Máy bơm nhiệt là một thứ thú vị, nhưng đắt tiền. Chi phí ước tính của thiết bị + thiết bị mạch ngoài là từ $ 300 đến $ 1000 trên 1 kW công suất. Biết được sự “khéo tay” của người dân Nga, người ta dễ dàng cho rằng có nhiều hơn một chiếc máy bơm nhiệt làm bằng tay hoạt động trên diện rộng của quê hương rộng lớn và đa dạng của chúng ta. Thông thường, có những thiết bị sản xuất tại nhà được tạo ra bởi "tủ lạnh". Và điều này cũng dễ hiểu thôi, vì máy bơm nhiệt và tủ đông hoạt động theo nguyên lý giống nhau, chỉ khác là hệ thống cây sưởi là tập trung thu nhiệt chứ không tháo ra, còn máy nén thì dùng công suất lớn hơn.
Đọc về cách nó hoạt động ở đây.
Cái gì có thể là nguồn nhiệt cho máy bơm nhiệt
Nhiệt để sưởi ấm phòng có thể được lấy từ không khí bên ngoài. Nhưng ở đây chắc chắn sẽ nảy sinh những khó khăn trong vận hành: nhiệt độ dao động, thậm chí trung bình hàng ngày, quá lớn, chưa kể đến việc máy bơm nhiệt cho thấy hiệu suất bình thường ở nhiệt độ trên 0 ° C.Và chúng ta có bao nhiêu vùng có bức tranh như vậy vào mùa đông. ? Vào mùa xuân, và thậm chí sau đó không sớm, không phải trên toàn lãnh thổ, và không phải lúc nào cũng vậy.
Bất kỳ môi trường nào cũng có thể là nguồn nhiệt cho ngôi nhà được sưởi ấm bằng máy bơm nhiệt của bạn
Nguồn nhiệt nằm trong nước có vẻ dễ chấp nhận hơn nhiều. Nếu có một con sông, một cái hồ hoặc một cái ao có độ sâu tương đối gần đó, thì điều này thật tuyệt vời: bạn có thể chỉ cần nhấn chìm đường ống. Điều quan trọng là những người câu cá với bánh rán không đánh cá ở đó.
Một lựa chọn tốt khác là một cái giếng, nhưng có khả năng mực nước sẽ giảm xuống và bạn sẽ phải tìm kiếm một nguồn khác. Nhưng cho đến nay mọi thứ vẫn ổn, nó sẽ hoạt động tốt: nhiệt độ nước trung bình ở các chân trời dưới lòng đất là 5-7 oC. Điều này là quá đủ cho hoạt động của máy bơm nhiệt.
Bạn có thể ngạc nhiên, nhưng bạn cũng có thể sử dụng hệ thống thoát nước - nhiệt độ ở đó cao hơn trong giếng. Đường ống có thể được đặt trong một bể chứa hoặc giếng, nhưng với điều kiện phải luôn được bao phủ bởi nước. Và đường ống sẽ cần phải kháng hóa chất.
Một công việc thu gom đất nằm ngang là một công việc cực kỳ tốn công sức: cần phải loại bỏ đất từ vài trăm mét vuông đến độ sâu dưới điểm đóng băng. Đây là những khối lượng rất lớn mà không thể làm chủ một mình hoặc thậm chí với một trợ lý. Và, như thực tế đã chỉ ra, trong điều kiện khí hậu của chúng ta, các hệ thống như vậy không hiệu quả: mùa đông quá khắc nghiệt.
Với bộ thu dọc, mọi thứ không thể tốt hơn - bạn sẽ khó có thể làm được nếu không có thiết bị khoan. Số lượng và độ sâu của giếng phụ thuộc vào đất: phạm vi tỏa nhiệt có thể có từ một mét của giếng là rất lớn. Từ 25 W / m trong đá dăm khô và đất cát, đến 80-85 W / m trong đá dăm ướt và đất cát hoặc đá granit. Theo đó, sự chênh lệch về chiều dài của các giếng từ 3 lần trở lên.
Dưới đây là sơ đồ sưởi ấm một ngôi nhà bằng máy bơm nhiệt. Khi sử dụng, như trong ví dụ được mô tả, hai giếng và trong trường hợp không có vòng khép kín, khoảng cách giữa hai giếng ít nhất phải là 20 mét. Và bạn cần tính đến hướng của dòng chảy để nước lạnh từ máy bơm không làm giảm nhiệt độ trong giếng "tặng"
Trong ví dụ được mô tả về một máy bơm nhiệt tự chế, nguồn nhiệt là một giếng có tốc độ dòng nước tốt. Nước đến nhanh đến mức đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng của hộ gia đình và đủ để truyền lượng nhiệt cần thiết (tốc độ dòng nước cần thiết đã được tính toán và chọn máy bơm cho phù hợp).Nhưng nguồn nhiệt cho sự thay đổi này có thể là bất kỳ nguồn nhiệt nào được mô tả ở trên, ngoại trừ không khí. Sau khi quyết định nguồn nhiệt, sẽ có thể chế tạo một máy bơm nhiệt để sưởi ấm ngôi nhà.
Các loại máy bơm nhiệt
Để hiểu rõ máy bơm nhiệt là gì, bạn cần biết chất mang nhiệt cho nó là gì trên các đường nét của cấu trúc bên ngoài và bên trong ngôi nhà. Những chất làm mát phân loại thiết bị này.
Các loại máy bơm nhiệt
Thiết bị nhận năng lượng để hoạt động từ các nguồn sau:
- Nước. Nguồn có thể là nguồn nước, nguồn cấp nước tập trung hoặc giếng, v.v.;
- sơn lót;
- không khí.
Trong nhà, năng lượng thu được từ một thiết bị như vậy không chỉ được sử dụng để sưởi ấm, mà còn được sử dụng trong điều hòa không khí, cũng như làm nóng nước. Sự kết hợp của các chức năng và yếu tố khác nhau được sử dụng khiến có thể chia máy bơm nhiệt thành nhiều loại, bao gồm:
- nước nước;
- không khí - nước;
- nước thải.
Nước-không khí
Hệ thống sưởi ấm hiệu quả nhất là hệ thống nước-nước. Hiệu quả này là do nhiệt độ của nước được sử dụng, nằm ở độ sâu lớn, là không đổi và có các chỉ số khá cao. Để thu được năng lượng từ loại nguồn này, họ có thể sử dụng:
- giếng và giếng, với sự trợ giúp của nước ngầm được bơm;
- các vùng nước lộ thiên, bao gồm sông và hồ;
- nước thải đã được sử dụng trong công nghiệp cho công nghệ.
Máy bơm nhiệt sử dụng năng lượng chiết xuất từ bể chứa kiểu hở sẽ yêu cầu chi phí thấp nhất. Trong trường hợp này, bạn cần nạp chất làm mát vào đường ống và hạ thấp chúng xuống nước. Trong trường hợp nước ngầm, một cấu trúc đắt tiền hơn được sử dụng, vì việc triển khai nó đã khó hơn. Để đổ nước, bạn cần phải xây một cái giếng. Nước này sẽ đi qua thiết bị trao đổi nhiệt.
Mạch không khí với nước hoặc không khí
Một máy bơm nhiệt không khí với nước kết hợp ưu và nhược điểm. Những lợi thế bao gồm sự vô dụng trong việc phát triển các giếng có độ sâu lớn và công việc liên quan đến việc làm sạch đất. Nhược điểm của các thiết bị này là công suất thấp vào mùa lạnh, ảnh hưởng đến hiệu suất thấp nhất so với các dòng máy khác. Để sử dụng thiết bị này, bạn cần gắn thiết bị thích hợp trên nóc nhà.
Máy bơm nhiệt nguồn không khí
Ưu điểm của thiết kế này có thể kể đến là khả năng tái sử dụng nhiệt để lại từ cơ sở làm nóng máy bơm nhiệt dưới dạng khói, nước hoặc không khí. Vào mùa đông, hệ thống sưởi thay thế sẽ được yêu cầu để loại bỏ tình trạng thiếu nhiệt.
Nước ngầm
Một máy bơm nhiệt loại này cũng là một nguồn năng lượng rất hiệu quả để sưởi ấm. Điều này là do nhiệt lượng thu được từ lòng đất sâu 5 mét có giá trị nhiệt độ không đổi và không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi của điều kiện thời tiết trên bề mặt trái đất. Về mạch bên ngoài, chất làm mát là một thành phần an toàn đặc biệt được gọi là nước muối, an toàn theo quan điểm môi trường.
Mạch bên ngoài được sử dụng cho loại máy bơm nhiệt này có thể là loại ngang hoặc dọc.
Các đường ống được sử dụng cho hệ thống này phải bằng nhựa. Thực hiện theo chiều ngang cần diện tích đất lớn. Sau khi các đường ống được đặt dưới mặt đất, khu đất này không thể được sử dụng cho các nhu cầu nông nghiệp.
Nó được phép trồng một bãi cỏ hoặc các cây cùng tuổi. Để thực hiện theo phương thẳng đứng, sẽ cần phải phát triển một số giếng, độ sâu trong đó dao động từ 50 đến 150 mét, vì ở độ sâu như vậy đất có nhiệt độ ổn định và cao. Một thiết bị như vậy được gọi là máy bơm địa nhiệt.Để truyền năng lượng từ các độ sâu như vậy, người ta sử dụng các đầu dò đặc biệt.
Cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt
Môi trường xung quanh chúng ta, ở nhiệt độ trên một độ, có một lượng năng lượng nhất định. Với sự trợ giúp của máy bơm nhiệt, năng lượng này có thể được sử dụng. Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên sự truyền nhiệt từ nguồn có thế năng thấp có nhiệt năng sang vật mang nhiệt, nhiệt độ của vật mang nhiệt cao hơn nhiều.
Cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt
Điều này được thực hiện như sau:
- Chất làm mát đi vào đường ống nằm trong lòng đất. Nó nóng lên một vài độ.
- Sau đó, chất làm mát đã đi vào thiết bị bay hơi sẽ truyền năng lượng cho mạch bên trong thiết bị bay hơi.
- Môi chất lạnh nằm ở mạch bên ngoài, sẽ biến thành khí sau khi đun nóng trong bộ trao đổi nhiệt.
- Để tăng nhiệt độ môi chất lạnh này đi vào máy nén để nén ở áp suất cao.
- Khí môi chất lạnh đã được làm nóng đi vào bình ngưng, từ đó tỏa nhiệt cho chất làm mát trong hệ thống sưởi của phòng.
- Sau khi kết thúc chu trình, môi chất lạnh bị mất nhiệt chuyển sang trạng thái lỏng và trở về vị trí ban đầu.
Các bộ phận làm lạnh hoạt động trên một nguyên tắc tương tự. Do đó, máy bơm nhiệt có thể được sử dụng để ngưng tụ không khí trong thời tiết nóng năm (hệ thống phân chia), như từ tủ lạnh.
Từ kinh nghiệm vận hành của một máy bơm nhiệt tự làm
Như thực tế đã chỉ ra, hiệu suất của tùy chọn được trình bày là thấp: 2,6-2,8 kW. Không cần phải nói về hiệu quả cao của máy bơm nhiệt này: trên diện tích 60 m2 ở -5 oC ngoài trời, nó tự duy trì + 17oC. Nhưng hệ thống đã được xem xét và lắp đặt dưới lò hơi - bộ tản nhiệt, ở nhiệt độ đầu vào + 45oC, đơn giản là không thể cho ra nhiều hơn. Hệ thống trong nhà hoạt động cũ và số lượng bộ tản nhiệt không được tăng lên, nhưng cho đến nay trong thời tiết lạnh giá, chúng được sưởi ấm bằng bếp.
Nếu một bộ trao đổi nhiệt tái sinh được thêm vào cấu trúc, điều này sẽ làm tăng hiệu suất lên 10-15%. Với chi phí thấp, bạn có thể làm được. Bạn sẽ cần hai ống đồng mỗi ống dài 1,5 mét. Một cái có đường kính 22 mm, cái thứ hai - 10 mm. Một dây dẫn 4 lõi (dài 3-4 mét, đường kính 4 mm) được quấn vào một dây mỏng hơn để tăng diện tích trao đổi nhiệt, các đầu của nó được hàn vào ống để chúng không bị giãn ra. Ống quấn dây nhẹ nhàng luồn vào ống có đường kính lớn hơn. Nó phải được lắp đặt giữa máy nén và dàn bay hơi. Sự tinh chỉnh là không đáng kể, nhưng nó làm tăng đáng kể hiệu quả. Đúng, trong những điều kiện nhất định, nó không an toàn: freon ấm có thể xâm nhập vào máy nén, dẫn đến hỏng hóc.
Cải thiện mạch: bạn có thể thêm bộ trao đổi nhiệt tái sinh, điều này sẽ tăng năng suất khoảng 15-20%
Tùy chọn thứ hai để tăng hiệu suất, an toàn hơn và không kém hiệu quả, là xây dựng trong một bộ trao đổi nhiệt bổ sung để làm nóng nước hoặc glycol.
Điều cần tìm nếu bạn quyết định tự chế tạo máy bơm nhiệt. Có một số điều chỉ có thể rút ra từ kinh nghiệm:
- Dòng khởi động của cài đặt cụ thể này rất tốt. Không phải lúc nào cũng có đủ tài nguyên mạng để chạy cài đặt. Do đó, nếu bạn lắp đặt nghiêm túc, tốt hơn là nên sử dụng máy nén ba pha và cung cấp đầu vào ba pha tương ứng. Đúng, không rẻ nhưng để máy nén một pha khởi động ổn định thì cần phải có ổn áp điện tử công suất khá, cũng không thể gọi là rẻ được.
- Một máy bơm nhiệt trên hệ thống tản nhiệt đã hoàn thiện sẽ không cung cấp nhiệt độ phòng bình thường. Chúng được thiết kế cho một nhiệt độ nước làm mát khác nhau, điều mà các cơ sở lắp đặt này, đặc biệt là các thiết bị sản xuất tại nhà, cực kỳ hiếm khi có thể cung cấp.Do đó, hãy nâng cấp hệ thống (bằng cách thêm ít nhất cùng số phần bộ tản nhiệt) hoặc lắp đặt sàn nước.
- Nếu có ba vòng nước trong một giếng, điều này không có nghĩa là nó có một khoản nợ lớn. Bạn cần biết anh ta có thể cho bao nhiêu nước với sự lựa chọn liên tục của nó.
Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt
Đặc thù của máy bơm nhiệt là chúng hoạt động từ các nguồn năng lượng tự nhiên. Máy bơm không cần dầu diesel, điện hoặc nhiên liệu rắn để giải phóng năng lượng nhiệt.
Nguồn năng lượng là nước, khí quyển và đất. Máy bơm không tạo ra nhiệt, mà chỉ truyền nhiệt vào tòa nhà. Điều này sử dụng một lượng điện nhỏ.
Để cung cấp nhiệt cho ngôi nhà, bạn chỉ cần một máy bơm nhiệt và một nguồn nhiệt. Nguyên lý hoạt động của hệ thống giống như tủ lạnh thông thường, chỉ ngược lại. Trong trường hợp này, nhiệt được lấy từ bên ngoài và truyền vào nhà.
Một điểm quan trọng: yếu tố chính trong một hệ thống sưởi thay thế chính xác là máy bơm nhiệt, do đó, cấu trúc của nó phải được tiếp cận rất cẩn thận.
Máy bơm bao gồm các yếu tố sau:
Các tính năng của máy bơm nhiệt không khí:
- máy nén, là phần tử trung gian của hệ thống;
- thiết bị bay hơi. Sự chuyển giao năng lượng tiềm năng thấp diễn ra trong nó;
- van tiết lưu mà qua đó chất làm lạnh (freon) quay trở lại thiết bị bay hơi;
- bình ngưng, nơi freon được làm mát và tỏa nhiệt năng.
Máy bơm hoạt động theo một nguyên lý nhất định. Nó trông giống như thế này:
Nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt. (Bấm để phóng to)
- Nhiệt cấp thấp, được giải phóng từ các nguồn năng lượng bên ngoài, được chuyển qua các đường ống đến thiết bị bay hơi - đến yếu tố đầu tiên trong thiết kế máy bơm. Nhiệt được truyền bởi các chất mang nhiệt có khả năng chịu nhiệt độ thấp và đồng thời không bị đóng băng.
- Tại đây nhiệt được truyền cho môi chất lạnh, môi chất này được luân chuyển trong một vòng khép kín của hệ thống. Freon thường được sử dụng làm chất làm lạnh.
- Trong máy nén, áp suất cao tác động lên freon làm nhiệt độ của nó tăng lên đáng kể.
- Ở giai đoạn tiếp theo, chất làm lạnh đi vào bình ngưng, tại đây nhiệt được truyền đến mạch hệ thống sưởi. Kết quả là, nhiệt đi vào phòng, và freon, khi được làm mát, trở lại trạng thái lỏng.
- Qua van giảm áp, freon quay trở lại thiết bị bay hơi, tại đây quá trình này được lặp lại.
Dựa trên nguyên lý hoạt động của máy bơm, điện năng chỉ tiêu tốn cho hoạt động của máy nén. Do đó, điều này làm cho máy bơm nhiệt trở thành cách truyền nhiệt tiết kiệm nhất.
Bạn có thể quan tâm đến bài viết về các tính năng của máy bơm nhiệt để sưởi ấm gia đình. Bạn có thể nghiên cứu một phân loại chi tiết của máy bơm nhiệt trong bài viết này.
Kết quả
Không còn nghi ngờ gì nữa, giá thành của máy bơm nhiệt từ máy điều hòa không khí thấp hơn nhiều lần so với các lựa chọn nhà máy sản xuất sẵn, ngay cả những sản phẩm sản xuất tại Trung Quốc. Nhưng có rất nhiều sắc thái ở đây: bạn cần quan tâm đến nguồn và lượng nhiệt được cung cấp, tính toán chính xác chiều dài của bộ trao đổi nhiệt (cuộn dây), cài đặt tự động hóa, cung cấp điện đảm bảo, v.v. Nhưng nếu bạn có thể giải quyết những vấn đề này, thì nó chắc chắn là có lợi. Hãy để chúng tôi cho bạn một số lời khuyên: trong năm đầu tiên rất mong muốn có hệ thống sưởi dự phòng, và thử nghiệm và chạy thử, tốt hơn là nên thực hiện vào mùa hè, để có thời gian sửa đổi tổ máy trước khi bắt đầu. của mùa sưởi ấm.
Ưu nhược điểm của máy bơm nhiệt
Đến những điểm cộng sử dụng hệ thống sưởi ấm dựa trên việc sử dụng máy bơm nhiệt có thể được quy sau đây:
- Khả năng sinh lời trong quá trình hoạt động;
- An toàn môi trường của các công trình lắp đặt;
- An toàn cháy của các công trình lắp đặt;
- Độ tin cậy hoạt động;
- Quyền tự chủ trong công việc.
Những bất lợi bao gồm:
- Giá cao;
- Mức độ phức tạp của toàn bộ tổ hợp công trình;
- Nhu cầu sửa chữa lớn sau khi hết tuổi thọ sử dụng, liên quan đến các khoản đầu tư vật chất đáng kể.
