空気から水へのポンプの動作原理
すでに述べたように、このタイプの設備の主な熱エネルギー源は大気です。エアポンプの動作の基本は、液体状態から気体状態への相転移、またはその逆の相転移中に熱を吸収および放出する液体の物理的特性です。状態変化の結果として、温度が解放されます。このシステムは、逆に冷蔵庫の原理で動作します。
液体のこれらの特性を効果的に使用するために、低沸点冷媒（フレオン、フレオン）が閉回路を循環します。その設計には次のものが含まれます。
- 電気駆動のコンプレッサー;
- ファン吹き蒸発器;
- スロットル（拡張）バルブ;
- 平板熱交換器;
- 回路の主要な要素を接続する銅または金属プラスチックの循環管。
回路に沿った冷媒の移動は、コンプレッサーによって発生した圧力によって実行されます。熱損失を減らすために、パイプは保護金属化コーティングを施した人工ゴムまたはポリエチレンフォームの断熱層で覆われています。冷媒としては、負の温度で沸騰する可能性があり、-40°Cまで凍結しないフレオンまたはフレオンが使用されます。
作業の全プロセスは、次の連続したサイクルで構成されます。
- エバポレーターのラジエーターには、外気よりも冷たい液体冷媒が含まれています。アクティブなラジエーターの吹き付け中に、低電位の空気からの熱エネルギーがフレオンに伝達され、フレオンは沸騰してガス状になります。同時に、その温度が上昇します。
- 加熱されたガスはコンプレッサーに入り、圧縮中にさらに加熱されます。
- 圧縮および加熱された状態では、冷媒蒸気はプレート式熱交換器に供給され、そこで加熱システムの熱媒体が第2の回路を循環します。冷却剤の温度は加熱されたガスの温度よりもはるかに低いため、フレオンは熱交換器プレート上で活発に凝縮し、加熱システムに熱を放出します。
- 冷却された気液混合物はスロットルバルブに入り、冷却された低圧液体冷媒のみが蒸発器に送られます。次に、サイクル全体が繰り返されます。
管の熱伝達の効率を上げるために、らせん状のひれが蒸発器に巻かれています。暖房システムの計算、循環ポンプおよびその他の機器の選択を考慮に入れる必要があります 油圧抵抗と係数 伝熱プレート熱交換器の設置。
システムデバイスとその操作のビデオ概要
インバーターヒートポンプ
設置の一部としてインバーターが存在するため、機器のスムーズな起動と屋外温度に応じたモードの自動調整が可能になります。これにより、ヒートポンプの効率が最大化されます。
- 95-98％のレベルでの効率の達成;
- エネルギー消費量を20〜25％削減します。
- 電気ネットワークの負荷の最小化。
- プラントの耐用年数を延ばします。
その結果、天候の変化に関係なく、室内の温度は安定して同じレベルに保たれます。同時に、自動制御装置を備えたインバーターの存在は、冬の暖房だけでなく、暑い夏の冷気の供給も提供します。
同時に、追加の機器の存在は常にそのコストの増加と回収期間の増加を伴うことを考慮に入れる必要があります。
作動油の種類による区分
最新のヒートポンプは使用できます 気体または化学液体 熱輸送体としてのアンモニア溶液。特定のスキームの適合性は、いくつかの要因、システム機能によって評価されます。
- フレオン設備には、ガスの圧縮および膨張プロセスに基づくヒートポンプサイクルがあります。それらはどういうわけかコンプレッサースキームに基づいて構築されています。機器には魅力的なパフォーマンス指標がありますが、欠点もあります。運転サイクル時のシステムの加重平均消費量は安定していますが、配線に大きな負荷がかかっています。さらに、ガス状熱輸送装置を備えたヒートポンプは、集中型の電力網や十分な負荷容量の電源がない地域では役に立ちません。
- アンモニア溶液を使用する蒸発型プラントは、低沸点での物質の蒸発プロセスに基づくデューティサイクルを持っています。外部熱交換器通過後の液状化は、エネルギー源の作用により発生します。これはヒートバーナーです。固体、ガソリン、ディーゼル、ガス、灯油、場合によってはメチルアルコールなど、ほとんどすべての燃料を使用できます。したがって、電気がない場所では、蒸発ヒートポンプが魅力的です。さらに、この地域での特定の種類の燃料の安さは、そのような機器の選択を促す可能性があります。
システムで使用される作動油の性質は、設置と出力のパフォーマンスについて多くを語ることができます。そのため、フレオンコンプレッサーヒートポンプは鋭いジャークが可能で、部屋をすばやく暖めます。アンモニア蒸発モデルはそのような偉業を成し遂げることができません。それらの好ましい使用モードは、定格熱出力での安定した連続動作です。
ヒートポンプの種類
ヒートポンプはいくつかのタイプに分けられます。熱エネルギーの伝達方法による分類の最初のタイプ（タイプ）：
圧縮。主な設置要素は、コンプレッサー、コンデンサー、エキスパンダー、エバポレーターです。このタイプのポンプは非常に高品質で効率的であり、市場で非常に人気があるという事実につながります。
吸収。最新世代のヒートポンプ。彼らは仕事で吸収性フレオンを使用しています。これにより、作業の質が数倍向上します。
区別できる ヒートポンプの種類 熱源によると、すなわち：
- 熱エネルギーは土壌によって生成されます（写真）。
- 水;
- 気流
- 再暖かさ。それらは、水の流出、汚れた空気または下水から得られます。
入出力回路の種類別：
- 空対空。ポンプは冷気を取り入れ、温度を下げ、必要な熱を受け取り、加熱が必要な場所に送ります。
- 水から水へ。ポンプは地下水から熱を奪い、それを水に与えて部屋を暖めます。
- 水から空気へ。水から空気へ。水用のプローブと井戸の使用は一般的であり、加熱は空気加熱システムを介して行われます。
- 空気から水へ。空気から水へ。このタイプのポンプは、大気からの熱を使用して水を加熱します。
- 土壌-水。この形では、地面に水を置いたパイプから熱を奪います。熱は地面（土壌）から奪われます。
- 氷水。興味深いタイプのヒートポンプ。暖房用の水を加熱するために、巨大な熱エネルギーが放出される製氷技術が使用されます。最大200リットルの水を凍らせると、40〜60分以内に中型を加熱できるエネルギーを得ることができます。
ヒートポンプの長所と短所
原理 ヒートポンプ運転簡単に言うと、低品位の熱エネルギーの収集と、それが暖房や気候システム、さらには水処理システムにさらに伝達されることに基づいていますが、温度は高くなります。簡単な例を ガスボンベの形 –ガスで満たされると、コンプレッサーはそれを圧縮することによって加熱します。そして、シリンダーからガスを放出すると、シリンダーは冷えます-この現象の本質を理解するために、詰め替え可能なライターからガスを鋭く放出してみてください。
したがって、ヒートポンプは、いわば、周囲の空間から熱エネルギーを奪います。それは、地面、水中、さらには空中にあります。空気の温度が負であっても、空気にはまだ熱があります。また、最下部まで凍結しない水域や、永久凍土でない限り、深部凍結の影響を受けにくい土壌の深層にも見られます。
冷蔵庫やエアコンを分解してみるとわかるように、ヒートポンプの装置はかなり複雑です。私たちに馴染みのあるこれらの家庭用ユニットは、上記のポンプにいくぶん似ていますが、反対方向に動作するだけです。つまり、建物から熱を奪って外部に送ります。冷蔵庫のリアラジエーターに手をかざすと、暖かいことに気づきます。そして、この熱は、チャンバー内にある果物、野菜、牛乳、スープ、ソーセージ、その他の製品から奪われるエネルギーに他なりません。
エアコンと分割システムは同じように機能します。室外機で発生する熱は、冷房された部屋で少しずつ集められる熱エネルギーです。
ヒートポンプの動作原理は、冷蔵庫の動作原理とは逆です。それは同じ穀物の空気、水または土から熱を集め、その後それを消費者に向け直します-これらは暖房システム、蓄熱器、床暖房システム、そして給湯器です。通常の発熱体で冷却剤や水を加熱することを妨げるものは何もないように思われます-その方が簡単です。しかし、ヒートポンプと従来の発熱体の生産性を比較してみましょう。
ヒートポンプを選択する際に最も重要なことは、特定の自然エネルギー源の利用可能性です。
- 従来の発熱体-1kWの熱を生成するために、1 kWの電力を消費します（エラーを除く。
- ヒートポンプ-1kWの熱を生成するために消費する電力はわずか200Wです。
いいえ、ここには500％に相当する効率はありません。物理法則は揺るぎないものです。ここで機能しているのは熱力学の法則です。ポンプは、いわば宇宙からエネルギーを蓄積し、それを「厚く」して消費者に送ります。同様に、大きなじょうろを通して雨滴を集めることができ、出口でしっかりとした水の流れを得ることができます。
変数と定数を使用した複雑な式を使用せずに、ヒートポンプの本質を理解できるようにする多くのアナロジーをすでに示しました。次に、それらの利点を見てみましょう。
- エネルギー節約-100平方の標準的な電気暖房の場合。 m。は月に2万から3万ルーブルのコストになります（外の気温に依存します）、そしてヒートポンプを備えた暖房システムはコストを許容可能な3から5千ルーブルに減らします-あなたは認めなければなりません、これはすでにですかなり確実な節約。そして、これにはトリックも、欺瞞も、マーケティングのトリックもありません。
- 環境への配慮-石炭、原子力、水力発電所は自然に害を及ぼします。したがって、電力消費量の削減により、有害な排出量が削減されます。
- 幅広い用途-結果として生じるエネルギーは、家を暖め、お湯を準備するために使用できます。
欠点もあります：
- ヒートポンプの高コスト-この不利な点は、それらの使用に制限を課します。
- 定期的なメンテナンスの必要性-あなたはそれを支払う必要があります。
- 設置の難しさ-これは、閉回路のヒートポンプに最もよく当てはまります。
- 人々に受け入れられない-環境への負担を減らすためにこの機器に投資することに同意する人はほとんどいません。しかし、ガス本管から遠く離れて住んでいて、代替の熱源で家を暖めることを余儀なくされている一部の人々は、ヒートポンプの購入にお金を費やし、毎月の電気代を減らすことに同意します。
- 主電源に依存します-電力の供給が停止すると、機器はすぐにフリーズします。蓄熱器やバックアップ電源を設置することで、状況を救うことができます。
ご覧のとおり、いくつかの欠点は非常に深刻です。
ガソリンとディーゼル発電機は、ヒートポンプのバックアップ電源として機能します。
ヒントとコツ
ヒートポンプは技術的に複雑でかなり高価な機器であるため、その選択には大きな責任を持って取り組む必要があります。根拠がないことを避けるために、ここにいくつかの非常に具体的な推奨事項があります。
1.最初に計算を行い、プロジェクトを作成せずに、ヒートポンプの選択を開始しないでください。プロジェクトがない場合、致命的なエラーが発生する可能性があります。これは、莫大な追加の財政投資の助けを借りてのみ修正できます。
2.ヒートポンプと暖房システムの設計、設置、保守は専門家にのみ委託する必要があります。専門家がこの会社で働くことを確実にする方法は？まず第一に、必要なすべてのドキュメント、実装されたオブジェクトのポートフォリオ、機器サプライヤからの証明書が利用できることによって。必要なサービスの全範囲が1つの会社によって提供されることが非常に望ましく、この場合、プロジェクトの実施に全責任を負います。
3.ヨーロッパ製のヒートポンプを優先することをお勧めします。中国やロシアの機器よりも高価であるという事実と混同しないでください。暖房システム全体の設置、試運転、およびデバッグのコストの見積もりに含まれる場合、ポンプの価格の違いはほとんど感知できません。しかし一方で、「ヨーロッパ」を自由に使えるので、ポンプの高価格はそれを作成するために最新の技術と高品質の材料を使用した結果であるため、その信頼性を確信できます。
主な品種
暖房システム用のすべての循環ポンプは、「ドライ」ローターを備えたデバイスと「ウェット」ローターを備えた循環ポンプの2つの設計タイプに分けられます。
その名前からすでに明らかである最初のタイプの循環ポンプでは、ローターは液体作動媒体（冷却剤）と接触しません。このようなポンプのインペラは、スチールリングをシールすることによってローターとステーターから分離され、これらの要素の摩耗を補償する特別なスプリングによって互いに押し付けられます。ポンプの動作中のこのシーリングアセンブリの気密性は、加熱システムと外部環境の圧力差によって形成されるスチールリング間の水の薄層によって確保されます。
「ドライ」ローターで加熱するための循環ポンプは、かなり高い効率（89％）と生産性が特徴ですが、このタイプの油圧機械には、強力ななどの欠点もあります。 職場での騒音 運用、保守、修理の複雑さ。原則として、産業用暖房システムにはこのタイプのポンプが装備されており、家庭用暖房システムで使用されることはめったにありません。
「ドライ」ローターを備えた単段循環ポンプ
「ウェット」タイプのローターを備えた暖房システム用の循環ポンプは、インペラーとローターが常に冷却液と接触している装置です。ローターとインペラーが回転する作動媒体は、潤滑剤と冷却剤として機能します。このタイプのポンプの固定子と回転子は、ステンレス鋼製の特殊ガラスを使用して互いに分離されています。そのようなガラスは、その内部で冷却剤媒体内で回転する回転子とインペラが、作動油の侵入から通電された固定子巻線を保護します。
このタイプのポンプの効率はかなり低く、55％にすぎませんが、このようなデバイスの技術的能力は、暖房システム内の冷却剤の循環を確保するのに十分です。 大きすぎない家。 「ウェット」ローターを備えた循環ポンプの利点について話す場合、そのようなデバイスの操作中に放出される最小量のノイズ、高い信頼性、操作の容易さ、保守および修理を含める必要があります。
湿式循環ポンプ
ヒートポンプの種類の選択
この暖房システムの主な指標は電力です。まず第一に、機器の購入と低温熱源の選択のための経済的コストは電力に依存します。ヒートポンプシステムの出力が高いほど、コンポーネントのコストが高くなります。
まず第一に、これはコンプレッサーの出力、地熱プローブ用の井戸の深さ、または水平コレクターを収容するための領域を指します。正しい熱力学的計算は、システムが効率的に機能することを保証する一種です。
あなたの個人的なエリアの近くに貯水池がある場合、最も費用効果が高く生産的な選択は ヒートポンプ水-水
まず、ポンプの設置が計画されているエリアを調査する必要があります。理想的な条件は、このエリアに貯水池が存在することです。水から水へのオプションを使用すると、掘削作業の量が大幅に削減されます。
それどころか、地球の熱を利用することは、発掘に関連する多くの仕事を伴います。低品位熱として水を使用するシステムが最も効率的であると考えられています。
地面から熱エネルギーを抽出するヒートポンプの装置には、印象的な量の土工が含まれます。コレクターは季節的な凍結のレベルの下に置かれます
土壌の熱エネルギーを使用する方法は2つあります。 1つ目は、直径100〜168mmの井戸を掘削することです。このような井戸の深さは、システムのパラメータによっては、100m以上に達する可能性があります。
これらのウェルには特別なプローブが配置されています。 2番目の方法では、パイプのコレクターを使用します。このようなコレクターは、水平面の地下に配置されます。このオプションには、かなり広い領域が必要です。
コレクターを敷設するために、湿った土壌のあるエリアが理想的であると考えられます。当然のことながら、井戸掘削は水平貯留層よりも費用がかかります。ただし、すべてのサイトに空き容量があるわけではありません。 1 kWのヒートポンプ出力の場合、 30から50m²の面積.
1つの深い井戸で熱エネルギーを取り込むための建設は、ピットを掘るよりも少し安いことがわかるかもしれません
しかし、重要なプラスは、スペースの大幅な節約にあります。これは、小さな区画の所有者にとって重要です。敷地内に高地の地下水層が存在する場合、熱交換器は、互いに約15mの距離にある2つの井戸に配置することができます。
敷地内に高地の地下水層が存在する場合、熱交換器は、互いに約15mの距離にある2つの井戸に配置することができます。
一部が井戸にある閉回路で地下水を汲み上げることによる、そのようなシステムでの熱エネルギーの抽出。このようなシステムでは、フィルターの設置と熱交換器の定期的な清掃が必要です。
最も単純で最も安価なヒートポンプ方式は、空気から熱エネルギーを抽出することに基づいています。それが冷蔵庫の建設の基礎になると、その後のエアコンはその原理に従って開発されました。
最も単純なヒートポンプシステムは、気団からエネルギーを取得します。夏は暖房、冬は冷房に関係します。このシステムの欠点は、独立したバージョンでは、ユニットの電力が不十分なことです。
効率 この機器の様々なタイプ 同じではありません。空気を使用するポンプの性能は最低です。さらに、これらの指標は気象条件に直接依存しています。
地上のヒートポンプは安定した性能を発揮します。これらのシステムの効率係数は2.8〜3.3の範囲で変化します。水から水へのシステムが最も効率的です。これは主に、ソース温度の安定性によるものです。
ポンプコレクターがリザーバー内に深く配置されているほど、温度がより安定することに注意してください。 10 kWのシステム電力を得るには、約300メートルのパイプラインが必要です。
ヒートポンプの効率を特徴付ける主なパラメータは、その変換係数です。変換係数が高いほど、ヒートポンプの効率が高くなります。
ヒートポンプの変換係数は、熱流とコンプレッサーの運転に費やされる電力の比率で表されます。
