代替エネルギーこそ未来!家庭暖房用ヒートポンプ
建物の暖房には通常、ガスか電気が使用されます。しかし、どちらもかなり高価なので、この暖房方法はかなりの費用がかかります。
そのため、代替エネルギー源は個人住宅や田舎の家の暖房に使用され、 最も一般的な暖房方法の 1 つは、ヒートポンプの使用です。
住宅暖房用のヒートポンプとは何ですか?どのように機能しますか?
特別な装置 環境から熱を取り出すことができる ヒートポンプと呼ばれます。
このような装置は、建物の暖房の主たる手段、または補助的な手段として使用されます。一部の装置では、 建物のパッシブ冷却に関する取り組み — ポンプは夏の冷房と冬の暖房の両方に使用されます。
環境エネルギーを燃料として利用するこのようなヒーターは空気、水、地下水などから熱を抽出するため、この装置は再生可能エネルギー源に分類されます。
重要! このようなポンプを操作するには、 電力網への接続。
すべての暖房器具には 蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁熱源によって、水、空気、その他の機器が区別されます。動作原理は冷蔵庫の動作原理と非常に似ています(冷蔵庫が熱風を放出し、ポンプが熱を吸収する点が異なります)。
ほとんどのデバイスは正の温度と負の温度の両方で動作しますが、デバイスの効率は外部条件に直接依存します (つまり、周囲温度が高いほど、デバイスの性能は高くなります)。 一般的に、このデバイスは 次のように動作します。
- ヒートポンプ 周囲の状況と接触する通常、このデバイスは地面、空気、または水(デバイスの種類によって異なります)から熱を抽出します。
- 装置内部に特殊な蒸発器を内蔵しています。冷媒が充填されています。
- 外部環境と接触すると 冷媒は沸騰して蒸発します。
- その後 冷媒は蒸気の形でコンプレッサーに入ります。
- そこで縮む - これのおかげで 彼の体温は著しく上昇します。
- その後、加熱されたガスが暖房システムに入ります。これにより、建物の暖房に使用される主な冷媒が加熱されます。
- 冷媒は少しずつ冷えていきます。 最後には液体に戻ります。
- その後、液体冷媒は特別なバルブに入ります、気温が大幅に下がります。
- 最後に冷媒は蒸発器に戻ります。その後、加熱サイクルが繰り返されます。
写真1. 地下水ヒートポンプの動作原理。冷たい熱媒体は青、熱い熱媒体は赤で示されています。
利点:
- 環境に優しい。 このような装置は再生可能エネルギー源とみなされており、排出物によって大気を汚染することはありません(一方、天然ガスを使用する場合は有害な温室効果ガスが生成され、電力生産には石炭の燃焼が使用されることが多く、これも大気を汚染します)。
- ガスの良い代替品です。 ヒートポンプは、何らかの理由でガスの使用が難しい場合(例えば、家が主要な公共事業網から遠く離れている場合など)の暖房に最適です。また、ヒートポンプはガス暖房に比べて、設置に国の許可を必要としないという利点もあります(ただし、深井戸を掘削する場合は、許可が必要です)。
- 安価な追加熱源ポンプは安価な補助動力源として最適です(冬場はガスを使用し、春と秋場はポンプを使用するのが最適です)。
欠点:
- 水ポンプ使用時の熱制限すべての暖房機器はプラス温度では正常に機能しますが、マイナス温度では多くのポンプが動作を停止します。これは主に、水が凍結し、熱源として使用できなくなるためです。
- 水を熱として使用する装置では問題が発生する可能性があります。 暖房に水を使用する場合は、安定した水源を見つける必要があります。多くの場合、そのためには井戸を掘る必要があり、装置の設置コストが増加する可能性があります。
注意! ポンプは通常 ガスボイラーの5~10倍高価したがって、コスト削減を目的としてこのようなデバイスを使用することは、場合によっては非現実的である可能性があります (ポンプの費用を回収するには数年かかります)。
主な種類とその動作原理
すべてのヒートポンプはエネルギー源がそれぞれ異なります。 主なデバイスクラス: 土-水、水-水、空気-水、空気-空気。
最初の単語は熱源を示します。、A 2 番目は、デバイス内で何に変換されるかを意味します。
例えば、土壌水分計の場合 地中から熱を抽出し、お湯に変換します暖房システムのヒーターとして使用されるヒートポンプです。以下では、暖房用のヒートポンプの種類について詳しく見ていきます。
土壌水
地下水型施設 特殊なタービンやコレクターを使用して地面から直接熱を取り出すこの場合、熱源は地中であり、地中からフロンが加熱されます。フロンが凝縮器タンク内の水を加熱します。その後、フロンが冷却されてポンプの入口に戻り、加熱された水は主暖房システムの冷却剤として使用されます。
液体加熱サイクル ポンプがネットワークから電力を受け取っている限り継続します。 経済的な観点から最も高価な方法は土壌水法です。タービンとコレクターを設置するには、深い井戸を掘るか、広い土地にわたって土壌の位置を変更する必要があるためです。
水水
技術的な特徴によれば、水対水ポンプは 地下水クラスのデバイスに非常に似ている 唯一の違いは、この場合、主な熱源として土ではなく水が使用されることです。熱源は 地下水と様々な貯水池からの水の両方。
写真 2. 水冷式ヒートポンプの構造の設置:特殊なパイプが貯水槽に沈められています。
水から水への装置 大幅に安い 地中水ポンプは、設置に深い井戸を掘る必要がないため、
参照。 水ポンプを作動させるには、最も近い水域にいくつかのパイプを浸すだけで十分です。 稼働には井戸を掘る必要はありません。
空気と水
空対水ユニット 環境から直接熱を受け取ります。 このような装置は、熱を集めるための大型の外部集熱器を必要とせず、街中の空気を利用してフロンを加熱します。加熱されたフロンが水に熱を放出し、温水がパイプを通って暖房システムに供給されます。 このタイプのデバイスは非常に安価です。ポンプの動作には高価なマニホールドを必要としないためです。
空気
空気対空気ユニットは環境から直接熱を受け取り、その動作には 外部マニホールドは不要温かい空気と接触すると、フレオンは熱くなり、次にポンプ内の空気を加熱します。そして、この空気は室内に放出され、 局所的に気温が上昇します。 このタイプのデバイスは、高価なマニホールドを設置する必要がないため、非常に安価です。
写真3. 空気対空気ヒートポンプの動作原理。35度の熱媒体が暖房用ラジエーターに入ります。
暖房システムの計算表
特定の暖房機器のパワーを示す主な指標は CPTパラメータ (英語文献では略語で知られている 警官)。CPT - 熱変換係数これは、機器の総電力を単位時間あたりの消費電力で割ることで算出されます。例えば、あるポンプXは 2kW/時 電気エネルギーを生成し、 5kW/時 熱エネルギー - この場合は値 CPT = 5/2 = 2.5。
ほとんどのデバイスの変換係数は範囲内です 3から7まで、 しかし CPT が高くなるほど、デバイスの価格も高くなります。 また、CPT値は周囲温度に依存することを覚えておく必要があります。周囲温度が低すぎると、CPT値は 1を目指す (実際、冷媒を加熱するためには電気のみが使用され、外部の熱は建物の暖房には利用されません)。
写真 4: メーカー Sapun の空気-水ヒートポンプの電力計算表。
特定のポンプの使用は、工学的な観点から正当化される必要があります。機器を購入するには、まず建物の熱損失を計算する必要があります。計算には以下の式が使用されます。 CT = (OZ * MTP * KS)/860。 解読すると次のようになります。
- 熱量 (測定単位 - kW/時)。
- オズ — 建物の総容積。
- MTP — 最大温度差。この数値を求めるには、室内温度から屋外温度を引いてください。例えば、冬の室内温度は 20℃、 路上では、マークの隣に位置します -10℃ - その場合 MTP = 20 - (-10) = 30。
- KS — 壁の種類を考慮した特別な補正係数。木造の場合、KS指標は次の式に等しくなります。 3~4ユニットレンガの壁用 - 2-32層のレンガの場合 - 1-2レンガ用 2層 断熱材付き - 0.5〜1。
- 860番 — キロカロリーをキロワット時間に変換するために最終値を割る補正係数。
注意! これ 式 - 近似値建物の温度環境は設計特性に大きく左右されるため、エンジニアは購入時に「余裕のある」ヒートポンプの購入を推奨しています。
ヒートポンプの設置
デバイスの設置方法は、デバイスの種類とモデル、および地形の特徴によって異なります。 見てみましょう シンプルな地中熱水ヒートポンプの設置例:
- まず、準備作業が行われるこの段階では、地下水位の測定、送電網の電力の決定などが行われ、段階の最後に、計画に従って井戸が掘られます。
写真 5. 地中熱水ヒートポンプの設置:あらかじめ掘った井戸に特殊なパイプを挿入します。
- その後 地熱プローブが掘削孔に降ろされる地中から熱を抽出します。この段階で、冷媒が入った蒸発器も設置され、熱をコンプレッサーに伝達します。
- 今それをインストールする必要があります。 通常、この装置は家の近くの部屋に設置され、コンプレッサーエリアは通常 1平方メートル未満 したがって、原則として、このような装置は小さな部屋に設置されます。
- これが起こった後 繋がり ポンプ パイプを使用して家の暖房ネットワークに最終段階では、 試運転欠陥が検出された場合はデバッグが実行されます。
役に立つビデオ
地中熱ヒートポンプの仕組みを説明するビデオをご覧ください。
安全性とエコロジー
ヒートポンプは、補助熱源として建物を暖房するのに最適な優れた装置です。
この場合、環境資源が燃料として使用されるので、ヒートポンプ 再生可能エネルギー源と考えられています。
主な利点は安全性と環境への配慮です動作にはガスや石炭の燃焼は使用されないからです。
このような装置 人間や環境に害を与えないしかし、それは賢明に使われるべきです。なぜなら 場合によっては このデバイスの お勧めできないかもしれない 工学的または経済的観点から。
コメント
ヒートポンプを使っている私の友人は皆とても満足しています。