompresi. Elemen instalasi utama adalah kompresor, kondensor, ekspander dan evaporator. Jenis pompa ini sangat berkualitas dan efisien, yang mengarah pada fakta bahwa pompa ini sangat populer di pasaran.

Penyerapan. Pompa panas generasi terbaru. Mereka menggunakan freon penyerap dalam pekerjaan mereka. Berkat ini, kualitas pekerjaan meningkat beberapa kali.

Bisa dibedakan jenis pompa panas menurut sumber panasnya, yaitu:

• Energi panas diciptakan oleh tanah (foto);
• air;
• Arus udara
• Kehangatan kembali. Mereka diperoleh dari limpasan air, udara kotor atau limbah.

Berdasarkan jenis sirkuit input-output:

• udara-ke-udara. Pompa mengambil udara dingin, menurunkan suhunya, menerima panas yang dibutuhkan, yang memindahkannya ke tempat yang membutuhkan pemanasan.
• air-ke-air. Pompa mengambil panas dari air tanah, yang memberikannya ke air untuk memanaskan ruangan.
• air-ke-udara. Dari air ke udara. Penggunaan probe dan sumur untuk air adalah tipikal, dan pemanasan terjadi melalui sistem pemanas udara.
• udara-ke-air. Dari udara ke air. Pompa jenis ini menggunakan panas dari atmosfer untuk memanaskan air.
• air tanah. Dalam bentuk ini, panas diambil dari pipa dengan air diletakkan di tanah. Panas diambil dari tanah (tanah).
• air es. Jenis pompa panas yang menarik. Untuk memanaskan air untuk pemanas ruangan, teknik produksi es digunakan, di mana energi panas kolosal dilepaskan. Jika Anda membekukan hingga 200 liter air, Anda bisa mendapatkan energi yang dapat memanaskan ukuran sedang dalam waktu 40-60 menit.

Keuntungan dan kerugian dari pompa panas

Prinsip operasi pompa panas, secara sederhana, didasarkan pada pengumpulan energi panas tingkat rendah dan transfer lebih lanjut ke sistem pemanas dan iklim, serta ke sistem pengolahan air, tetapi pada suhu yang lebih tinggi. Contoh sederhana dapat diberikan dalam bentuk tabung gas – ketika diisi dengan gas, kompresor memanas dengan mengompresnya. Dan jika Anda melepaskan gas dari silinder, maka silinder akan mendingin - cobalah untuk melepaskan gas dengan tajam dari pemantik isi ulang untuk memahami esensi dari fenomena ini.

Jadi, pompa panas, seolah-olah, mengambil energi panas dari ruang sekitarnya - itu ada di tanah, di air, dan bahkan di udara. Bahkan jika udara memiliki suhu negatif, masih ada panas di dalamnya. Ini juga ditemukan di setiap badan air yang tidak membeku sampai ke dasar, serta di lapisan tanah yang dalam yang juga tidak dapat menerima pembekuan yang dalam - kecuali, tentu saja, itu adalah permafrost.

Pompa panas memiliki perangkat yang agak rumit, seperti yang Anda lihat dengan mencoba membongkar lemari es atau AC. Unit rumah tangga yang kita kenal ini agak mirip dengan pompa yang disebutkan di atas, hanya saja mereka bekerja dalam arah yang berlawanan - mereka mengambil panas dari tempat dan mengirimkannya ke luar. Jika Anda meletakkan tangan Anda di radiator belakang kulkas, kami akan mencatat bahwa itu hangat. Dan panas ini tidak lain adalah energi yang diambil dari buah-buahan, sayuran, susu, sup, sosis, dan produk lain yang ada di dalam ruangan.

Pendingin udara dan sistem split bekerja dengan cara yang sama - panas yang dihasilkan oleh unit luar ruangan adalah energi panas yang dikumpulkan sedikit demi sedikit di ruangan yang didinginkan.

Prinsip pengoperasian pompa kalor adalah kebalikan dari kulkas. Ini mengumpulkan panas dari udara, air atau tanah dalam biji-bijian yang sama, setelah itu mengarahkannya ke konsumen - ini adalah sistem pemanas, akumulator panas, sistem pemanas di bawah lantai, dan pemanas air. Tampaknya tidak ada yang mencegah kita memanaskan pendingin atau air dengan elemen pemanas biasa - lebih mudah seperti itu. Tapi mari kita bandingkan produktivitas pompa panas dan elemen pemanas konvensional:

Saat memilih pompa panas, hal terpenting adalah ketersediaan sumber energi alami tertentu.

• Elemen pemanas konvensional - untuk produksi 1 kW panas, ia mengkonsumsi 1 kW listrik (tidak termasuk kesalahan;
• Pompa panas - hanya menggunakan 200 W listrik untuk menghasilkan 1 kW panas.

Tidak, tidak ada efisiensi yang setara dengan 500% di sini - hukum fisika tidak tergoyahkan. Hanya hukum termodinamika yang bekerja di sini. Pompa, seolah-olah, mengumpulkan energi dari luar angkasa, "mengentalkannya" dan mengirimkannya ke konsumen. Demikian pula, kita dapat mengumpulkan tetesan air hujan melalui kaleng penyiram besar, mendapatkan aliran air yang deras di pintu keluar.

Kami telah memberikan banyak analogi yang memungkinkan kami untuk memahami esensi pompa panas tanpa rumus yang sulit dipahami dengan variabel dan konstanta. Sekarang mari kita lihat kelebihan mereka:

• Penghematan energi - jika pemanas listrik standar seluas 100 sq. m. akan menyebabkan biaya 20-30 ribu rubel per bulan (tergantung pada suhu udara di luar), maka sistem pemanas dengan pompa panas akan mengurangi biaya menjadi 3-5 ribu rubel yang dapat diterima - Anda harus mengakui, ini sudah tabungan yang cukup solid. Dan ini tanpa trik, tanpa penipuan dan tanpa trik pemasaran;
• Merawat lingkungan - pembangkit listrik tenaga batu bara, nuklir, dan hidroelektrik merusak alam. Oleh karena itu, pengurangan konsumsi listrik mengurangi jumlah emisi berbahaya;
• Berbagai macam kegunaan - energi yang dihasilkan dapat digunakan untuk memanaskan rumah dan menyiapkan air panas.

Ada juga kekurangannya:

• Tingginya biaya pompa panas - kerugian ini membatasi penggunaannya;
• Kebutuhan akan perawatan rutin - Anda harus membayarnya;
• Kesulitan dalam pemasangan - ini berlaku untuk sebagian besar pompa panas dengan sirkuit tertutup;
• Kurangnya penerimaan oleh orang - beberapa dari kita akan setuju untuk berinvestasi dalam peralatan ini untuk mengurangi beban lingkungan. Tetapi beberapa orang yang tinggal jauh dari sumber gas dan terpaksa memanaskan rumah mereka dengan sumber panas alternatif setuju untuk mengeluarkan uang untuk membeli pompa panas dan mengurangi tagihan listrik bulanan mereka;
• Ketergantungan pada listrik - jika pasokan listrik berhenti, peralatan akan segera membeku. Situasi akan diselamatkan dengan memasang akumulator panas atau sumber daya cadangan.

Seperti yang Anda lihat, beberapa kerugiannya cukup serius.

Generator bensin dan diesel dapat berfungsi sebagai sumber daya cadangan untuk pompa panas.

Tips dan Trik

Pompa panas adalah peralatan yang rumit secara teknis dan agak mahal, jadi pilihannya harus didekati dengan tanggung jawab besar. Agar tidak berdasar, berikut adalah beberapa rekomendasi yang sangat spesifik.

1. Jangan pernah mulai memilih pompa kalor tanpa terlebih dahulu membuat perhitungan dan membuat proyek. Tidak adanya proyek dapat menyebabkan kesalahan fatal, yang hanya dapat diperbaiki dengan bantuan investasi keuangan tambahan yang sangat besar.

2. Desain, pemasangan dan pemeliharaan pompa panas dan sistem pemanas hanya boleh dipercayakan kepada para profesional. Bagaimana memastikan bahwa para profesional bekerja di perusahaan ini? Pertama-tama, dengan ketersediaan semua dokumentasi yang diperlukan, portofolio objek yang diimplementasikan, sertifikat dari pemasok peralatan.Sangat diharapkan bahwa seluruh rangkaian layanan yang diperlukan disediakan oleh satu perusahaan, yang dalam hal ini akan bertanggung jawab penuh atas pelaksanaan proyek.

3. Kami menyarankan Anda untuk memberikan preferensi pada pompa panas buatan Eropa. Jangan bingung dengan fakta bahwa itu lebih mahal daripada peralatan Cina atau Rusia. Ketika dimasukkan dalam perkiraan biaya pemasangan, commissioning, dan debugging seluruh sistem pemanas, perbedaan harga pompa akan hampir tidak terlihat. Tetapi di sisi lain, memiliki "Eropa" yang Anda inginkan, Anda akan yakin akan keandalannya, karena harga pompa yang tinggi hanyalah hasil dari penggunaan teknologi modern dan bahan berkualitas tinggi untuk membuatnya.

Varietas utama

Semua pompa sirkulasi untuk sistem pemanas dibagi menjadi dua jenis desain: perangkat dengan rotor "kering" dan pompa sirkulasi dengan rotor "basah".

Dalam pompa sirkulasi tipe pertama, yang sudah jelas dari namanya, rotor tidak bersentuhan dengan media kerja cair - pendingin. Impeller pompa tersebut dipisahkan dari rotor dan stator dengan menyegel cincin baja, ditekan satu sama lain melalui pegas khusus yang mengkompensasi keausan elemen-elemen ini. Ketatnya rakitan penyegelan ini selama pengoperasian pompa dipastikan oleh lapisan tipis air di antara cincin baja, yang terbentuk karena perbedaan antara tekanan dalam sistem pemanas dan di lingkungan eksternal.

Pompa sirkulasi untuk pemanasan dengan rotor "kering" dibedakan oleh efisiensi dan produktivitas yang cukup tinggi (89%), tetapi mesin hidrolik jenis ini juga memiliki kelemahan, termasuk kuat kebisingan di tempat kerja dan kompleksitas dalam operasi, pemeliharaan dan perbaikan.Biasanya, sistem pemanas industri dilengkapi dengan pompa jenis ini, mereka jarang digunakan dalam sistem pemanas rumah tangga.

Pompa sirkulasi satu tahap dengan rotor "kering"

Pompa sirkulasi untuk sistem pemanas yang dilengkapi dengan rotor tipe "basah" adalah perangkat yang impeller dan rotornya selalu bersentuhan dengan cairan pendingin. Media kerja di mana rotor dan impeller berputar bertindak sebagai pelumas dan pendingin. Stator dan rotor pompa jenis ini diisolasi satu sama lain menggunakan kaca khusus yang terbuat dari baja tahan karat. Kaca seperti itu, di dalamnya rotor dan impeler yang berputar di media pendingin, melindungi belitan stator yang diberi energi dari masuknya fluida kerja ke dalamnya.

Efisiensi pompa jenis ini agak rendah dan hanya 55%, tetapi kemampuan teknis perangkat semacam itu cukup untuk memastikan sirkulasi cairan pendingin dalam sistem pemanas. rumah yang tidak terlalu besar. Jika kita berbicara tentang keuntungan pompa sirkulasi dengan rotor "basah", maka mereka harus memasukkan jumlah minimum kebisingan yang dipancarkan selama pengoperasian perangkat tersebut, keandalan yang tinggi, kemudahan pengoperasian, pemeliharaan dan perbaikan.

Pompa sirkulasi basah

Memilih jenis pompa panas

Indikator utama dari sistem pemanas ini adalah daya. Pertama-tama, biaya keuangan untuk pembelian peralatan dan pilihan satu atau lain sumber panas suhu rendah akan tergantung pada daya.Semakin tinggi daya sistem pompa panas, semakin besar biaya komponen.

Pertama-tama, ini mengacu pada daya kompresor, kedalaman sumur untuk penyelidikan panas bumi, atau area untuk menampung kolektor horizontal. Perhitungan termodinamika yang benar adalah semacam jaminan bahwa sistem akan bekerja secara efisien.

Jika ada reservoir di dekat area pribadi Anda, pilihan yang paling hemat biaya dan produktif adalah air pompa panas-air

Pertama, Anda perlu mempelajari area yang direncanakan untuk pemasangan pompa. Kondisi yang ideal adalah keberadaan reservoir di daerah ini. Menggunakan opsi air-ke-air akan secara signifikan mengurangi jumlah pekerjaan penggalian.

Penggunaan panas bumi, sebaliknya, melibatkan sejumlah besar pekerjaan yang terkait dengan penggalian. Sistem yang menggunakan air sebagai panas tingkat rendah dianggap yang paling efisien.

Perangkat pompa panas yang mengekstrak energi panas dari tanah melibatkan sejumlah besar pekerjaan tanah. Kolektor diletakkan di bawah tingkat pembekuan musiman

Ada dua cara untuk menggunakan energi panas tanah. Yang pertama melibatkan pengeboran sumur dengan diameter 100-168 mm. Kedalaman sumur seperti itu, tergantung pada parameter sistem, dapat mencapai 100 m atau lebih.

Probe khusus ditempatkan di sumur ini. Metode kedua menggunakan kolektor pipa. Kolektor semacam itu ditempatkan di bawah tanah dalam bidang horizontal. Opsi ini membutuhkan area yang cukup luas.

Untuk peletakan kolektor, area dengan tanah basah dianggap ideal.Secara alami, pengeboran sumur akan lebih mahal daripada reservoir horizontal. Namun, tidak setiap situs memiliki ruang kosong. Untuk satu kW daya pompa panas, Anda perlu dari 30 hingga 50m² area.

Konstruksi untuk asupan energi panas oleh satu sumur dalam mungkin sedikit lebih murah daripada menggali lubang

Tetapi nilai tambah yang signifikan terletak pada penghematan ruang yang signifikan, yang penting bagi pemilik plot kecil. Dalam kasus keberadaan cakrawala air tanah yang tinggi di lokasi, penukar panas dapat diatur dalam dua sumur yang terletak pada jarak sekitar 15 m dari satu sama lain.

Dalam hal keberadaan cakrawala air tanah yang tinggi di lokasi, penukar panas dapat diatur dalam dua sumur yang terletak pada jarak sekitar 15 m dari satu sama lain.

Ekstraksi energi panas dalam sistem seperti itu dengan memompa air tanah di sirkuit tertutup, yang bagian-bagiannya terletak di sumur. Sistem seperti itu membutuhkan pemasangan filter dan pembersihan penukar panas secara berkala.

Skema pompa panas paling sederhana dan termurah didasarkan pada ekstraksi energi panas dari udara. Setelah menjadi dasar pembangunan lemari es, kemudian AC dikembangkan sesuai dengan prinsipnya.

Sistem pompa kalor yang paling sederhana memperoleh energi dari massa udara. Di musim panas itu terlibat dalam pemanasan, di musim dingin di AC. Kerugian dari sistem ini adalah, dalam versi independen, unit dengan daya yang tidak mencukupi

Efisiensi berbagai jenis peralatan ini tidak sama. Pompa yang menggunakan udara memiliki kinerja paling rendah. Selain itu, indikator ini secara langsung tergantung pada kondisi cuaca.

Varietas pompa panas tanah memiliki kinerja yang stabil. Koefisien efisiensi sistem ini bervariasi antara 2,8 -3,3. Sistem air-ke-air adalah yang paling efisien. Hal ini terutama disebabkan oleh stabilitas suhu sumber.

Perlu dicatat bahwa semakin dalam kolektor pompa terletak di reservoir, semakin stabil suhunya. Untuk memperoleh daya sistem sebesar 10 kW, diperlukan pipa sepanjang sekitar 300 meter.

Parameter utama yang mencirikan efisiensi pompa panas adalah faktor konversinya. Semakin tinggi faktor konversi, semakin efisien pompa panas dianggap.

Faktor konversi pompa panas dinyatakan melalui rasio aliran panas dan daya listrik yang dihabiskan untuk pengoperasian kompresor