ヒートポンプの動作原理と動作方式、タイプ
原理
ヒートポンプの設計では、外部（外部ソースから熱を吸収する）と内部（引き出された熱を部屋の暖房システムに直接転送する）の2つの部分が用意されています。外部の 再生可能な熱エネルギー源 たとえば、地球、空気、地下水の熱です。この設計により、エネルギーの約75％が無料のソースのおかげで生成されるため、民家の暖房または冷房のコストを大幅に削減できます。
作業のスキーム
暖房設備の構成には、次のものが含まれます。コンデンサ;システム内の圧力を下げる排出バルブ。圧力ブースターコンプレッサー。これらの各ノードは、冷媒が配置されているパイプラインの閉回路によって相互に接続されています。最初のサイクルの冷媒は液体状態で、次のサイクルでは気体状態です。この物質は沸点が低いため、地球型の装置を選択すると、ガスに変換して土壌温度のレベルに達することができます。次に、ガスはコンプレッサーに入り、そこで強い圧縮が行われ、急速な加熱につながります。高温の蒸気がヒートポンプの内部に入った後、すでにここで直接使用されています 暖房用 または水を加熱します。その後、冷媒は冷却され、凝縮して再液体化されます。膨張弁を通って、液体物質が地下部分に流れ込み、加熱サイクルを繰り返します。
このような設備の冷却の原理は、加熱の原理に似ていますが、ラジエーターではありませんが、ファンコイルユニットが使用されます。この場合、コンプレッサーは作動しません。井戸からの冷気は直接空調システムに入ります。
ヒートポンプの種類
ヒートポンプの種類は何ですか？機器は、システムで使用される外部の熱エネルギー源によって区別されます。世帯オプションには、3つのタイプがあります。
地面または地球（「地下空気」、「地下水」）
熱エネルギー源として土製のヒートポンプを使用すると、環境の清浄度と安全性が確保されます。そのような機器のコストは高いですが、その機能は巨大です。頻繁なサービスは不要で、長寿命が保証されます。
地中熱ヒートポンプには、パイプラインを垂直または水平に設置する2つのタイプがあります。 50〜200メートルの範囲で深井戸掘削が必要となるため、垂直敷設方法はより費用がかかります。水平配置では、パイプは約1メートルの深さまで敷設されます。必要な量の熱エネルギーを確実に収集するために、パイプラインの総面積は、暖房された施設の面積を1.5〜2倍超える必要があります。
送水ポンプ（「水-空気」、「水-水」）
温暖な気候の南部地域には、水の設置が適しています。暖かい中 水域の太陽の水温で 一定の深さは比較的安定しています。温度の高い底土自体にホースを敷設することが望ましい。ウェイトは、水中パイプラインを固定するために使用されます。
空対空（空対空、空対空）
エアタイプのユニットでは、エネルギー源は外部環境からの空気であり、液体冷媒が配置されている蒸発器熱交換器に入ります。冷媒の温度は常にシステムに入る空気の温度よりも低いため、物質は瞬時に沸騰して高温の蒸気になります。
従来のモデルに加えて、組み合わせたインストールオプションが求められています。このようなヒートポンプには、ガスまたは電気ヒーターが追加されています。悪天候の場合、暖房装置の性能が低下し、装置は別の暖房オプションに切り替わります。このような追加は、効率を低下させる傾向があるのはこれらのタイプであるため、空対水または空対空機器に特に関係があります。
寒い冬が長い地域では、地熱（地中）ヒートポンプを使用するのが最も信頼できます。空気熱ポンプは、穏やかな南部の気候の地域に適しています。また、地球エネルギーを利用した設備を設置する際には、土壌の特性を考慮する必要があります。ヒートポンプの生産性は、砂質土よりも粘土質土の方がはるかに高くなります。さらに、パイプラインの深さは重要です。パイプは、寒い時期には地面の凍結レベルよりも深く敷設する必要があります。
モノブロックヒートポンプ屋内設置
この空気から水へのヒートポンプは、屋内オプション付きのモノブロックです。このようなシステムの運用には、必要な量の空気を送り出すためのエアダクトを設ける必要があります。
屋内でのモノブロック空気から水へのヒートポンプの設置のバリエーション
利点
- ヒートポンプのすべてのコンポーネントは屋内に配置されているため、悪天候から保護されています。
- 目に見えるコンポーネントがなくても、建物の外観には影響しません。
- システムがフリーズするリスクはありません。
- 設置時に、冷媒（フレオン）回路に介入する必要はありません。
欠陥
- ボイラー室の壁に大きな穴を開ける必要がありますが、これはシステムの再構築に必ずしも適しているとは限りません。
- すべてのノイズ放出要素は部屋にあります。
デバイスの取り付けの特徴
サーマルを接続する手順 プールポンプ 特定のモデルによって異なります。したがって、作業を開始する前に、製造元の指示を注意深く検討し、製造元に記載されている要件と推奨事項に厳密に従う必要があります。通常、産業用モデルは、組み立て済みで、設置に必要な一連のコンポーネントが付属しています。
プールに接続されたヒートポンプの動作図：1-プールヒートポンプ2-リモートコントロールデバイス3-プールのきれいな水4-循環ポンプ5-バイパス（バイパス）と制御バルブ6-プール給水パイプ7 - フィルター
接続中に、電源を供給するだけでなく、パイプのペアをインストールする必要があります。プールメンテナンスシステムでは、ヒーターはろ過システムの後、塩素消毒器の前に配置されるように設置されています。
この図に示すように、ヒートポンプは水フィルターの後、水塩素消毒器の前に接続する必要があります
機器を設置する適切な場所を選択することは非常に重要です。通常、空気から水へのヒートポンプは印象的なサイズのユニットであり、スプリットエアコンの室外ユニットを彷彿とさせます。
空気熱源ヒートポンプを設置するには、キャノピーなど、十分な広さで外部の影響から保護された場所を選択する必要があります。
このような機器を設置する場所は、次の要件を満たしている必要があります。
- 良好な換気;
- 気団の移動に対する障害物の欠如;
- 直火およびその他の熱源からの距離。
- 外部環境要因からの保護：降水量、上から落下する破片など。
- メンテナンスと必要な修理のための可用性。
ほとんどの場合、ヒートポンプはキャノピーの下に設置されます。保護を強化するために、いくつかの側壁を取り付けることができますが、ファンによってポンプで送られる空気の流れを妨げないようにする必要があります。
ポンプは金属フレームに取り付けられており、ベースは厳密に水平でなければなりません。これにより、デバイスの動作中の振動やノイズなどの問題が最小限に抑えられ、デバイスが損傷から保護されます。
空気熱源ヒートポンプは、しっかりとした厳密に水平なベースに設置する必要があります。これにより、動作中の振動が減少し、騒音が減少します。
ヒートポンプを設置してシステムに接続するときは、すべての部品が汚れていないことを確認することが重要です。接続されているパイプの内面を確認しても問題ありません。
水が循環するパイプのすべての接合部は、注意深く密封し、漏れがないかチェックする必要があります。動作中のヒートポンプからの振動がシステムの他の部分に伝達されないように、フレキシブルホースを使用した接続オプションを検討することは理にかなっています。
ヒートポンプの電源には特別な注意が必要です。すべての防火要件を考慮して、電気機器の設置に関する規則に完全に準拠する必要があります。
通常、プールの周囲は湿度が高く、電気機器が水と接触する可能性が大幅に高くなります。したがって、電気接点のすべての場所を注意深く絶縁し、さらに湿気との接触からそれらを保護する必要があります。
ヒートポンプを電源に接続するための回路には、温度上昇に対応するセンサーを備えた回路ブレーカーを含める必要があります。また、漏電を防ぐ保護装置も必要になります。
すべての導電性ノードは必ず接地する必要があります。電源と制御の両方のケーブルを接続するには、特別な端子台が必要になります。製造元の指示には、通常、機器を電源に接続するために必要な電気ケーブルの断面が示されています。
これらのデータを順守する必要があります。ケーブルの断面積は推奨値を超える場合がありますが、少なくなることはありません。
プール内の水を加熱するためのヒートポンプの設置は、メーカーの推奨に従って実行されます。通常、水処理システムの後で、塩素処理装置がある場合はその前に設置されます。
空気から水へのヒートポンプの設置に関する推奨事項と規則
空気から水へのヒートポンプは、地域のどこにでも設置されています。インストールに関する一般的なルールがあります。
- 住宅までの距離は2〜20mです。
ユニットが複数のパイプと電気ケーブルで接続されているボイラー室までの最小距離。
ボイラー室には貯蔵タンクがあり、循環器が設置されています。
動作中にわずかなノイズレベルがあります。ただし、屋内設置用のモノブロックを設置する場合は、別の防音室を割り当てる価値があります。
室外機はエアコンケースのようです。下部には、取り付け用の脚と壁掛けがあります。
ほとんどのモデルに凍結防止機能があります。したがって、室外機は断熱材を必要としません。
ヒートポンプの操作に関する最も一般的な決定の1つは、プール暖房システムの使用です。設備の助けを借りて、夏は水を加熱し、冬はスペースヒーターを使用します。
空気から水へのヒートポンプの収益性
空気から水へのヒートポンプを使用することの利点は、COPの出現以来特に明白になりました。この用語の下には、空気から水へのヒートポンプで加熱するときに必要なエネルギーコストを比較する係数が隠されています。実際には、これは次のことを意味します。
- VTは動作するために電気を必要とします。システムを加圧するコンプレッサーには電圧が必要です。 COPは、1日あたりの電力消費量によって受けた熱量を示します。
COPが3の場合、ポンプは消費電力1kWごとに3kWの熱エネルギーを生成します。
一つのことではないにしても、すべてが単純に見えるでしょうが！空気から水へのポンプには温度依存性があります。温度が下がると、熱伝達が大幅に低下します。冬は作業効率が低下します。ロシア中部からの空対水ヒートポンプに関する実際の所有者のレビューが北緯の住民からの同じコメントに反しているのはこのためです。
空気から水へのヒートポンプの動作のすべての欠点は、主に外部温度要因への依存に帰着します
ただし、モデルを選択する際には、HPのパフォーマンスを維持するために、下限温度を示すパラメーターに注意して、これを考慮に入れることができます。
購入を決定する前に、ヒートポンプの長所と短所、および機器の可能性と範囲を示すいくつかのレビューを読む価値があります。
ヒートポンプの種類
- 空対空;
- 空気-水;
- 地球-水;
- 水-水。
これらの組み合わせの最初の単語は、エネルギーが取り出される外部環境を意味します。 2番目の単語は、暖房を提供するクーラントのタイプです。
地熱および熱水設備の使用は、収益性が低くなります。事実、貯水池の土壌や水から熱エネルギーを得るには、井戸を掘削するためのコストを増やす必要があり、腐食や沈泥の影響からシステムの下部を確実に保護します。周囲の空気から熱を奪うと ヒートポンプの操作 資本コストの迅速な回収により、より収益性が高く、経済的に正当化されます。同時に、機器の耐用年数は数倍長くなります。
世界でのヒートポンプの使用の見通し
石油価格の下落は他の伝熱媒体に影響を及ぼしたため、ヒートポンプの需要は減少しました。しかし、それは成長しており、それが生産を刺激します。これは、主電源を除いて、インフラストラクチャを接続せずにそのようなインストールをインストールできるという事実に大きく依存します。
ヒートポンプと組み合わせて代替エネルギー源を使用すると、その効率を高めることができます。例えば、その運用には、ソーラーパネルや風力タービンから電力を受け取り、使用することができます ソーラーバキュームまたはフラットコレクター.
専門家によると、ヒートポンプの市場は、新しい化石燃料鉱床の活発な開発にもかかわらず、今後数年間で成長するでしょう。その結果、競争が激化し、設備費の削減につながります。
第二世界と第三世界の多くの国では、代替エネルギーの使用を刺激する政府プログラムが実施されています。その結果、ヒートポンプ設備の幅広い流通と売上高の増加につながります。
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編集者の選択
北ヨーロッパでのヒートポンプの製造と操作における長年の経験により、同胞は家を暖房するための最も有益な方法の検索を減らすことができました。どんなリクエストにもリアルオプションがあります。
熱回路を提供する必要があります DHWまたは暖房システム 80〜100m²までの住宅？ NIBE F1155の可能性を検討してください。その「インテリジェントな」充填により、熱供給を犠牲にすることなく節約できます。
安定 床暖房回路の温度、CO、130m²のコテージのDHWは、ダイキンEGSQHによって提供されます。DHW熱交換器（180リットル）がここに含まれます。
DANFOSS DHP-R ECOは、すべての消費者に同時に一定の熱流を生成します。 8 HPのカスケードを作成する可能性があるため、オブジェクトに熱を供給することができます 面積以上 3,000m²。
これらの各モデルは無条件ではありませんが、基本的なオプションです。適切なVTを見つけた場合は、ライン全体を表示し、オプションのオファーを調べてください。機器の範囲が広いため、理想的なオプションを見逃すリスクがあります。
家庭用空気対空気ヒートポンプ
空対空システムは、一般の人々にエアコン（より正確には分割システム）として最もよく知られています。名前はたくさんありますが、同じデバイスについて話しています。その設計は、カルノーサイクルの使用に基づいています。それは、液体の連続的な蒸発、結果として生じるガスの強力な圧縮、液体の凝縮および再形成の間に起こるプロセスを説明します。圧縮中はガスの温度が大幅に上昇し、液体が蒸発するとガスの温度が低下します。これらの2つの現象は、冷蔵庫、エアコン、ヒートポンプで使用されます。最初の2つのケースでのみ、冷気が有用な製品であり、最後のケースでは熱です。
作業原則
空対空HPの設計は、冷媒（フレオン）で満たされた閉回路に基づいています。この回路は、蒸発器と凝縮器の2つの部分で構成されています。蒸発器では、液体フレオンが気体状態になり、環境から熱エネルギーを積極的に奪います。得られたガスはコンプレッサーに供給され、そこで高度に圧縮されて温度が上昇します。圧縮機から高温ガスが凝縮器に入り、そこで液相に入ります。その後、フレオンは降圧バルブを通過して蒸発器に入り、サイクル全体が再び繰り返されます。
したがって、空気対空気ヒートポンプの動作には、フレオンと2つのファンを備えた閉回路のみが必要であり、他のタイプのヒートポンプと比較して設計が大幅に簡素化され、コストが削減されます。部屋を冷やす必要がある場合は、蒸発器からの空気が内部に供給され、凝縮器からの流れが外部に排出されます。
長所と短所
空気熱源ヒートポンプの利点は次のとおりです。
- 汎用性。システムは、変更や複雑な再構成なしで部屋を冷暖房することができます
- 生態学的な純度。システムの運転に炭化水素燃料は不要で、環境に有害な物質は使用されていません
- デザインのシンプルさ。購入したヒートポンプの設置は簡単です
- 自己生産の可能性
- 効率。空気加熱は部屋をすばやく加熱し、慣性が低いため、必要に応じて部屋をすばやく冷却できます。
- 経済。コンプレッサーとファンの電力コストは何倍にもなります
- 安い価格。他のタイプのヒートポンプと比較して、このオプションは最も安価です。
- 防火性能
欠点もあります：
- 電気を使用する必要があり、システムは停電を許容しません
- 作業の結果は外気温に直接関係するため、安定性が低下し、動作モードを常に調整する必要があります
- 活発な空気の対流による細かいほこりとサスペンションの絶え間ない存在
- システム動作中の小さいが目立つ背景音
設置容量の計算
ヒートポンプを自分で計算することはお勧めしません。専門家だけが使える特別なデータや係数などの値をたくさん使う必要があります。システムを計算する必要がある場合は、専門家に連絡する必要があります。彼らはこのビジネスに必要な経験と知識を持っています。
自分でヒートポンプを作る方法は？ ↑
ヒートポンプのコストは、専門家に設置を依頼しなくても、かなり高くなります。残念ながら、近い将来に貯蓄することを期待してさえ、誰もが一度にそのような多額のお金を使う機会を持っているわけではありません。自分の手でヒートポンプを作ることはできますか？はい、かなりです。また、既存の部品から組み立てたり、中古のスペアパーツを購入したりすることもできます。
それでは始めましょう。古い家に同様の暖房システムを設置する場合は、配線や電力量計の状態を確認してください。測定器が少なくとも40アンペアであることを確認してください。
まず第一に、あなたはコンプレッサーを買うことに注意を払う必要があります。専門会社や通常の冷凍修理店では、エアコンからコンプレッサーを購入することができます。それは私たちの目的に非常に適しています。壁に取り付ける必要があります。 ブラケット付き L-300。次に、コンデンサの製造に移ります。これを行うには、100〜120リットルの容量のステンレス鋼タンクが必要です。半分に切ってコイルの中に取り付ける必要があります。これは、冷蔵庫の銅管や通常の小径の配管用銅管から簡単に作成できます。
重要！非常に薄い壁のチューブは使用しないでください。その脆弱性により、操作中に多くの不便が生じる可能性があります。銅管の肉厚は1mm以上である必要があります
- コイルを得るには、ガスボンベまたは酸素ボンベを取り、その周りに銅管を巻き付けて、ターン間の距離を観察します。チューブをこの位置に固定するための最も簡単な方法は、パテの下のコーナーを保護するために使用される穴あきアルミニウムコーナーを取り、各ターンがコーナーの穴の反対側になるようにコイルに取り付けることです。これにより、ターンのピッチと構造全体の強度が同じになります。
- コイルを取り付けた後、ネジ接続を溶接することを忘れずに、タンクの半分を溶接します。
自家製ヒートポンプ蒸発器
蒸発器は、60〜80リットルの容量のプラスチック容器にすることができ、コイルは直径3/4インチのパイプから取り付けられます。 給水・排水用 通常の水道管を使用できます。蒸発器は、希望のサイズのL型ブラケットを使用して壁に取り付ける必要もあります。すべての準備ができたら、冷凍スペシャリストを招待します。システムを組み立て、銅パイプを溶接し、フレオンをポンプするために必要です
重要！冷凍装置の操作に関する特別な教育やスキルがない場合は、作業の最後のステップを自分で試みないでください。これは、構造物の故障だけでなく、怪我にもつながる可能性があります。
主な品種、それらの仕事の原則
すべてのヒートポンプは、エネルギー源の点で互いに異なります。デバイスの主なクラスは、地下水、水-水、空気-水、および空気-空気です。
最初の単語は熱源を示し、2番目の単語はそれがデバイスで何に変わるかを示します。
例えば、地下水装置の場合、地面から熱を取り出して温水に変換し、暖房システムのヒーターとして使用します。以下では、暖房用のヒートポンプの種類について詳しく説明します。
地下水
地下水設備は、特別なタービンまたはコレクターを使用して、地面から直接熱を抽出します。この場合、地球はフレオンを加熱する熱源として使用されます。復水器タンク内の水を加熱します。この場合、フレオンは冷却されてポンプ入口にフィードバックされ、加熱された水は主加熱システムの熱媒体として使用されます。
ポンプがネットワークから電気を受け取る限り、液体加熱サイクルは続きます。タービンとコレクターの設置には、深い井戸を掘削するか、広大な土地の土壌の位置を変更する必要があるため、経済的な観点から最もコストがかかるのは地下水法です。
水-水
自分で 仕様ポンプタイプ 水-水は地下水クラスの装置と非常に似ていますが、唯一の違いは、この場合、水が主な熱源として使用されないことです。源泉として、地下水と様々な貯水池の両方を使用することができます。
写真2.水から水へのヒートポンプの構造の設置：特別なパイプが貯水池に浸されています。
水から水への装置は、深井戸を設置する必要がないため、地上から水へのポンプよりもはるかに安価です。
参照。 送水ポンプ運転用 いくつかのパイプを最も近い水域に浸すだけで十分なので、操作のために井戸を掘削する必要はありません。
空気から水へ
空対水ユニットは、環境から直接熱を受け取ります。このようなデバイスは、大きな外部を必要としません 熱を集めるためのコレクター、そして通常の街路空気はフレオンを加熱するために使用されます。加熱後、フレオンは水に熱を放出し、その後、お湯はパイプを通って暖房システムに入ります。このタイプの装置は、ポンプを操作するために高価なコレクターが必要ないため、非常に安価です。
空気
空対空ユニットも環境から直接熱を受け取り、その動作に外部コレクターを必要としません。暖かい空気が接触した後、フレオンが加熱され、次にフレオンがポンプ内の空気を加熱します。次に、この空気が部屋に投げ込まれ、局所的な温度上昇につながります。このタイプのデバイスも、高価なコレクターを設置する必要がないため、非常に安価です。
写真3.空気熱ヒートポンプの動作原理。 35度の温度の冷却剤が暖房用ラジエーターに入ります。
結論
彼らの例では、ユーザーは低温での空気から水へのヒートポンプの操作の非効率性についての固定観念を打ち破りました
重要。空気から水へのヒートポンプは、 水加熱床-システム、クーラントを高温に加熱する必要がない
暖房用ラジエーターをHPに接続する場合、作業効率を低下させることなく低温モードに切り替えるには、暖房用ラジエーターの面積を3〜4倍に増やす必要があります。厳しい霜では、空気から水へのヒートポンプは電気加熱要素によってバックアップされます。
ヒートポンプ-割り当てられた電力が不足している場合の出力。
事故や停電の場合、冬に熱がなくなるのを防ぐために、ガス対流式放熱器や暖炉のストーブなど、バックアップ用の独立した熱発生器を用意してください。エネルギーキャリア、電気、およびメインガスの接続コストの高騰を考慮に入れて、HPの長期的な見返りを計算します。ヒートポンプとシステム全体の操作のしやすさを忘れないでください。
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ソース
