Αντλία θερμότητας – για θέρμανση παίρνουμε θερμότητα από τον πλανήτη Γη

Το περιεχόμενο του άρθρου



Σε αυτό το άρθρο: Η ιστορία της αντλίας θερμότητας πώς λειτουργεί και λειτουργεί η αντλία θερμότητας · τύποι αντλιών θερμότητας · θερμική ενέργεια από αέρα, νερό και έδαφος · στο τέλος – τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των αντλιών θερμότητας.

Αντλία θερμότητας - για θέρμανση παίρνουμε θερμότητα από τον πλανήτη Γη

Με στόχο να νικήσει το κρύο του χειμώνα, οι ιδιοκτήτες σπιτιού ψάχνουν για ενέργεια και κατάλληλους λέβητες θέρμανσης, ζηλεύουν από τους τυχερούς που έχουν γραμμές παροχής φυσικού αερίου στα σπίτια τους. Κάθε χειμώνα, χιλιάδες τόνοι ξύλου, άνθρακα, πετρελαϊκών προϊόντων καίγονται στις σόμπες, μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνεται για αστρονομικές ποσότητες που αυξάνονται κάθε χρόνο και φαίνεται ότι δεν υπάρχει καμία άλλη διέξοδος. Εν τω μεταξύ, μια σταθερή πηγή θερμικής ενέργειας βρίσκεται πάντα κοντά στα σπίτια μας, ωστόσο, είναι αρκετά δύσκολο για τον πληθυσμό της Γης να το παρατηρήσει με αυτή την ικανότητα. Τι γίνεται όμως αν χρησιμοποιούμε τη θερμότητα του πλανήτη μας για να θερμαίνουμε σπίτια; Και υπάρχει μια κατάλληλη συσκευή για αυτό – μια αντλία θερμότητας πηγής εδάφους.

Ιστορικό αντλιών θερμότητας

Η θεωρητική τεκμηρίωση της λειτουργίας τέτοιων συσκευών το 1824 παρείχε ο Γάλλος φυσικός, Σαρν Κάρνοτ, ο οποίος δημοσίευσε το μοναδικό του έργο σε ατμομηχανές, ο οποίος περιέγραψε τον θερμοδυναμικό κύκλο, ο οποίος επιβεβαιώθηκε μαθηματικά και γραφικά 10 χρόνια αργότερα από τον φυσικό Benoit Cliperon και ονομάστηκε «κύκλος Carnot».

Το πρώτο εργαστηριακό μοντέλο μιας αντλίας θερμότητας δημιουργήθηκε από τον Άγγλο φυσικό William Thomson, Lord Kelvin το 1852, κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του στη θερμοδυναμική. Παρεμπιπτόντως, η αντλία θερμότητας πήρε το όνομά της από τον Λόρδο Kelvin..

William Thomson, Βαρόνος ΚέλβινWilliam Thomson, Βαρόνος Κέλβιν

Το βιομηχανικό μοντέλο αντλίας θερμότητας χτίστηκε το 1856 από τον αυστριακό μηχανικό εξόρυξης Peter von Rittinger, ο οποίος χρησιμοποίησε αυτή τη συσκευή για να εξατμίσει άλμη και να στραγγίσει αλάτι για να εξαγάγει ξηρό αλάτι.

Peter Ritter von Rittinger Peter Ritter von Rittinger

Ωστόσο, η αντλία θερμότητας οφείλει τη χρήση της σε θέρμανση σπιτιών από τον Αμερικανό εφευρέτη Robert Webber, ο οποίος πειραματίστηκε με έναν καταψύκτη στα τέλη της δεκαετίας του ’40 του περασμένου αιώνα. Ο Ρόμπερτ παρατήρησε ότι ο σωλήνας που έφυγε από τον καταψύκτη ήταν ζεστός και αποφάσισε να χρησιμοποιήσει αυτή τη θερμότητα για οικιακές ανάγκες επιμηκύνοντας τον αγωγό και περνώντας τον από το λέβητα με νερό. Η ιδέα του εφευρέτη αποδείχθηκε επιτυχημένη – από εκείνη τη στιγμή το νοικοκυριό είχε άφθονο ζεστό νερό, ενώ μέρος της θερμότητας πέρασε άσκοπα, αφήνοντας την ατμόσφαιρα. Ο Webber δεν μπόρεσε να το αποδεχτεί και πρόσθεσε ένα πηνίο στην πρίζα από την κατάψυξη, δίπλα στην οποία τοποθέτησε έναν ανεμιστήρα, με αποτέλεσμα μια εγκατάσταση για θέρμανση αέρα του σπιτιού. Μετά από λίγο καιρό, ο εφευρέτης της Αμερικής διαπίστωσε ότι ήταν δυνατό να εξαχθεί η θερμότητα κυριολεκτικά από το έδαφος κάτω από τα πόδια του και έθαψε ένα σύστημα σωλήνων χαλκού με το φρέον να κυκλοφορεί μέσα τους σε ένα ορισμένο βάθος. Το αέριο συνέλεξε θερμότητα στο έδαφος, το παρέδωσε στο σπίτι και το έδωσε μακριά και μετά επέστρεψε στον υπόγειο συλλέκτη θερμότητας. Η αντλία θερμότητας που δημιουργήθηκε από την Webber αποδείχθηκε τόσο αποτελεσματική που μετέφερε πλήρως τη θέρμανση του σπιτιού σε αυτήν την εγκατάσταση, εγκαταλείποντας τις παραδοσιακές συσκευές θέρμανσης και τις πηγές ενέργειας..

Η αντλία θερμότητας, που εφευρέθηκε από τον Robert Webber, για πολλά χρόνια θεωρήθηκε περισσότερο παράλογο από μια πραγματικά αποτελεσματική πηγή θερμικής ενέργειας – η ενέργεια του πετρελαίου ήταν σε αφθονία, σε αρκετά λογικές τιμές. Το ενδιαφέρον για ανανεώσιμες πηγές θερμότητας αυξήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του ’70, χάρη στο εμπάργκο πετρελαίου του 1973, κατά την οποία οι χώρες του Κόλπου αρνήθηκαν ομόφωνα να προμηθεύσουν πετρέλαιο στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ευρώπη. Η έλλειψη πετρελαιοειδών προκάλεσε απότομη άνοδο των τιμών της ενέργειας – μια επείγουσα ανάγκη για έξοδο από την κατάσταση. Παρά την επακόλουθη άρση του εμπάργκο το 1975 και την αποκατάσταση του εφοδιασμού με πετρέλαιο, οι Ευρωπαίοι και οι Αμερικανοί κατασκευαστές έρχονται αντιμέτωποι με την ανάπτυξη των δικών τους μοντέλων γεωθερμικών αντλιών θερμότητας, η παγιωμένη ζήτηση για την οποία αυξάνεται μόνο από τότε..

Σχεδιασμός και αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας

Καθώς βυθίζουμε στον φλοιό της γης, στην επιφάνεια της οποίας ζούμε και του οποίου το πάχος στην ξηρά είναι περίπου 50-80 χλμ, η θερμοκρασία του αυξάνεται – αυτό οφείλεται στην εγγύτητα του ανώτερου στρώματος μάγματος, η θερμοκρασία του οποίου είναι περίπου 1300 ° C. Σε βάθος 3 μέτρων ή περισσότερο, η θερμοκρασία του εδάφους είναι θετική ανά πάσα στιγμή του έτους · με κάθε χιλιόμετρο βάθους, αυξάνεται κατά μέσο όρο 3-10 ° С. Η αύξηση της θερμοκρασίας του εδάφους με το βάθος της εξαρτάται όχι μόνο από την κλιματική ζώνη, αλλά και από τη γεωλογία του εδάφους, καθώς και από την ενδογενή δραστηριότητα σε μια δεδομένη περιοχή της Γης. Για παράδειγμα, στο νότιο τμήμα της αφρικανικής ηπείρου, η άνοδος της θερμοκρασίας ανά χιλιόμετρο βάθους εδάφους είναι 8 ° C και στην πολιτεία του Όρεγκον (ΗΠΑ), στο έδαφος του οποίου παρατηρείται μια αρκετά υψηλή ενδογενής δραστηριότητα – 150 ° C ανά χιλιόμετρο βάθους. Ωστόσο, για αποτελεσματική λειτουργία της αντλίας θερμότητας, το εξωτερικό κύκλωμα που παρέχει θερμότητα σε αυτό δεν χρειάζεται να θάβεται εκατοντάδες μέτρα υπόγεια – οποιοδήποτε μέσο με θερμοκρασία μεγαλύτερη από 0 ° C μπορεί να είναι πηγή θερμικής ενέργειας..

Η αντλία θερμότητας μεταφέρει θερμική ενέργεια από αέρα, νερό ή έδαφος, αυξάνοντας τη θερμοκρασία κατά τη μεταφορά στην απαιτούμενη θερμοκρασία λόγω της συμπίεσης (συμπίεσης) του ψυκτικού. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι αντλιών θερμότητας – συμπίεση και ρόφηση.

Do-it-yourself αντλία θερμότητας για θέρμανση στο σπίτι Η βασική δομή μιας αντλίας θερμότητας συμπίεσης: 1 – γείωση. 2 – κυκλοφορία άλμης · 3 – αντλία κυκλοφορίας. 4 – εξατμιστής 5 – συμπιεστής. 6 – πυκνωτής 7 – σύστημα θέρμανσης. 8 – ψυκτικό. 9 – πνιγεί

Παρά το συγκεχυμένο όνομα, οι αντλίες θερμότητας συμπίεσης δεν είναι συσκευές θέρμανσης, αλλά συσκευές ψύξης, επειδή λειτουργούν με την ίδια αρχή με οποιοδήποτε ψυγείο ή κλιματιστικό. Η διαφορά μεταξύ μιας αντλίας θερμότητας και μονάδων ψύξης που είναι γνωστές σε εμάς είναι ότι, κατά κανόνα, απαιτούνται δύο κυκλώματα για τη λειτουργία του – ένα εσωτερικό, στο οποίο κυκλοφορεί το ψυκτικό και ένα εξωτερικό, με κυκλοφορία ψυκτικού..

Κατά τη λειτουργία αυτής της συσκευής, το ψυκτικό στο εσωτερικό κύκλωμα περνά από τα ακόλουθα στάδια:

  • το ψυκτικό ψυκτικό σε υγρή κατάσταση εισέρχεται στον εξατμιστή μέσω του τριχοειδούς ανοίγματος. Υπό την επίδραση της ταχείας μείωσης της πίεσης, το ψυκτικό εξατμίζεται και μετατρέπεται σε αέρια κατάσταση. Κινούμενο κατά μήκος των καμπύλων σωλήνων του εξατμιστή και επαφή κατά τη διάρκεια της κίνησης με ένα αέριο ή υγρό φορέα θερμότητας, το ψυκτικό λαμβάνει θερμική ενέργεια χαμηλής θερμοκρασίας από αυτό, μετά την οποία εισέρχεται στον συμπιεστή.
  • Στον θάλαμο συμπιεστή, το ψυκτικό συμπιέζεται, ενώ η πίεση του αυξάνεται απότομα, γεγονός που προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του ψυκτικού.
  • Από τον συμπιεστή, το ζεστό ψυκτικό ακολουθεί το κύκλωμα στο πηνίο συμπυκνωτή, το οποίο λειτουργεί ως εναλλάκτης θερμότητας – εδώ το ψυκτικό εκπέμπει θερμότητα (περίπου 80-130 ° C) στο ψυκτικό που κυκλοφορεί στο κύκλωμα θέρμανσης του σπιτιού. Έχοντας χάσει το μεγαλύτερο μέρος της θερμικής ενέργειας, το ψυκτικό επιστρέφει σε υγρή κατάσταση.
  • όταν περνάτε από τη βαλβίδα διαστολής (τριχοειδής) – βρίσκεται στο εσωτερικό κύκλωμα της αντλίας θερμότητας, ακολουθώντας τον εναλλάκτη θερμότητας – η υπολειμματική πίεση στο ψυκτικό μειώνεται, μετά την οποία εισέρχεται στον εξατμιστή. Από αυτή τη στιγμή, ο κύκλος εργασίας επαναλαμβάνεται ξανά.

Συσκευή αντλίας θερμότητας αέρα Αρχή λειτουργίας μιας αντλίας θερμότητας αέρα

Έτσι, η εσωτερική δομή μιας αντλίας θερμότητας αποτελείται από ένα τριχοειδές (βαλβίδα διαστολής), έναν εξατμιστή, έναν συμπιεστή και έναν συμπυκνωτή. Η λειτουργία του συμπιεστή ελέγχεται από έναν ηλεκτρονικό θερμοστάτη που διακόπτει την τροφοδοσία του συμπιεστή και έτσι διακόπτει τη διαδικασία παραγωγής θερμότητας όταν επιτευχθεί η καθορισμένη θερμοκρασία αέρα στο σπίτι. Όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα ορισμένο επίπεδο, ο θερμοστάτης ενεργοποιεί αυτόματα τον συμπιεστή.

Τα Freons R-134a ή R-600a κυκλοφορούν ως ψυκτικό στο εσωτερικό κύκλωμα της αντλίας θερμότητας – το πρώτο βασίζεται σε τετραφθοροαιθάνιο, το δεύτερο βασίζεται σε ισοβουτάνιο. Και τα δύο αυτά ψυκτικά είναι ασφαλή για τη στιβάδα του όζοντος της Γης και φιλικά προς το περιβάλλον. Οι αντλίες θερμότητας συμπίεσης μπορούν να κινούνται με ηλεκτρικό κινητήρα ή κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Οι αντλίες θερμότητας απορρόφησης χρησιμοποιούν απορρόφηση – μια φυσικοχημική διαδικασία κατά την οποία ένα αέριο ή υγρό αυξάνεται σε όγκο λόγω ενός άλλου υγρού υπό την επίδραση θερμοκρασίας και πίεσης.

Σχηματικό διάγραμμα αντλίας θερμότητας απορρόφησης Σχηματικό διάγραμμα αντλίας θερμότητας απορρόφησης: 1 – θερμαινόμενο νερό. 2 – κρύο νερό. 3 – ατμός θέρμανσης. 4 – θερμαινόμενο νερό. 5 – εξατμιστής 6 – γεννήτρια 7 – πυκνωτής. 8 – μη συμπυκνώσιμα αέρια. 9 – αντλία κενού. 10 – συμπύκνωση ατμού θέρμανσης. 11 – εναλλάκτης θερμότητας διαλύματος. 12 – διαχωριστής αερίου. 13 – απορροφητής 14 – αντλία κονιάματος 15 – αντλία ψυκτικού

Οι αντλίες θερμότητας απορρόφησης είναι εξοπλισμένες με θερμικό συμπιεστή φυσικού αερίου. Στο κύκλωμα τους υπάρχει ψυκτικό (συνήθως αμμωνία), το οποίο εξατμίζεται σε χαμηλή θερμοκρασία και πίεση, ενώ απορροφά θερμική ενέργεια από το περιβάλλον που περιβάλλει το κύκλωμα κυκλοφορίας. Στην κατάσταση ατμών, το ψυκτικό εισέρχεται στον απορροφητή εναλλάκτη θερμότητας, όπου, παρουσία ενός διαλύτη (συνήθως νερού), απορροφάται και η θερμότητα μεταφέρεται στον διαλύτη. Ο διαλύτης παρέχεται με ένα θερμόσυφο που κυκλοφορεί μέσω της διαφοράς πίεσης μεταξύ ψυκτικού και διαλύτη, ή αντλία χαμηλής ενέργειας σε εγκαταστάσεις υψηλής χωρητικότητας.

Ως αποτέλεσμα του συνδυασμού ψυκτικού και διαλύτη, τα σημεία ζέσεως είναι διαφορετικά, η θερμότητα που παρέχεται από το ψυκτικό προκαλεί την εξάτμιση και των δύο. Το ψυκτικό στην κατάσταση ατμών, με υψηλή θερμοκρασία και πίεση, εισέρχεται στον συμπυκνωτή κατά μήκος του κυκλώματος, μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση και εκπέμπει θερμότητα στον εναλλάκτη θερμότητας του δικτύου θέρμανσης. Αφού περάσει από τη βαλβίδα διαστολής, το ψυκτικό πηγαίνει στην αρχική του θερμοδυναμική κατάσταση, με τον ίδιο τρόπο ο διαλύτης επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση.

Τα πλεονεκτήματα των αντλιών θερμότητας απορρόφησης είναι η ικανότητα λειτουργίας από οποιαδήποτε πηγή θερμικής ενέργειας και η πλήρης απουσία κινούμενων στοιχείων, δηλαδή αθόρυβης λειτουργίας. Μειονεκτήματα – χαμηλότερη ισχύς, σε σύγκριση με τις μονάδες συμπίεσης, υψηλό κόστος, λόγω της πολυπλοκότητας του σχεδιασμού και της ανάγκης χρήσης ανθεκτικών στη διάβρωση υλικών που είναι δύσκολο να επεξεργαστούν.

Μονάδα αντλίας θερμότητας απορρόφησης Μονάδα αντλίας θερμότητας απορρόφησης

Οι αντλίες θερμότητας προσρόφησης χρησιμοποιούν στερεά υλικά όπως σιλικαζέλ, ενεργό άνθρακα ή ζεόλιθο. Κατά τη διάρκεια του πρώτου σταδίου εργασίας, που ονομάζεται φάση εκρόφησης, θερμική ενέργεια παρέχεται στον θάλαμο εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος επικαλύπτεται από το εσωτερικό με ένα ροφητή, από, για παράδειγμα, έναν καυστήρα αερίου. Η θέρμανση προκαλεί εξάτμιση του ψυκτικού (νερό), ο ατμός που προκύπτει διοχετεύεται στον δεύτερο εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος στην πρώτη φάση εκπέμπει τη θερμότητα που λαμβάνεται κατά τη συμπύκνωση ατμού στο σύστημα θέρμανσης. Η πλήρης ξήρανση του προσροφητικού και η ολοκλήρωση της συμπύκνωσης νερού στο δεύτερο εναλλάκτη θερμότητας ολοκληρώνει το πρώτο στάδιο της εργασίας – σταματά η παροχή θερμικής ενέργειας στον θάλαμο του πρώτου εναλλάκτη θερμότητας. Στο δεύτερο στάδιο, ο εναλλάκτης θερμότητας συμπυκνωμένου νερού γίνεται εξατμιστής, παρέχοντας θερμική ενέργεια από το εξωτερικό περιβάλλον στο ψυκτικό. Ως αποτέλεσμα της αναλογίας πίεσης που φτάνει τα 0,6 kPa, κατά την επαφή της θερμότητας από το εξωτερικό περιβάλλον, το ψυκτικό εξατμίζεται – οι υδρατμοί ρέουν πίσω στον πρώτο εναλλάκτη θερμότητας, όπου απορροφάται στο ροφητή. Η θερμότητα που εκπέμπει ο ατμός κατά τη διαδικασία προσρόφησης μεταφέρεται στο σύστημα θέρμανσης, μετά την οποία ο κύκλος επαναλαμβάνεται. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι αντλίες θερμότητας προσρόφησης δεν είναι κατάλληλες για οικιακή χρήση – προορίζονται μόνο για μεγάλα κτίρια (από 400 m2, λιγότερο ισχυρά μοντέλα βρίσκονται ακόμη υπό ανάπτυξη.

Τύποι συλλεκτών θερμότητας για αντλίες θερμότητας

Οι πηγές θερμικής ενέργειας για αντλίες θερμότητας μπορεί να είναι διαφορετικές – γεωθερμικός (κλειστός και ανοιχτός τύπος), αέρας, χρησιμοποιώντας δευτερεύουσα θερμότητα. Ας εξετάσουμε κάθε μία από αυτές τις πηγές με περισσότερες λεπτομέρειες..

Οι αντλίες θερμότητας εδάφους καταναλώνουν θερμική ενέργεια από τα υπόγεια ή υπόγεια ύδατα και χωρίζονται σε δύο τύπους – κλειστά και ανοιχτά. Οι κλειστές πηγές θερμότητας υποδιαιρούνται σε:

  • Οριζόντια, ενώ ο συλλέκτης συλλέγει θερμότητα βρίσκεται σε δακτυλίους ή ζιγκ-ζαγκ σε χαρακώματα με βάθος 1,3 μέτρα ή περισσότερο (κάτω από το βάθος κατάψυξης). Αυτή η μέθοδος τοποθέτησης του κυκλώματος συλλέκτη θερμότητας είναι αποτελεσματική για μια μικρή έκταση γης.

Γεωθερμική θέρμανση με οριζόντιο συλλέκτη θερμότητας Γεωθερμική θέρμανση με οριζόντιο συλλέκτη θερμότητας

  • Κάθετη, δηλαδή ο συλλέκτης του συλλέκτη θερμότητας τοποθετείται σε κατακόρυφα πηγάδια βυθισμένα στο έδαφος σε βάθος 200 μ. Αυτή η μέθοδος τοποθέτησης του συλλέκτη χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατόν να τοποθετηθεί το περίγραμμα οριζόντια ή υπάρχει απειλή διαταραχής του τοπίου.

Γεωθερμική θέρμανση με κατακόρυφο συλλέκτη θερμότητας Γεωθερμική θέρμανση με κατακόρυφο συλλέκτη θερμότητας

  • Νερό, ενώ ο συλλέκτης του κυκλώματος βρίσκεται σε ζιγκ-ζαγκ ή δακτυλιοειδές τρόπο στο κάτω μέρος της δεξαμενής, κάτω από το επίπεδο κατάψυξης. Σε σύγκριση με τα φρεάτια γεώτρησης, αυτή η μέθοδος είναι η φθηνότερη, αλλά εξαρτάται από το βάθος και τον συνολικό όγκο νερού στη δεξαμενή, ανάλογα με την περιοχή..

Στις αντλίες θερμότητας ανοιχτού τύπου, το νερό χρησιμοποιείται για την ανταλλαγή θερμότητας, η οποία, αφού περάσει από την αντλία θερμότητας, εκκενώνεται πίσω στο έδαφος. Είναι δυνατή η χρήση αυτής της μεθόδου μόνο εάν το νερό είναι χημικά καθαρό και εάν η χρήση υπόγειων υδάτων σε αυτόν τον ρόλο επιτρέπεται από την άποψη του νόμου.

Γεωθερμική θέρμανση ανοιχτού τύπου Γεωθερμική θέρμανση ανοιχτού τύπου

Στα κυκλώματα αέρα, αντίστοιχα, ο αέρας χρησιμοποιείται ως πηγή θερμικής ενέργειας.

Θέρμανση με αντλία θερμότητας πηγής αέρα Θέρμανση με αντλία θερμότητας πηγής αέρα

Οι δευτερεύουσες (παράγωγες) πηγές θερμότητας χρησιμοποιούνται, κατά κανόνα, σε επιχειρήσεις, ο κύκλος λειτουργίας των οποίων σχετίζεται με την παραγωγή θερμικής ενέργειας τρίτων (παρασιτικών) που απαιτεί πρόσθετη χρήση.

Τα πρώτα μοντέλα αντλιών θερμότητας ήταν εντελώς παρόμοια με το σχέδιο που περιγράφηκε παραπάνω, εφευρέθηκε από τον Robert Webber – χαλκοσωλήνες του κυκλώματος, οι οποίοι δρούσαν ταυτόχρονα εξωτερικά και εσωτερικά, με το ψυκτικό να κυκλοφορεί μέσα τους, βυθίστηκαν στο έδαφος. Ο εξατμιστής σε ένα τέτοιο σχέδιο βρισκόταν υπόγεια σε βάθος που ξεπερνούσε το βάθος κατάψυξης ή σε γωνιακά ή κατακόρυφα φρεάτια που είχαν τρυπηθεί υπό γωνία (διάμετρος από 40 έως 60 mm) έως βάθος 15 έως 30 μ. Το κύκλωμα άμεσης ανταλλαγής (έλαβε αυτό το όνομα) του επιτρέπει να τοποθετηθεί μικρή περιοχή και όταν χρησιμοποιείτε σωλήνες μικρής διαμέτρου, κάντε χωρίς έναν ενδιάμεσο εναλλάκτη θερμότητας. Η άμεση ανταλλαγή δεν απαιτεί αναγκαστική άντληση του ψυκτικού, αφού δεν υπάρχει ανάγκη για αντλία κυκλοφορίας, τότε καταναλώνεται λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, μια αντλία θερμότητας με κύκλωμα άμεσης ανταλλαγής μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες – οποιοδήποτε αντικείμενο εκπέμπει θερμότητα εάν η θερμοκρασία του είναι πάνω από το απόλυτο μηδέν (-273,15 ° C) και το ψυκτικό μπορεί να εξατμιστεί σε θερμοκρασίες έως -40 ° C. Μειονεκτήματα ενός τέτοιου κυκλώματος: μεγάλες απαιτήσεις ψυκτικού. υψηλό κόστος σωλήνων χαλκού · Η αξιόπιστη σύνδεση τμημάτων χαλκού είναι δυνατή μόνο με συγκόλληση, διαφορετικά δεν μπορεί να αποφευχθεί διαρροή ψυκτικού. την ανάγκη για καθοδική προστασία σε όξινα εδάφη.

Η πρόσληψη θερμότητας από τον αέρα είναι πιο κατάλληλη για θερμά κλίματα, καθώς σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν η απόδοσή της θα μειωθεί σοβαρά, πράγμα που θα απαιτήσει επιπλέον πηγές θέρμανσης. Το πλεονέκτημα των αντλιών θερμότητας αέρα είναι ότι δεν υπάρχει ανάγκη για δαπανηρή γεώτρηση των φρεατίων, καθώς το εξωτερικό κύκλωμα με έναν εξατμιστή και έναν ανεμιστήρα βρίσκεται σε μια περιοχή όχι μακριά από το σπίτι. Παρεμπιπτόντως, οποιοδήποτε σύστημα κλιματισμού monoblock ή split είναι αντιπροσωπευτικό μιας αντλίας θερμότητας αέρα ενός κυκλώματος. Το κόστος μιας αντλίας θερμότητας αέρα με χωρητικότητα, για παράδειγμα, 24 kW είναι περίπου 163.000 ρούβλια.

Αντλία θερμότητας πηγής αέρα Αντλία θερμότητας πηγής αέρα

Η θερμική ενέργεια από τη δεξαμενή εξάγεται τοποθετώντας ένα κύκλωμα από πλαστικούς σωλήνες στο κάτω μέρος ενός ποταμού ή λίμνης. Βάζοντας βάθος από 2 μέτρα, οι σωλήνες πιέζονται προς τα κάτω με φορτίο με ρυθμό 5 kg ανά μέτρο μήκους. Περίπου 30 W θερμικής ενέργειας εξάγονται από κάθε μετρητή λειτουργίας ενός τέτοιου κυκλώματος, δηλαδή, μια αντλία θερμότητας 10 kW θα χρειαστεί κύκλωμα με συνολικό μήκος 300 m. Τα πλεονεκτήματα ενός τέτοιου κυκλώματος είναι σχετικά χαμηλό κόστος και ευκολία εγκατάστασης, τα μειονεκτήματα – σε σοβαρούς παγετούς, είναι αδύνατο να ληφθεί θερμική ενέργεια.

Τοποθέτηση του κυκλώματος αντλίας θερμότητας σε δεξαμενή Τοποθέτηση του κυκλώματος αντλίας θερμότητας σε δεξαμενή

Για να εξαχθεί η θερμότητα από το έδαφος, τοποθετείται ένας βρόχος σωλήνα PVC σε ένα λάκκο, που σκάβεται σε βάθος που ξεπερνά το βάθος κατάψυξης κατά τουλάχιστον μισό μέτρο. Η απόσταση μεταξύ των σωλήνων πρέπει να είναι περίπου 1,5 m, το ψυκτικό που κυκλοφορεί σε αυτά είναι αντιψυκτικό (συνήθως άλμη νερού). Η αποτελεσματική λειτουργία του εδαφικού περιγράμματος σχετίζεται άμεσα με την περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους στο σημείο της τοποθέτησής του – εάν το έδαφος είναι αμμώδες, δηλαδή δεν μπορεί να συγκρατήσει νερό, τότε το μήκος του περιγράμματος πρέπει να διπλασιαστεί περίπου. Μια αντλία θερμότητας μπορεί να εξαγάγει κατά μέσο όρο 30 έως 60 W θερμικής ενέργειας από έναν μετρητή λειτουργίας του περιγράμματος του εδάφους, ανάλογα με την κλιματική ζώνη και τον τύπο του εδάφους. Μια αντλία θερμότητας 10 kW θα απαιτεί κύκλωμα 400 μέτρων τοποθετημένο σε οικόπεδο 400 m22. Το κόστος μιας αντλίας θερμότητας με κύκλωμα εδάφους είναι περίπου 500.000 ρούβλια.

Τοποθέτηση κυκλώματος οριζόντιας αντλίας θερμότητας Τοποθετώντας το οριζόντιο περίγραμμα στο έδαφος

Η ανάκτηση θερμότητας από το βράχο απαιτεί είτε την τοποθέτηση φρεατίων με διάμετρο 168 έως 324 mm έως βάθος 100 μέτρων, ή την εκτέλεση αρκετών φρεατίων μικρότερου βάθους. Ένα περίγραμμα χαμηλώνεται σε κάθε φρεάτιο, αποτελούμενο από δύο πλαστικούς σωλήνες συνδεδεμένους στο χαμηλότερο σημείο από έναν μεταλλικό σωλήνα σχήματος U που ενεργεί ως βάρος. Το αντιψυκτικό κυκλοφορεί μέσω των σωλήνων – μόνο διάλυμα αιθυλικής αλκοόλης 30%, καθώς σε περίπτωση διαρροής δεν θα βλάψει το περιβάλλον. Το πηγάδι με το περίγραμμα εγκατεστημένο σε αυτό θα γεμίσει τελικά με υπόγεια νερά, τα οποία θα παρέχουν θερμότητα στο ψυκτικό. Κάθε μέτρο ενός τέτοιου φρεατίου θα δώσει περίπου 50 W θερμικής ενέργειας, δηλαδή, για μια αντλία θερμότητας 10 kW, θα χρειαστεί να τρυπήσετε 170 m ενός φρεατίου. Για να αποκτήσετε περισσότερη θερμική ενέργεια, δεν είναι επικερδές να τρυπήσετε ένα πηγάδι σε βάθος μεγαλύτερο από 200 m – είναι καλύτερα να φτιάξετε αρκετά μικρότερα πηγάδια σε απόσταση 15-20 m μεταξύ τους. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος της γεώτρησης, τόσο πιο ρηχή πρέπει να τρυπηθεί, ενώ ταυτόχρονα επιτυγχάνεται μεγαλύτερη πρόσληψη θερμικής ενέργειας – περίπου 600 W ανά μετρητή λειτουργίας.

Γεωθερμικός ανιχνευτής Εγκατάσταση γεωθερμικού καθετήρα

Σε σύγκριση με τα περιγράμματα που τοποθετούνται στο έδαφος ή μια δεξαμενή, το περίγραμμα στο πηγάδι καταλαμβάνει ελάχιστο χώρο στην τοποθεσία, το ίδιο το πηγάδι μπορεί να κατασκευαστεί σε οποιονδήποτε τύπο εδάφους, συμπεριλαμβανομένου του βράχου. Η μεταφορά θερμότητας από το κύκλωμα του φρεατίου θα είναι σταθερή οποιαδήποτε στιγμή του έτους και σε οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες. Ωστόσο, η απόδοση μιας τέτοιας αντλίας θερμότητας θα διαρκέσει αρκετές δεκαετίες, καθώς η εγκατάστασή της θα κοστίσει στον ιδιοκτήτη σπιτιού περισσότερα από ένα εκατομμύριο ρούβλια..

Στο τέλος

Το πλεονέκτημα των αντλιών θερμότητας είναι η υψηλή αποδοτικότητά τους, καθώς αυτές οι μονάδες καταναλώνουν όχι περισσότερο από 350 watt ηλεκτρικής ενέργειας ανά ώρα για να λάβουν ένα κιλοβάτ θερμικής ενέργειας ανά ώρα. Συγκριτικά, η απόδοση των σταθμών παραγωγής ενέργειας που παράγουν ηλεκτρισμό με καύση καυσίμου δεν υπερβαίνει το 50%. Το σύστημα αντλίας θερμότητας λειτουργεί σε αυτόματο τρόπο, το κόστος λειτουργίας κατά τη χρήση του είναι εξαιρετικά χαμηλό – απαιτείται μόνο ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία του συμπιεστή και των αντλιών. Οι συνολικές διαστάσεις της μονάδας αντλίας θερμότητας είναι περίπου ίσες με εκείνες ενός οικιακού ψυγείου, ενώ το επίπεδο θορύβου κατά τη λειτουργία συμπίπτει επίσης με την ίδια παράμετρο μιας οικιακής ψυκτικής μονάδας..

Αντλία θερμότητας Αντλία θερμότητας “άλμη-νερό”

Μια αντλία θερμότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την απόκτηση θερμικής ενέργειας όσο και για την αφαίρεσή της – αλλάζοντας τη λειτουργία των κυκλωμάτων σε ψύξη, ενώ η θερμική ενέργεια από τις εγκαταστάσεις του σπιτιού θα αφαιρεθεί μέσω του εξωτερικού κυκλώματος στο έδαφος, το νερό ή τον αέρα.

Το μόνο μειονέκτημα ενός συστήματος θέρμανσης με αντλία θερμότητας είναι το υψηλό κόστος του. Στην Ευρώπη, καθώς και στις ΗΠΑ και την Ιαπωνία, οι εγκαταστάσεις αντλιών θερμότητας είναι πολύ συχνές – στη Σουηδία υπάρχουν περισσότερα από μισό εκατομμύριο και στην Ιαπωνία και τις ΗΠΑ (ειδικά στο Όρεγκον) – αρκετά εκατομμύρια. Η δημοτικότητα των αντλιών θερμότητας σε αυτές τις χώρες οφείλεται στην υποστήριξή τους από κυβερνητικά προγράμματα με τη μορφή επιδοτήσεων και αποζημιώσεων σε ιδιοκτήτες σπιτιού που έχουν εγκαταστήσει τέτοιες εγκαταστάσεις..

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι στο εγγύς μέλλον οι αντλίες θερμότητας θα σταματήσουν να είναι και κάτι εξωπραγματικό στη Ρωσία, δεδομένης της ετήσιας αύξησης των τιμών του φυσικού αερίου, η οποία σήμερα είναι ο μόνος ανταγωνιστής των αντλιών θερμότητας όσον αφορά το οικονομικό κόστος για την απόκτηση θερμικής ενέργειας.

Βαθμολογήστε το άρθρο
( No ratings yet )
Κοινοποίηση σε φίλους
Συμβουλές για οποιοδήποτε θέμα από ειδικούς
Πρόσθεσε ένα σχόλιο

Κάνοντας κλικ στο κουμπί "Υποβολή σχολίου", αποδέχομαι την επεξεργασία προσωπικών δεδομένων και αποδέχομαι την πολιτική απορρήτου