가정 난방용 히트 펌프 : 작동 유형 및 원리

공랭식 펌프의 작동 원리

이미 언급했듯이 이러한 유형의 설치를 위한 주요 열 에너지원은 대기입니다. 공기 펌프 작동의 기본 기반은 액체 상태에서 기체 상태로 또는 그 반대로 상 전이하는 동안 열을 흡수 및 방출하는 액체의 물리적 특성입니다. 상태 변화의 결과로 온도가 방출됩니다. 시스템은 역으로 냉장고의 원리에 따라 작동합니다.

액체의 이러한 특성을 효과적으로 사용하기 위해 저비점 냉매(프레온, 프레온)는 다음을 포함하는 폐쇄 회로에서 순환합니다.

• 전기 드라이브가 있는 압축기;
• 팬 블로우 증발기;
• 스로틀(팽창) 밸브;
• 판형 열교환기;
• 회로의 주요 요소를 연결하는 구리 또는 금속 플라스틱 순환 튜브.

회로를 따라 냉매의 이동은 압축기에서 발생하는 압력으로 인해 수행됩니다.열 손실을 줄이기 위해 파이프는 보호 금속 코팅이 된 인조 고무 또는 폴리에틸렌 폼의 단열 층으로 덮여 있습니다. 냉매로는 음의 온도에서 끓을 수 있고 -40 ° C까지 얼지 않는 프레온 또는 프레온이 사용됩니다.

전체 작업 프로세스는 다음과 같은 연속적인 주기로 구성됩니다.

1. 증발기 라디에이터에는 외부 공기보다 차가운 액체 냉매가 들어 있습니다. 활성 라디에이터 블로잉 동안 낮은 전위 공기의 열 에너지가 프레온으로 전달되어 끓어 기체 상태로 전환됩니다. 동시에 온도가 상승합니다.
2. 가열된 가스는 압축기로 들어가 압축 과정에서 더 많이 가열됩니다.
3. 압축 및 가열된 상태에서 냉매 증기는 판형 열교환기로 공급되며, 여기서 가열 시스템의 열 운반체는 두 번째 회로를 순환합니다. 냉각수의 온도는 가열된 가스의 온도보다 훨씬 낮기 때문에 프레온은 열교환기 판에 활발히 응축되어 가열 시스템에 열을 방출합니다.
4. 냉각된 증기-액체 혼합물은 냉각된 저압 액체 냉매만 증발기로 통과하도록 허용하는 스로틀 밸브로 들어갑니다. 그런 다음 전체 주기가 반복됩니다.

튜브의 열전달 효율을 높이기 위해 증발기에 나선형 핀이 감겨 있습니다. 난방 시스템의 계산, 순환 펌프 및 기타 장비의 선택을 고려해야 합니다. 유압 저항 및 계수 열전달 판형 열교환기 설치.

시스템 장치 및 작동에 대한 비디오 개요

인버터 히트 펌프

설치의 일부로 인버터가 있으면 장비를 원활하게 시작하고 실외 온도에 따라 모드를 자동으로 조절할 수 있습니다. 이것은 다음을 통해 열 펌프의 효율성을 극대화합니다.

• 95-98% 수준의 효율성 달성;
• 에너지 소비를 20-25% 줄입니다.
• 전기 네트워크의 부하 최소화;
• 공장의 서비스 수명을 늘립니다.

그 결과, 날씨 변화에 관계없이 실내 온도가 안정적으로 동일한 수준으로 유지됩니다. 동시에 자동화 제어 장치가 완비된 인버터의 존재는 겨울에 난방을 제공할 뿐만 아니라 더운 날씨에 여름에 냉각 공기를 공급할 것입니다.

동시에 추가 장비가 있으면 항상 비용이 증가하고 투자 회수 기간이 증가한다는 점을 고려해야 합니다.

작동유체 종류별 구분

최신 히트 펌프는 다음을 사용할 수 있습니다. 기체 또는 약액 열 전달체로서의 암모니아 용액. 특정 체계의 적합성은 여러 요소, 시스템 기능에 의해 평가됩니다.

1. 프레온 설비에는 가스 압축 및 팽창 프로세스를 기반으로 하는 히트 펌프 사이클이 있습니다. 그들은 어떻게 든 압축기 구성표를 기반으로 구축되었습니다. 이 장비에는 매력적인 성능 지표가 있지만 단점도 있습니다. 동작 사이클 시 시스템의 가중 평균 소비량은 안정적이지만 배선 부하가 큽니다. 또한 가스 열 전달 장치가 있는 열 펌프는 중앙 집중식 전력 네트워크나 충분한 부하 용량의 전원이 없는 지역에서는 유용하지 않습니다.
2. 암모니아 용액을 사용하는 증발식 플랜트는 낮은 끓는점에서 물질의 증발 과정을 기반으로 하는 듀티 사이클이 있습니다. 외부 열교환기를 통과한 후 액화는 에너지원의 작용으로 발생합니다. 이것은 가열 버너입니다. 고체, 가솔린, 디젤, 가스, 등유, 경우에 따라 메틸 알코올과 같은 거의 모든 연료를 사용할 수 있습니다. 따라서 증발식 히트 펌프는 전기가 없는 곳에서 매력적입니다. 또한이 지역의 특정 유형의 연료가 저렴하기 때문에 그러한 장비를 선택해야 할 수 있습니다.

시스템에 사용되는 작동 유체의 특성은 설치 성능 및 출력에 대해 많은 것을 말해 줄 수 있습니다. 따라서 프레온 압축기 열 펌프는 날카로운 저크가 가능하여 신속하게 방을 예열합니다. 암모니아 증발 모델은 그러한 위업을 수행할 수 없습니다. 그들이 선호하는 사용 모드는 정격 열 출력에서 ​​안정적이고 연속적인 작동입니다.

히트펌프의 종류

히트 펌프는 여러 유형으로 나뉩니다. 열 에너지 전달 방법에 따른 분류의 첫 번째 유형(유형):

압축. 주요 설치 요소는 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기입니다. 이 유형의 펌프는 품질이 매우 높고 효율적이므로 시장에서 매우 인기가 있습니다.

흡수. 최신 세대의 히트 펌프. 그들은 작업에 흡수성 프레온을 사용합니다. 덕분에 작업의 질이 몇 배나 높아졌습니다.

구별 가능 히트펌프의 종류 열원에 따라, 즉:

• 열에너지는 토양에 의해 생성됩니다(그림).
• 물;
• 기류
• 다시 따뜻함. 그들은 물 유출, 더러운 공기 또는 하수에서 얻습니다.

입출력 회로 유형별:

• 공대공. 펌프는 찬 공기를 받아 온도를 낮추고 필요한 열을 받아 난방이 필요한 곳으로 전달합니다.
• 물 대 물. 펌프는 지하수에서 열을 받아 방을 데우기 위해 물에 공급합니다.
• 물 대 공기. 물에서 공기로. 물에 프로브와 우물을 사용하는 것이 일반적이며 가열은 공기 가열 시스템을 통해 이루어집니다.
• 공기 대 물. 공기에서 물로. 이러한 유형의 펌프는 대기의 열을 사용하여 물을 가열합니다.
• 토양 물. 이 형태에서 열은 땅에 물이 깔린 파이프에서 가져옵니다. 열은 땅(토양)에서 가져옵니다.
• 얼음물. 흥미로운 유형의 열 펌프. 공간 난방을 위해 물을 가열하기 위해 거대한 열 에너지가 방출되는 얼음 생산 기술이 사용됩니다. 최대 200리터의 물을 얼리면 40~60분 동안 중형 가열할 수 있는 에너지를 얻을 수 있습니다.

히트펌프의 장점과 단점

원칙 히트 펌프 작동, 간단히 말해서, 저급 열 에너지의 수집과 더 높은 온도에서 난방 및 기후 시스템, 수처리 시스템으로의 추가 전달을 기반으로 합니다. 간단한 예를 들 수 있습니다 가스 실린더의 형태 – 가스가 채워지면 압축기가 압축하여 가열됩니다. 그리고 실린더에서 가스를 방출하면 실린더가 냉각됩니다. 이 현상의 본질을 이해하기 위해 재사용 가능한 라이터에서 가스를 급격히 방출하십시오.

따라서 열 펌프는 주변 공간에서 열 에너지를 제거합니다. 그것은 땅, 물, 심지어 공기에도 있습니다. 공기가 음의 온도를 가지고 있더라도 여전히 열이 있습니다. 그것은 또한 매우 바닥까지 얼지 않는 수역에서 뿐만 아니라, 또한 영구동토층이 아닌 한 깊은 동결에도 견디지 못하는 토양의 깊은 층에서 발견됩니다.

히트 펌프는 냉장고나 에어컨을 분해해 보면 알 수 있듯이 다소 복잡한 장치를 가지고 있습니다. 우리에게 친숙한이 가구는 위에서 언급 한 펌프와 다소 유사하지만 반대 방향으로 만 작동합니다. 건물에서 열을 가져와 외부로 보냅니다. 냉장고 후면 라디에이터에 손을 대면 따뜻함을 알 수 있습니다. 그리고 이 열은 과일, 야채, 우유, 수프, 소시지 및 챔버에 있는 기타 제품에서 가져온 에너지일 뿐입니다.

에어컨과 분할 시스템은 유사한 방식으로 작동합니다. 실외기에서 발생하는 열은 냉각된 방에서 조금씩 수집된 열 에너지입니다.

히트 펌프의 작동 원리는 냉장고의 작동 원리와 반대입니다. 동일한 곡물의 공기, 물 또는 토양에서 열을 수집한 후 난방 시스템, 축열기, 바닥 난방 시스템 및 온수기 등 소비자에게 전달합니다. 일반 발열체로 냉각수나 물을 가열하는 것을 막을 수 있는 것은 아무것도 없는 것 같습니다. 그렇게 하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 히트 펌프와 기존 발열체의 생산성을 비교해 보겠습니다.

히트 펌프를 선택할 때 가장 중요한 것은 특정 천연 에너지원의 가용성입니다.

• 기존 발열체 - 1kW의 열 생산을 위해 1kW의 전기를 소비합니다(오류 제외,
• 열 펌프 - 1kW의 열을 생산하는 데 200W의 전기만 소비합니다.

아니요, 여기에는 500%와 같은 효율성이 없습니다. 물리 법칙은 흔들리지 않습니다. 여기에서 작동하는 것은 열역학 법칙일 뿐입니다. 펌프는 말하자면 우주에서 에너지를 축적하여 "두꺼워지게"하여 소비자에게 보냅니다. 유사하게, 우리는 큰 물뿌리개를 통해 빗방울을 모을 수 있고 출구에서 물의 흐름을 얻을 수 있습니다.

변수와 상수가 있는 난해한 공식 없이 열 펌프의 본질을 이해할 수 있는 많은 비유를 이미 제공했습니다. 이제 장점을 살펴보겠습니다.

• 에너지 절약 - 100제곱미터의 표준 전기 난방인 경우 m. 한 달에 20-30,000 루블의 비용이 발생하며 (외부 기온에 따라 다름) 열 펌프가있는 난방 시스템은 비용을 수용 가능한 3-5,000 루블로 줄일 수 있습니다. 이것은 이미 인정해야합니다. 꽤 확실한 저축. 그리고 이것은 속임수, 속임수 및 마케팅 트릭이 없습니다.
• 환경 보호 - 석탄, 원자력 및 수력 발전소는 자연을 해칩니다. 따라서 전력 소비를 줄이면 유해한 배출량이 줄어듭니다.
• 광범위한 용도 - 결과 에너지는 가정을 데우고 뜨거운 물을 준비하는 데 사용할 수 있습니다.

단점도 있습니다.

• 열 펌프의 높은 비용 - 이러한 단점으로 인해 사용이 제한됩니다.
• 정기적인 유지 관리의 필요성 - 비용을 지불해야 합니다.
• 설치의 어려움 - 이것은 폐쇄 회로가 있는 히트 펌프에 가장 많이 적용됩니다.
• 사람들의 수용 부족 - 우리 중 환경에 대한 부담을 줄이기 위해 이 장비에 투자하는 데 동의하는 사람은 거의 없습니다. 그러나 가스 본관에서 멀리 떨어져 살고 대체 열원으로 집을 난방해야 하는 일부 사람들은 히트 펌프를 구입하는 데 돈을 쓰고 월 전기 요금을 줄이는 데 동의합니다.
• 주전원에 대한 의존성 - 전기 공급이 중단되면 장비가 즉시 동결됩니다. 축열기 또는 백업 전원을 설치하면 상황이 저장됩니다.

보시다시피 일부 단점은 매우 심각합니다.

가솔린 및 디젤 발전기는 열 펌프의 백업 전원으로 사용할 수 있습니다.

팁 & 트릭

히트 펌프는 기술적으로 복잡하고 다소 고가의 장비이므로 선택에 큰 책임을 져야합니다. 근거 없는 말을 하지 않기 위해 다음은 몇 가지 매우 구체적인 권장 사항입니다.

1. 먼저 계산하고 프로젝트를 생성하지 않고 히트 펌프를 선택하지 마십시오. 프로젝트가 없으면 치명적인 오류가 발생할 수 있으며 이는 막대한 추가 재정 투자를 통해서만 수정할 수 있습니다.

2. 히트 펌프 및 난방 시스템의 설계, 설치 및 유지 보수는 전문가에게만 맡겨야 합니다. 전문가가 이 회사에서 일하는지 확인하는 방법은 무엇입니까? 우선, 필요한 모든 문서, 구현된 개체 포트폴리오, 장비 공급업체의 인증서를 사용할 수 있습니다.필요한 서비스의 전체 범위를 한 회사에서 제공하는 것이 매우 바람직하며, 이 경우 프로젝트 구현을 전적으로 책임집니다.

3. 유럽산 히트 펌프를 선호하는 것이 좋습니다. 중국이나 러시아 장비보다 비싸다는 사실에 혼동하지 마십시오. 전체 난방 시스템의 설치, 시운전 및 디버깅 비용 견적에 포함될 때 펌프 가격의 차이는 거의 감지할 수 없습니다. 그러나 반면에 "유럽"을 마음대로 사용할 수 있으면 펌프의 높은 가격이 현대 기술과 고품질 재료를 사용하여 만든 결과이기 때문에 신뢰성을 확신할 수 있습니다.

주요 품종

난방 시스템용 모든 순환 펌프는 "건식" 로터가 있는 장치와 "습식" 로터가 있는 순환 펌프의 두 가지 설계 유형으로 나뉩니다.

이름에서 이미 명확한 첫 번째 유형의 순환 펌프에서 로터는 액체 작동 매체인 냉각수와 접촉하지 않습니다. 이러한 펌프의 임펠러는 이러한 요소의 마모를 보상하는 특수 스프링으로 서로 눌려진 강철 링을 밀봉하여 회전자와 고정자에서 분리됩니다. 펌프 작동 중 이 씰링 어셈블리의 견고성은 가열 시스템과 외부 환경의 압력 차이로 인해 형성되는 강철 링 사이의 얇은 물층에 의해 보장됩니다.

"건식"로터가있는 가열 용 순환 펌프는 상당히 높은 효율 (89 %)과 생산성으로 구별되지만 이러한 유형의 유압 기계도 다음과 같은 단점이 있습니다. 직장 소음 작동, 유지 보수 및 수리의 복잡성.일반적으로 산업용 난방 시스템에는 이러한 유형의 펌프가 장착되어 있으며 가정용 난방 시스템에서는 거의 사용되지 않습니다.

"건식" 로터가 있는 1단 순환 펌프

"습식"형 로터가 장착 된 난방 시스템 용 순환 펌프는 임펠러와 로터가 냉각수와 지속적으로 접촉하는 장치입니다. 로터와 임펠러가 회전하는 작동 매체는 윤활유와 냉각수 역할을 합니다. 이 유형의 펌프의 고정자와 회전자는 스테인리스강으로 만든 특수 유리를 사용하여 서로 격리되어 있습니다. 냉각제 매체에서 회전하는 로터와 임펠러가 내부에서 작동하는 고정자 권선을 작동 유체의 유입으로부터 보호하는 이러한 유리.

이 유형의 펌프의 효율은 다소 낮고 55%에 불과하지만 이러한 장치의 기술적 기능은 난방 시스템의 냉각수 순환을 보장하기에 충분합니다. 너무 크지 않은 집들. "습식"로터가있는 순환 펌프의 장점에 대해 이야기하면 그러한 장치의 작동 중에 방출되는 최소 소음량, 높은 신뢰성, 작동 용이성, 유지 보수 및 수리가 포함되어야합니다.

습식 순환 펌프

히트 펌프 유형 선택

이 난방 시스템의 주요 지표는 전력입니다. 우선, 장비 구매 및 저온 열원의 선택에 대한 재정적 비용은 전력에 달려 있습니다.히트 펌프 시스템의 출력이 높을수록 구성 요소 비용이 높아집니다.

먼저 압축기의 동력, 지열탐사선의 유정깊이, 수평집열기를 수용할 수 있는 면적을 말한다. 정확한 열역학 계산은 시스템이 효율적으로 작동할 것이라는 일종의 보증입니다.

개인 구역 근처에 저수지가 있는 경우 가장 비용 효율적이고 생산적인 선택이 될 것입니다. 히트 펌프 물-물

먼저 펌프 설치를 위해 계획된 영역을 연구해야 합니다. 이상적인 조건은 이 지역에 저수지가 있는 것입니다. water-to-water 옵션을 사용하면 굴착 작업량이 크게 줄어듭니다.

반대로 지구의 열을 사용하려면 굴착과 관련된 많은 작업이 필요합니다. 물을 낮은 등급의 열로 사용하는 시스템이 가장 효율적인 것으로 간주됩니다.

지면에서 열 에너지를 추출하는 히트 펌프 장치에는 엄청난 양의 토공 작업이 포함됩니다. 수집기는 계절적 동결 수준 아래에 놓입니다.

토양의 열에너지를 사용하는 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 직경이 100-168mm인 드릴링 우물을 포함합니다. 시스템의 매개 변수에 따라 이러한 우물의 깊이는 100m 이상에 도달할 수 있습니다.

특수 프로브가 이 우물에 배치됩니다. 두 번째 방법은 파이프 수집기를 사용합니다. 이러한 수집기는 수평면에서 지하에 배치됩니다. 이 옵션에는 상당히 넓은 영역이 필요합니다.

수집기를 놓기 위해서는 젖은 토양이 이상적인 것으로 간주됩니다.당연히 드릴링 우물은 수평 저수지보다 비용이 많이 듭니다. 그러나 모든 사이트에 여유 공간이 있는 것은 아닙니다. 1kW의 열 펌프 전력을 위해서는 다음이 필요합니다. 30~50m² 면적.

하나의 깊은 우물에 의한 열 에너지 섭취를위한 건설은 구덩이를 파는 것보다 약간 저렴할 수 있습니다

그러나 중요한 장점은 공간을 크게 절약할 수 있다는 점이며 이는 작은 구획의 소유자에게 중요합니다. 현장에 높은 지하수 지평이있는 경우 열교환 기는 서로 약 15m 떨어진 곳에 위치한 두 개의 우물에 배치 할 수 있습니다

현장에 높은 지하수 지평이있는 경우 열교환 기는 서로 약 15m 떨어진 곳에 위치한 두 개의 우물에 배치 할 수 있습니다.

폐쇄 회로에서 지하수를 펌핑하여 이러한 시스템에서 열 에너지를 추출하며 그 일부는 우물에 있습니다. 이러한 시스템에는 필터를 설치하고 열교환기를 주기적으로 청소해야 합니다.

가장 간단하고 저렴한 열 펌프 방식은 공기에서 열 에너지를 추출하는 것입니다. 그것이 냉장고 건설의 기초가 되자 나중에는 그 원리에 따라 에어컨이 개발되었습니다.

가장 단순한 열 펌프 시스템은 기단에서 에너지를 얻습니다. 여름에는 난방에, 겨울에는 에어컨에 관여합니다. 시스템의 단점은 독립 버전에서 전력이 부족한 장치가

능률 이 장비의 다양한 유형 동일하지 않습니다. 공기를 사용하는 펌프는 성능이 가장 낮습니다. 또한 이러한 지표는 기상 조건에 직접적으로 의존합니다.

열 펌프의 지상 품종은 안정적인 성능을 가지고 있습니다. 이러한 시스템의 효율 계수는 2.8 -3.3 내에서 다양합니다. 물 대 물 시스템이 가장 효율적입니다. 이것은 주로 소스 온도의 안정성 때문입니다.

펌프 수집기가 저장소에 깊숙이 위치할수록 온도가 더 안정적입니다. 10kW의 시스템 전력을 얻으려면 약 300미터의 파이프라인이 필요합니다.

열 펌프의 효율을 특징짓는 주요 매개변수는 변환 계수입니다. 변환 계수가 높을수록 히트 펌프가 더 효율적인 것으로 간주됩니다.

히트 펌프의 변환 계수는 열 흐름과 압축기 작동에 소요되는 전력의 비율로 표현됩니다.