この秋、ヒートポンプとその暖房用途に関するネットワークの悪化が見られる カントリーハウスそしてダーチャ。 私が自分の手で建てたカントリーハウスには、2013年からそのようなヒートポンプが設置されています。 外気温-25℃まで暖房効果を発揮する準業務用エアコンです。 これは、総面積72平方メートルの平屋建てのカントリーハウスのメインで唯一の暖房装置です。
2. 背景について簡単に思い出させてください。 4 年前、6 エーカーの土地を園芸提携会社から購入しました。 労働力、現代的なエネルギー効率の高いシステムを構築 別荘。 この家の目的は、自然の中にあるセカンドアパートです。 一年中ですが、そうではありません 連続運転。 シンプルなエンジニアリングとともに最大限の自律性が必要でした。 SNT が位置する地域には主要なガスがないため、それに頼るべきではありません。 残ったものは固体として輸入されるか、 液体燃料しかし、これらのシステムはすべて複雑なインフラストラクチャを必要とし、その建設とメンテナンスのコストは電気による直接加熱に匹敵します。 したがって、電気加熱という選択はすでに部分的に事前に決定されていました。 しかし、ここで第二のものが発生します。 大事なポイント：ガーデニングパートナーシップにおける電力容量の制限、およびかなり高い電気料金（当時は「田舎の」料金ではありませんでした）。 実際、このサイトには 5 kW の電力が割り当てられています。 唯一の出口このような状況では、ヒートポンプを使用すると、電気エネルギーを熱に直接変換する場合と比較して、暖房費を約 2.5 ～ 3 倍節約できます。
それでは、ヒートポンプの話に移りましょう。 どこから熱を奪い、どこから熱を放出するかが異なります。 熱力学の法則からわかる重要な点（8 年生） 高校) - ヒートポンプは熱を生成するのではなく、熱を伝達します。 そのため、その ECO (エネルギー変換係数) は常に 1 より大きくなります (つまり、ヒート ポンプはネットワークから消費するよりも多くの熱を常に放出します)。
ヒートポンプの分類は「水－水」、「水－空気」、「空気－空気」、「空気－水」となります。 左記式中の「水」とは、地中や貯水池にあるパイプを通って循環する液体冷媒から熱を奪うことを意味します。 このようなシステムの有効性は、実際には季節や周囲温度とは無関係ですが、高価で労働集約的な掘削作業が必要であり、また、地上熱交換器を敷設するための十分な空きスペースの利用可能性も必要です（その後、その上に熱交換器が設置されます）。夏は土壌が凍結するため、何も成長するのが困難になります）。 右記式中の「水」は建物内の暖房回路を指します。 これは、ラジエーターシステムまたは液体加熱床のいずれかです。 このようなシステムには、建物内での複雑なエンジニアリング作業も必要ですが、利点もあります。このようなヒートポンプの助けを借りて、家の中にお湯を得ることができます。
しかし、最も興味深いカテゴリは空対空ヒートポンプのカテゴリです。 実際、これらは最も一般的なエアコンです。 暖房のために働いている間、彼らは街の空気から熱を取り出し、それを家の中にある空気熱交換器に伝えます。 いくつかの欠点 (量産モデルは摂氏 -30 度以下の周囲温度では動作できない) にもかかわらず、大きな利点があります。このようなヒート ポンプは設置が非常に簡単で、コストは対流器や電気ボイラーを使用した従来の電気加熱に匹敵します。
3. これらの検討に基づいて、三菱重工製ダクト形準業務用エアコンの型式 FDUM71VNX を選定しました。 2013年秋の時点で、2つのブロック（外部と内部）で構成されるセットの価格は12万ルーブルでした。
4. 室外機は家の北側のファサードの最も風が当たらない場所に設置します（これは重要です）。
5. 室内ユニットはホールの天井裏に設置されており、そこからフレキシブルで遮音性の高いエアダクトを介して、家の中のすべての居住空間に温風が供給されます。
6. なぜなら 空気供給は天井の下にあります（石造りの家では床の近くに熱風供給を組織することは絶対に不可能です）、空気を床に取り込む必要があることは明らかです。 これを行うために、特別なダクトを使用して、空気取り入れ口を廊下の床まで下げました（すべて 室内ドア下部にはオーバーフローグリルも設置されています）。 動作モードは 1 時間あたり 900 立方メートルの空気で、一定の安定した循環により、家のどの部分でも床と天井の空気温度にまったく差がありません。 正確に言うとその差は1℃で、使用時よりもさらに小さくなります。 壁対流器窓の下（窓があると床と天井の温度差が5度に達することがあります）。
7. それ以外にも 室内機強力なインペラにより、エアコンは再循環モードで家の周りに大量の空気を移動させることができます。 新鮮な空気家の中。 したがって、暖房システムは換気システムとしても機能します。 別の空気通路を通じて、通りから新鮮な空気が家に供給され、必要に応じて自動化とダクト加熱要素を使用して（寒い季節には）加熱されます。
8. 熱風は、次のようなグリルを通して分配されます。 リビングルーム。 家には白熱灯が1つもなく、LEDのみが使用されているという事実にも注意を払う価値があります（この点は重要ですので、覚えておいてください）。
9. 排出された「汚れた」空気は、バスルームとキッチンの排気フードを通して家から除去されます。 お湯いつものように用意されている 貯湯式給湯器。 一般的に、これはかなり大きな経費項目です。 井戸水は非常に冷たく（季節によって異なりますが摂氏+4度から+10度）、使用できることに合理的に気づく人もいるでしょう。 ソーラーコレクター水を加熱するため。 はい、できますが、インフラストラクチャへの投資コストは、このお金で 10 年間電気で水を直接加熱できるほど高額です。
10. そしてこちらが「つUP」です。 空気熱源ヒートポンプの主制御盤および主制御盤。 さまざまなタイマーと簡単な自動化が備わっていますが、使用するモードは換気 (暖かい季節) と暖房 (寒い季節) の 2 つだけです。 建てられた家は非常にエネルギー効率が良いことが判明したため、その中のエアコンは本来の目的である暑い家を冷やすために一度も使用されませんでした。 これに大きな役割を果たした LED照明（熱伝達がゼロになる傾向があります）、そして非常に高品質の断熱材（冗談ではありません。屋根に芝生を設置した後、この夏は家の暖房にヒートポンプを使用する必要さえありました。毎日の平均気温が低い日でも）気温は摂氏+17度を下回りました）。 家の温度は、人の有無に関係なく、一年中少なくとも摂氏 + 16 度に維持され (家に人がいる場合、温度は摂氏 + 22 度に設定されます)、電源がオフになることはありません。 強制換気（私は怠け者なので）。
11. 2013 年の秋に技術的な電力メーターが設置されました。 それはちょうど3年前のことです。 電気エネルギーの平均年間消費量は 7000 kWh であると計算するのは簡単です (実際、最初の 1 年は仕上げ作業中に除湿器を使用したため消費量が多かったので、実際にはこの数字はわずかに減少しています)。
12. 工場出荷時の設定では、エアコンは摂氏 -20 度以上の周囲温度で暖房が可能です。 もっと連携するには 低温改善が必要です（実際、屋外であれば-10℃の温度でも動作中に問題になります） 高湿度) - ドレンパンへの加熱ケーブルの取り付け。 これは、外部ユニットの霜取りサイクル後に液体の水がドレンパンから出る時間を確保するために必要です。 これを行う時間がない場合、氷が鍋の中で凍り、その後ファンでフレームが圧迫され、おそらくフレームのブレードが折れる可能性があります（壊れたブレードの写真を見ることができます）インターネットで、加熱ケーブルをすぐに接続しなかったため、私自身がこれに遭遇するところでした）。
13. 上で述べたように、家のあらゆる場所で LED 照明のみが使用されています。 これは部屋の空調に関して重要です。 持っていきましょう スタンダードルーム、ランプが 2 つ、それぞれに 4 つあります。 50 ワットの白熱電球の場合、合計 400 ワットを消費しますが、LED 電球の消費電力は 40 ワット未満です。 そして、物理学の授業で知っているように、すべてのエネルギーは最終的には熱に変わります。 つまり、白熱灯は中出力のヒーターとして非常に優れています。
14. 次に、ヒートポンプの仕組みについて話しましょう。 彼がやっているのはただ耐えることだけだ 熱エネルギーある場所から別の場所へ。 これは冷蔵庫が動作するのと同じ原理です。 冷蔵室から部屋に熱を伝えます。
とても良いなぞなぞがあります。冷蔵庫の電源をコンセントにつないだままにしておくと、部屋の温度はどう変化しますか？ ドアが開いた状態? 正解は、部屋の温度が上がることです。 理解しやすくするために、これは次のように説明できます。部屋は閉回路であり、電気は配線を通じてそこに流れ込みます。 ご存知のとおり、エネルギーは最終的に熱に変わります。 電気が外部から閉回路に入り、その中に残るため、部屋の温度が上昇するのはそのためです。
ちょっとした理論。 熱は、温度差により 2 つのシステム間で伝達されるエネルギーの一種です。 この場合、熱エネルギーは温度の高い場所から温度の低い場所へ移動します。 これは自然なプロセスです。 熱伝導率により熱伝達が可能となり、 熱放射または対流によって。
物質の凝集には 3 つの古典的な状態があり、それらの間の変化は温度または圧力の変化の結果として実行されます: 固体、液体、気体。
凝集状態を変化させるには、体は熱エネルギーを受け取るか、熱エネルギーを放出する必要があります。
融解（固体から液体への転移）の際、熱エネルギーが吸収されます。
蒸発（液体から気体状態への移行）中に、熱エネルギーが吸収されます。
凝縮（気体状態から液体状態への移行）中に、熱エネルギーが放出されます。
結晶化（液体から固体状態への移行）中に、熱エネルギーが放出されます。
ヒート ポンプは、蒸発と凝縮という 2 つの遷移モードを使用します。つまり、液体または気体の状態にある物質を使用して動作します。
15. R410a 冷媒はヒートポンプ回路の作動流体として使用されます。 極低温で沸騰（液体から気体に変化）するハイドロフルオロカーボンです。 つまり、摂氏48.5度の温度です。 つまり、普通の水であれば、 大気圧摂氏+100度の温度で沸騰するのに対し、フレオンR410aはほぼ150度低い温度で沸騰します。 しかも、強力な マイナスの温度.
ヒートポンプで使用される冷媒のこの性質です。 圧力と温度を具体的に測定することで、必要な特性を与えることができます。 熱の吸収を伴う周囲温度での蒸発、または温度での凝縮のいずれかになります。 環境放熱付き。
16. ヒートポンプ回路は次のようになります。 その主なコンポーネントは、コンプレッサー、エバポレーター、膨張弁、凝縮器です。 冷媒はヒートポンプの閉回路内を循環し、液体から気体へ、またその逆に凝集状態を交互に変化させます。 熱を伝え、伝達するのは冷媒です。 回路内の圧力は大気圧に比べて常に過剰です。
使い方？
コンプレッサーは冷たい冷媒ガスを吸い込みます 低圧エバポレーターから出てきます。 コンプレッサーで高圧で圧縮します。 温度が上昇します（コンプレッサーからの熱も冷媒に加わります）。 この段階でガス状の冷媒が得られます。 高圧そして高温。
この形で、凝縮器に入り、より冷たい空気が吹き込まれます。 過熱した冷媒は熱を空気中に放出し、凝縮します。 この段階では、冷媒は高圧かつ平均温度の液体状態にあります。
その後、冷媒は膨張弁に入ります。 冷媒が占める体積の膨張により圧力が急激に低下します。 圧力の低下により冷媒の部分蒸発が生じ、その結果、冷媒の温度が周囲温度よりも低下します。
蒸発器では、冷媒の圧力が低下し続け、さらに蒸発し、このプロセスに必要な熱が暖かい外気から奪われ、冷却されます。
完全にガス状になった冷媒はコンプレッサーに戻され、サイクルが完了します。
17. もっと簡単に説明してみます。 冷媒はすでに摂氏 -48.5 度で沸騰しています。 つまり、比較的高い周囲温度では、 過圧そして蒸発の過程で環境（つまり街の空気）から熱を奪います。 低温冷蔵庫で使用される冷媒は沸点がさらに低く、摂氏マイナス100度までありますが、圧力が非常に高いため、暑い部屋を冷やすヒートポンプの動作には使用できません。 高温環境。 R410a 冷媒は、エアコンの暖房と冷房の両方の機能のバランスをとる役割を果たします。
ちなみに、これはソ連で撮影され、ヒートポンプがどのように機能するかを伝える優れたドキュメンタリーです。 お勧めします。
18. どのエアコンでも暖房に使用できますか? いいえ、誰でもというわけではありません。 ほとんどすべての最新のエアコンは R410a フレオンで動作しますが、他の特性も同様に重要です。 まず、エアコンには四方弁が必要です。これにより、いわば「逆」に切り替えることができます。つまり、凝縮器と蒸発器を入れ替えることができます。 次に、コンプレッサー (右下にあります) は断熱ケーシング内にあり、 電気加熱クランクケース これは、コンプレッサー内のオイル温度を常にプラスに維持するために必要です。 実際、周囲温度が摂氏 +5 度未満の場合、エアコンはオフの場合でも 70 ワットの電気エネルギーを消費します。 2つ目の最も重要な点は、エアコンがインバーターであることです。 つまり、コンプレッサーとインペラ電気モーターの両方が動作中に性能を変更できなければなりません。 これにより、ヒートポンプが暖房に効果的に機能します。 外気温-5℃以下。
ご存知のとおり、暖房運転時の蒸発器である室外機の熱交換器では、周囲からの熱を吸収して冷媒の集中的な蒸発が起こります。 しかし、街中の空気中には気体の状態の水蒸気が存在しており、これが蒸発器上で凝縮したり結晶化したりすることがあります。 急激な減少温度（街路の空気がその熱を冷媒に与える）。 また、熱交換器が極度に凍結すると除熱効率の低下につながります。 つまり、周囲温度が低下すると、蒸発器の表面で最も効果的に熱を除去するために、コンプレッサーとインペラの両方を「減速」する必要があります。
理想的な暖房専用ヒートポンプは、外部熱交換器（蒸発器）の表面積が内部熱交換器（凝縮器）の表面積よりも数倍大きい必要があります。 実際には、ヒートポンプが暖房と冷房の両方に機能しなければならないという同じバランスに戻ります。
20. 左側では、外部熱交換器が 2 つのセクションを除いてほぼ完全に霜で覆われているのがわかります。 上部の凍結していないセクションでは、フロンはまだかなり高い圧力を持っているため、環境からの熱を吸収しながら効果的に蒸発することができませんが、下部のセクションではすでに過熱されており、外部からの熱を吸収できなくなります。 。 そして、右側の写真は、なぜ室外機のエアコンユニットが陸屋根の視界から隠れずにファサードに設置されたのかという質問に答えています。 寒い時期だからこそドレンパンから水を抜く必要があるのです。 この水を屋根から排水することは、死角から排水するよりもはるかに困難です。
すでに書きましたが、外気温が氷点下の暖房運転中はエバポレーターが作動しています。 外部ユニット凍ると、街路の空気からの水がその上で結晶化します。 冷凍蒸発器の効率は著しく低下しますが、エアコンの電子機器は 自動モード熱除去の効率を制御し、ヒートポンプを定期的に除霜モードに切り替えます。 本質的に、デフロストモードは直接空調モードです。 つまり、部屋から熱が取り出され、外部の凍った熱交換器に伝えられ、その上の氷が溶けます。 このとき、室内機のファンは最低回転数で動作し、室内の通風ダクトから冷たい空気が流れます。 霜取りサイクルは通常 5 分間続き、45 ～ 50 分ごとに行われます。 ハウスの熱慣性が高いため、霜取り中に不快感を感じません。
21. このヒートポンプモデルの暖房性能の表を次に示します。 公称エネルギー消費量は 2 kW (電流 10A) 強で、熱伝達の範囲は、外気温 -20 度で 4 kW、外気温 +7 度で 8 kW であることを思い出してください。 つまり、変換係数は 2 ～ 4 です。これは、電気エネルギーを熱に直接変換する場合と比較して、ヒート ポンプによってエネルギーを何倍節約できるかということです。
ところで、もう一つ興味深い点があります。 エアコンの寿命は、暖房運転時の方が冷房運転時の数倍になります。
22. 昨年の秋、私は Smappee 電力量計を設置しました。これにより、毎月のエネルギー消費統計を管理し、測定値を多かれ少なかれ便利に視覚化できるようになります。
23. Smappee はちょうど 1 年前、2015 年 9 月末にインストールされました。 また、電気エネルギーのコストも表示しようとしますが、これは手動で設定された料金表に基づいています。 そして、重要な点があります。ご存知のとおり、私たちは電気料金を年に 2 回値上げします。 つまり、提示された測定期間中に、料金は 3 回変更されました。 したがって、コストには注目せず、消費されるエネルギー量を計算します。
実際、Smappee には消費グラフの視覚化に問題があります。 たとえば、左側の最も短い列は 2015 年 9 月の消費量 (117 kWh) です。 開発者に問題が発生し、何らかの理由でその年の画面には 12 列ではなく 11 列が表示されます。 ただし、総消費量の数値は正確に計算されます。
つまり、2015年末の4か月（9月を含む）で1957kWh、2016年1月から9月までの全体で4623kWhとなります。 つまり、合計 6580 kWh がすべての生命維持に費やされました。 カントリーハウス、人の存在に関係なく、一年中加熱されました。 思い出してもらいたいのですが、今年の夏、初めて暖房にヒートポンプを使わなければなりませんでしたが、3年間稼働してきた中で一度も夏に冷房として機能しませんでした（もちろん、自動霜取りサイクルを除いて）。 。 モスクワ地域の現在の料金表によると、これはルーブル換算で年間 2 万ルーブル未満、または月あたり約 1,700 ルーブル未満です。 この金額には、暖房、換気、給湯、ストーブ、冷蔵庫、照明、電子機器、電化製品が含まれることを思い出してください。 つまり、モスクワの同じ規模のアパートの月額家賃よりも実際には2倍安いということです（もちろん、維持費や大規模修繕費は考慮していません）。
24. ここで、私の場合、ヒートポンプによってどれだけのお金が節約されたかを計算してみましょう。 電気ボイラーとラジエーターを例にして、電気暖房を比較します。 2013年秋にヒートポンプが設置された時点の危機前の価格で計算してみます。 現在、ルーブル為替レートの崩壊によりヒートポンプはより高価になり、すべての機器は輸入されています（ヒートポンプの生産のリーダーは日本です）。
電気加熱:
電気ボイラー - 5万ルーブル
パイプ、ラジエーター、継手など -さらに3万ルーブル。 合計8万ルーブルの材料。
ヒートポンプ：
ダクトエアコンMHI FDUM71VNXVF（外部ユニットおよび内部ユニット） - 12万ルーブル。
エアダクト、アダプター、断熱材など -さらに3万ルーブル。 材料の合計は15万ルーブルです。
自分でインストールしますが、どちらの場合でも時間はほぼ同じです。 電気ボイラーと比較したヒートポンプの「過剰支払い」総額：7万ルーブル。
しかし、それだけではありません。 空気加熱ヒートポンプの助けを借りて、これは同時に、暖かい季節の空調（つまり、まだ空調を設置する必要がありますよね？つまり、少なくともさらに4万ルーブル追加されることになります）と換気（現代の密閉された住宅では必須、少なくともさらに2万ルーブル）。
私たちには何があるでしょうか？ 複合施設での「過払い」はわずか1万ルーブルです。 これはまだ暖房システムを稼働させる段階にすぎません。
そして手術が始まります。 上にも書きましたが、厳冬期の換算係数は2.5、閑散期や夏場は3.5～4程度と考えられます。 年間平均 COP を 3 とします。住宅では年間 6,500 kWh の電気エネルギーが消費されることを思い出してください。 これは、すべての電化製品の消費量の合計です。 計算を簡単にするために、ヒートポンプがこの量の半分だけを消費するという最小値を採用します。つまり3000kWhです。 同時に、平均して年間 9,000 kWh の熱エネルギーを供給しました (6,000 kWh は路上から「持ち込まれました」)。
1 kWh の電気エネルギーのコストが 4.5 ルーブルであると仮定して、転送されたエネルギーをルーブルに変換してみましょう (モスクワ地域の平均昼夜料金)。 稼働初年度だけで、電気暖房に比べて 27,000 ルーブルの節約が得られます。 システムを運用する段階での差はわずか1万ルーブルであったことを思い出してください。 つまり、すでに運用の最初の年で、ヒートポンプのおかげで17,000ルーブルを節約できました。 つまり、運用初年度で元が取れたのです。 同時に、これはそうではないことを思い出させてください。 永住、その場合、節約はさらに大きくなります。
しかし、エアコンのことを忘れないでください。特に私の場合、私が建てた家が過剰に断熱されていることが判明したため、エアコンは必要ありませんでした（使用されていますが） 単層壁追加の断熱材を含まない気泡コンクリートで作られており、夏の太陽の下でも熱くなりません。 つまり、見積もりから4万ルーブルを削除します。 私たちには何があるでしょうか？ この場合、ヒートポンプの節約を開始したのは、運用の 1 年目からではなく、2 年目からでした。 それは大きな違いではありません。
しかし、水から水へのヒートポンプ、さらには空気から水へのヒートポンプを採用した場合、推定値はまったく異なるものになります。 これが、空対空ヒートポンプが市場で最高の価格/効率比を誇る理由です。
25. 最後に、電気について少しお話します。 暖房器具。 私はあらゆる種類の赤外線ヒーターや酸素を燃やさないナノテクノロジーについての質問に悩まされました。 簡潔に要点を絞ってお答えします。 どれでも 電気ヒーター効率は 100% です。つまり、すべての電気エネルギーが熱エネルギーに変換されます。 実はこれは誰にでも当てはまります 電気製品、電球でさえ、ソケットから受け取った熱量とまったく同じ量の熱を発生します。 について話したら 赤外線ヒーター、その場合、それらの利点は、空気ではなく物体を加熱することです。 したがって、それらの最も合理的な使用法は加熱です。 オープンベランダカフェでもバス停でも。 空気加熱をバイパスして、熱を物体/人に直接伝える必要がある場合。 酸素の燃焼についても同様の話です。 広告パンフレットのどこかでこのフレーズを見たら、メーカーが購入者をカモにしていることがわかるはずです。 燃焼は酸化反応であり、酸素は酸化剤です。つまり、酸素自体は燃えることができません。 つまり、これはすべて学校の物理の授業をさぼった素人の戯言です。
26. エネルギーを節約するための別のオプション 電気加熱（直接変換かヒートポンプの使用かは関係ありません）建物の外壁（または特別な蓄熱器）の熱容量を利用して、安価な夜間電気料金を使用しながら熱を蓄積します。 これはまさに私がこの冬実験することです。 私の意見では 予備計算（建物はすでに住宅として登録されているため、来月には地方の電気料金を支払うことになるという事実を考慮に入れて）電気料金が値上げされたにもかかわらず、 来年私は家の維持費として2万ルーブル未満を支払います（消費されたすべての費用に対して） 電気エネルギー暖房、給湯、換気、電化製品など、家の中に人がいるかどうかに関係なく、家の温度が一年中約 18 ～ 20 度に保たれるという事実を考慮して）。
結果はどうなりましたか?低温空気対空気エアコンの形式のヒートポンプは最も単純であり、 手頃な方法暖房の節約は、電力に制限がある場合には二重に重要になります。 私は設置された暖房システムに完全に満足しており、その動作に不快感を感じていません。 モスクワ地域の状況では、空気熱源ヒートポンプの使用は完全に正当化され、遅くとも2〜3年以内に投資を回収することができます。
ちなみに、私は Instagram もやっていて、ほぼリアルタイムで仕事の進捗状況を公開していることを忘れないでください。
空気水ヒートポンプは外部環境のエネルギーを熱に変換し、暖房します。 内部空間。 つまり、この装置を使用すると、家や建物を通常の空気で「暖房」できます。 さらに、空気は火室で燃焼せず、カロリーを消費するだけです。 複合単位– このエネルギーを室内に輸送し、暖房システムに伝達するヒートポンプ。
同意します、エネルギーを使ったそのような操作は魔法に似ています。 しかし、このタイプのヒートポンプには素晴らしい点は何もありません。 そしてこの記事では、そのようなユニットの動作原理と設計について見ていきます。
空気ヒートポンプの動作図は、冷蔵庫またはエアコンからコピーされます。
- 低カロリーのエネルギー媒体（空気）は、蒸発器（ヒートトラップ）と凝縮器（熱エミッタ）を接続する循環回路に注入された冷媒を沸騰させます。
- 凝縮器では、冷媒蒸気が異なる凝集状態 (液体) に変化し、加熱システムにエネルギーを放出します。
- この後、液体冷媒は再び蒸発器に送られ、そこで蒸気になります。 そしてすべてが最初から始まります。
つまり、作品は同じものを使用しています 逆の原理カルノーですが、設置の主要部分は、周囲の空間から熱を蓄積する蒸発器ではなく、蓄積されたカロリーを消費者に転送する凝縮器です。
|
|
同時に、設備の周期的動作は特別なコンプレッサーによって確保され、回路内に冷媒を送り出すだけでなく圧縮することで、凝縮器への熱伝達が増加します。 ただし、これが設置の唯一の電源ユニットではありません。ヒートポンプには、蒸発器に吹き付けるかなり強力なファンが装備されています。
熱を消費するのは、室内の空気を加熱する対流器か、「暖床」システムやその他の大きな面積のラジエーターです。
ただし、標準のバッテリーでは、ヒートファンはあまり効率的に動作しません。
さらに、凝縮器を備えた対流器は屋内に設置され、ファンを備えた蒸発器は屋外、ファサード、または換気システムの排気分岐路の内部に設置されます。
空気熱源ヒートポンプのメリットとデメリット
空気/水ヒートポンプのレビューは良いものと悪いものの両方があります。 結局のところ、このデバイスには、否定できない利点がすべてありますが、いくつかの欠点がないわけではありません。
さらに、次のような利点もあります。
- 第一に、このようなユニットは設置が簡単です。 結局のところ、蒸発器に近い一次回路では、どちらも 発掘、水域もありません。
- 第二に、空気はどこにでもありますが、個人所有の土地は都市の郊外にのみあり、人工または天然の貯水池の場合はさらに問題が発生します。 したがって、暖房用の空気ヒートポンプは、規制当局の許可を得ることなく、都市環境でも設置することができます。
- 第三に、エアポンプを換気システムと組み合わせることができ、ユニットの電力を利用して室内の空気交換の効率を高めます。
さらに、このようなポンプはほぼ静かに動作し、プログラムも簡単です。
避けられない欠点は、次のリストの形式で示すことができます。
- ユニットの効率は周囲温度に依存します。 したがって、夏のデバイスの効率は夏よりも高くなります。 冬時間.
- エアポンプは、比較的穏やかな霜が降りたときにのみオンにできます。 さらに、マイナス7℃では家庭用の空気ポンプは作動しなくなります。 それでも 産業単位-25℃でも点灯します。
さらに、エアポンプは完全に自律型の発電所ではありません。 ユニットは電力を消費し、1 kW/時を 11 ～ 14 MJ に変換します。
DIY エアヒートポンプ: 組み立て図
かなり複雑な地熱システムや熱水システムとは異なり、空気から水へのヒートポンプは自分でも製造できます。
また、制作にあたっては、 エアシステム次の部品とアセンブリで構成される比較的安価なセットが必要になります。
- スプリットシステムコンプレッサー - 以下で購入できます。 サービスセンターまたは修理工場で
- 100リットルのステンレスタンク - 古い洗濯機から取り外し可能
- 広い首を持つポリマー容器 - 通常の缶またはポリプロピレンで十分です。
- 流径1ミリメートルを超える銅管。 これらを購入する必要がありますが、プロジェクト全体で高価な買い物はこれだけです。
- ドレンバルブ、エア抜きバルブ、安全バルブを含む遮断バルブと制御バルブのセット。
- 固定要素 - ブラケット、パイプクリップ、クランプなど。
さらに、最も安価な冷媒、フロン、少なくとも 最も単純なブロックコンプレッサーの動作を蒸発器と凝縮器の表面温度と同期させる必要があるため、これがなければヒートポンプの使用は非常に困難になります。
ユニットの組み立て
さて、組み立てプロセス自体は次のようになります。
- から 銅管コイルを作りますが、その寸法はスチールタンクの断面と高さに対応する必要があります。
- コイルをタンクに取り付け、銅パイプの出口を外側に残します。 次に、タンクを密閉し、入口（底部）と出口（上部）の取り付け金具を取り付けます。 その結果、直接加熱パイプ（上部フィッティング）と戻りパイプ（下部フィッティング）用の既製の出口を備えたシステムの最初の要素である凝縮器が得られます。
- コンプレッサーを壁に取り付けます（ブラケットを使用）。 コンプレッサー圧力フィッティングを銅パイプの上部出口に接続します。
- 銅パイプから2番目のコイルを作ります。その寸法は次のとおりです。 断面そしてポリマー缶の高さ。
- コイルを缶に取り付け、コイルの端に空気を送り込むファンを取り付けます。 また、缶からコンセントが2つ出ているはずです。 その結果、システムの蒸発器を表すこの構造全体がファサードまたは換気シャフトに取り付けられます。
- このパイプラインに制御チョークを切断することにより、タンクの下部出口 (凝縮器) を缶の下部出口 (蒸発器) に接続します。
- 缶の上部出口をコンプレッサーの吸入管に接続します。
基本的にはそれだけです。 空気熱源ヒートポンプの動作原理を利用したシステムはほぼ完成している。 あとはコンプレッサーに冷媒を充填し、スロットルバルブをコントロールユニットに接続するだけです。
ヒートポンプによる空気加熱: 設置電力の計算
ヒートポンプの出力は、冷媒の量、蒸発器と凝縮器のコイルの表面積、暖房システムへの予期される熱伝達量など、多くの要因によって決まります。 したがって、ほとんどの場合、電力計算は次のように実行されます。 特別番組、他の入力データを考慮します。
簡略化された形式では、これらのプログラムはオンラインの「計算機」として設計されており、次のパラメータを入力するためのオープンフィールドがあります。
- 部屋の面積と天井の高さ - これらは体積の計算に使用されます。
- 建物が位置する地域 - このパラメータは年間平均気温を決定し、蒸発器の性能に影響します。
- タスクの断熱度 - このパラメータを使用して、暖房システムの予想される「カロリー量」が決定されます。
最終段階では、最後の 2 つのパラメータが、部屋の容積に乗算される係数に変換されます。 このような操作の結果として得られた数値は、ポンプ出力と加熱された容積を関連付けた表の値と比較されます。
その結果、面積100平方メートルの家を暖房するには、原則として5キロワットのヒートポンプが必要で、面積が350平方メートルの家であることがわかりました。 平方メートル 28kWのポンプで加熱可能です。
空気ヒートポンプ: ユニットのメンテナンスの微妙な違い
空気から水へのヒートポンプは、部分的に分解/組み立てするだけで、特別なメンテナンスは必要ありません。
システムの動作を維持するには、所有者は次の操作を実行するだけで済みます。
- エバポレーターのファンとグリルに詰まったゴミ（木の葉、ほこりなど）を定期的に掃除してください。
- コンプレッサーの定期的な注油は、製造元が提供する図に従って実行されます。
- パワーユニット（コンプレッサー、ファン）のオイルを交換します。
- 銅冷媒配管の健全性を定期的にチェックし、 電力ケーブル、コンプレッサーとファンに電力を供給します。
家に冷蔵庫やエアコンがありますが、ヒートポンプの動作原理がそれらに実装されていることを知っている人はほとんどいません。
ヒートポンプによって供給される電力の約 80% は、周囲の熱から放散熱として供給されます。 日射。 このポンプは単に道路から家に水を「汲み上げる」だけです。 ヒートポンプの動作は冷蔵庫の動作原理に似ていますが、熱の伝達方向が異なります。
簡単に言えば…
ミネラルウォーターのボトルを冷やすには、冷蔵庫に入れます。 冷蔵庫はボトルから熱エネルギーの一部を「取り出し」、エネルギー保存の法則に従って、それをどこかに移動して配らなければなりません。 冷蔵庫は、通常後壁にあるラジエーターに熱を伝えます。 同時にラジエーターも発熱し、その熱を室内に放出します。 実は、部屋を暖めてくれるのです。 これは、室内で複数の冷蔵庫の電源が入っている夏の小さなミニマーケットで特に顕著です。
ぜひ想像力を膨らませてください。 冷蔵庫に常に温かいものを入れ、それを冷やすことで部屋の空気を温めるとします。 「極限」へ行こう…冷蔵庫を置いてみよう 窓の開口部冷凍庫のドアが外側に開いている状態。 冷蔵庫のラジエーターは屋内に設置されます。 運転中、冷蔵庫は外の空気を冷却し、「取り込んだ」熱を室内に伝えます。 これがヒートポンプの仕組みであり、環境から分散した熱を取り出して室内に伝達します。
ポンプはどこから熱を得るのですか？
ヒートポンプの動作原理は、環境からの自然の低ポテンシャル熱源の「利用」に基づいています。
それらは次のとおりです。
- まさに外気。
- 水域（湖、海、川）の暖かさ。
- 地熱、 地下水(熱および自噴)。
ヒートポンプとそれを備えた暖房システムはどのように機能しますか?
ヒートポンプは、2つの回路と3番目の回路、つまりポンプ自体のシステムで構成される加熱システムに統合されています。 不凍冷媒が外部回路に沿って循環し、周囲の空間から熱を吸収します。
ヒートポンプ、より正確にはその蒸発器に入ると、冷却剤は平均 4 ～ 7 °C の温度をヒートポンプ冷媒に放出します。 そして沸点は-10℃です。 その結果、冷媒は沸騰して気体状態になります。 すでに冷却された外部回路の冷却剤は、システム内の次の「ターン」に進み、温度を設定します。
ヒートポンプの機能回路には次のものが含まれます。
- 蒸発器。
- コンプレッサー（電動）;
- 毛細管;
- コンデンサー。
- 冷媒;
- サーモスタット制御装置。
プロセスはこんな感じです！
蒸発器内で「沸騰」した冷媒は、パイプラインを通って電気で駆動されるコンプレッサーに供給されます。 この「働き者」はガス状の冷媒を高圧に圧縮し、それに応じて温度の上昇をもたらします。
高温になったガスは、凝縮器と呼ばれる別の熱交換器に入ります。 ここで、冷媒の熱は室内空気または冷媒に伝達され、暖房システムの内部回路を循環します。
冷媒は冷えると同時に液体になります。 次に、毛管減圧弁を通過し、そこで圧力が「失われ」、蒸発器に戻ります。
サイクルは終了し、繰り返す準備ができています。
設備の暖房出力の概算計算
1 時間以内に、最大 2.5 ～ 3 m 3 の冷却剤がポンプを介して外部コレクターを通過し、地球はこれを Δt = 5 ～ 7 °C 加熱することができます。
このような回路の熱電力を計算するには、次の式を使用します。
Q = (T_1 - T_2)*V_heat
V_熱 - 体積流量 1 時間あたりの冷却剤 (m^3/時間)。
T_1 - T_2 - 入口と入口間の温度差 (°C)。
ヒートポンプの種類
ヒートポンプは、使用される放熱の種類に応じて次のように分類されます。
- 地下水（閉じた地表等高線または深部地熱探査を使用し、 水系暖房）;
- 水-水（地下水の取水と排出には開放井戸を使用します - 外部輪郭はループ状ではありません） 内部システム加熱 - 水);
- 水-空気（外部の水回路と加熱システムの使用） エアー式);
- （住宅用の空気暖房システムを備えた外部空気塊からの放散熱の使用）。
ヒートポンプの利点と利点
費用対効果が高い。 ヒートポンプの動作原理は熱エネルギーの生成ではなく、熱エネルギーの伝達（輸送）に基づいているため、その効率は 1 より大きいと言えます。 何というナンセンスですか？ - ヒートポンプの話題には、熱変換係数 (HCT) という値が含まれています。 このパラメータによって、類似したタイプのユニットが相互に比較されます。 その物理的な意味は、受け取った熱量とそのために消費されたエネルギー量の比率を示すことです。 たとえば、KPT = 4.8 の場合、ポンプによって消費される 1 kW の電力により、4.8 kW の熱を無料で、つまり自然から無料で得ることができます。
アプリケーションの普遍性。 アクセス可能な電力線がない場合でも、ヒートポンプ コンプレッサーはディーゼル ドライブによって電力を供給できます。 そして、「自然」熱は地球のあらゆる場所で利用可能です。ヒートポンプは「飢えた」ままになることはありません。
環境に優しい使用。 ヒートポンプには燃焼生成物が存在せず、エネルギー消費が低いため、発電所の「稼働」が減り、発電所からの有害な排出が間接的に削減されます。 ヒートポンプに使用される冷媒はオゾンに優しく、クロロカーボンを含みません。
双方向動作モード。 ヒートポンプを使用すると、冬は部屋を暖房し、夏は冷房することができます。 室内から取り入れた「熱」は、プールや給湯器のお湯を沸かすなど有効活用できます。
操作上の安全性。 ヒートポンプの動作原理では、危険なプロセスは考慮されません。 不在 火人体に有害な有害な排出物が存在する一方で、冷媒の温度が低いため、ヒートポンプは「無害」だが有用な家庭用電化製品となります。
操作の微妙な違い
ヒートポンプの動作原理を効果的に使用するには、次のいくつかの条件を遵守する必要があります。
- 暖房される部屋は十分に断熱されている必要があります（熱損失は最大 100 W/m2）。そうでない場合は、通りから熱を奪うことになり、自己負担で通りを暖房することになります。
- ヒートポンプは低温暖房システムに有益です。 床暖房システム (35 ～ 40 °C) はこれらの基準に完全に適合します。 熱変換係数は入出力回路の温度比に大きく依存します。
言われたことをまとめてみましょう！
ヒートポンプの動作原理の本質は、熱の生産ではなく、熱の伝達にあります。 これにより、高い熱エネルギー変換係数 (3 ～ 5) を得ることができます。 簡単に言うと、1 kW の電気が使用されるごとに、3 ～ 5 kW の熱が家に「伝達」されます。 他に言うべきことはありますか?
読了時間: 7 分。
ヒートポンプという用語は、熱エネルギーを蓄積するように設計された一連のユニットを意味します。 さまざまな情報源環境に存在し、このエネルギーが消費者に伝達されます。
たとえば、そのような発生源には、下水道ライザー、さまざまな大規模産業からの廃棄物、さまざまな発電所からの運転中に発生する熱などが考えられます。 その結果、ソースは次のようになります。 さまざまな環境そして体温が1度を超える遺体。
ヒートポンプの目的は、水、土、または空気の自然エネルギーを消費者のニーズに合わせて熱エネルギーに変換することです。 この種のエネルギーは常に自己再生するため、無限のエネルギー源と考えることができます。
住宅暖房用ヒートポンプの動作原理
ヒートポンプの動作原理は、物体や媒体がその熱エネルギーを他の同様の物体や媒体に伝達する能力に基づいています。 この特徴に基づいて彼らは区別します 異なる種類ヒートポンプには、エネルギーの供給者とその受信者が存在する必要があります。
ポンプの名前では、最初に熱エネルギーの源が示され、次にエネルギーが伝達される媒体の種類が示されます。
各家庭用暖房ヒートポンプの設計には 4 つの主要な要素があります。
- フロンを沸騰させて発生する蒸気の圧力と温度を高めるように設計されたコンプレッサー。
- 蒸発器。フレオンが液体状態から気体状態に変化するタンクです。
- 凝縮器では、冷媒が熱エネルギーを内部回路に伝達します。
- スロットル バルブは、蒸発器に入る冷媒の量を制御します。
空気-空気タイプのヒートポンプは、熱エネルギーが外部環境 (大気) から取得され、キャリアと空気に伝達されることを意味します。
空対空ヒートポンプの動作原理 このシステムの動作原理は、次の物理現象に基づいています。つまり、液体状態の媒体が蒸発し、蒸発する場所の表面の温度が下がります。
わかりやすくするために、動作図を簡単に見てみましょう。 冷凍庫冷蔵庫。 冷凍機のチューブ内を循環するフロンは冷凍機から熱を奪い、それ自体が発熱します。 その後、そこに集められた熱は次のように伝達されます。 外部環境（つまり、冷蔵庫がある部屋）。 その後、コンプレッサーで圧縮された冷媒が再び冷却され、サイクルが継続します。 空気熱源ヒートポンプは同じ原理で動作し、街路の空気から熱を取り出して家を暖めます。
ユニットの設計は次の部分で構成されます。
- 外部ポンプユニットは、コンプレッサー、ファン付きエバポレーター、膨張弁で構成されています。
- 断熱銅管でフロンを循環
- ファンが付いているコンデンサー。 すでに加熱された空気を敷地内に分散させるのに役立ちます。
住宅を暖房するときに空気熱源ヒートポンプが動作すると、次のプロセスが一定の順序で発生します。
- ファンによって、通りからの空気が装置に引き込まれ、外部の蒸発器を通過します。 システム内を循環するフロンは、街路空気からすべての熱エネルギーを収集します。 その結果、液体状態から気体状態に変化します。
- その後、ガス状のフロンは凝縮器で圧縮され、室内機に入ります。
- その後、気体は液体状態に変わり、蓄積された熱を室内の空気に放出します。 このプロセスは、屋内にある凝縮器で行われます。
- 過剰な圧力は膨張弁を通過し、液体状態のフロンは新しい循環に送られます。
フロンは街路空気の温度が常に低いため、常に街路空気から熱エネルギーを奪います。 例外は、外にひどい霜が降りているときです。 このような状況では、ヒートポンプの効率が低下します。
ユニットの出力を高めるために、凝縮器と蒸発器の表面積が最大化されます。
あらゆる複雑なデバイスと同様に、空気熱源ヒートポンプにも長所と短所があります。 利点の中で、強調する価値があるのは次のとおりです。
1. 必要に応じて、ユニットは家の暖房温度を上げたり下げたりできます。
2.ポンプ このタイプの環境を汚染しません 有害な製品燃料の燃焼。
3. デバイスの取り付けは簡単です。
4. エアーポンプは火災に対して完全に安全です。
5. ポンプの熱伝達率はエネルギーコストに比べて非常に高い（消費電力1kW当たり4～5kWの熱が発生する）。
6. 価格もお手頃です。
7. このデバイスは使いやすいです。
8. システムは自動的に制御されます。
空気システムの欠点は言及する価値があります。
1. 装置の動作時にわずかなノイズが発生します。
2. デバイスの有効性は周囲温度によって異なります。
3. 外気温が低いと、電力消費量が増加します。 (-10度以下)
4. システムは完全に電力の利用可能性に依存しています。 この問題は自律発電機を導入することで解決できます。
5. エアポンプでは水を加熱できません。
一般に、空対空機器は暖房に最適です。 木造住宅、材料の特性により、自然熱損失が軽減されます。
選ぶ前に 空気ポンプ次の重要な点を確認する価値があります。
- 敷地の断熱性を示すインジケーター。
- 全部屋の面積
- 民家に住んでいる人の数
- 気候条件
ほとんどの場合、10平方メートルです。 部屋の m あたりのデバイス電力は約 0.7 kW に相当します。
家庭用給湯用ヒートポンプ。
住み着くとき 暖房システム個人宅では、水対水システムが適しています。 さらに、住居も提供できるようになる お湯。 さまざまな水域が自然熱源として適しています。 地下水等
水-水ポンプの動作は、さまざまな要因の影響下での物質の凝集状態の変化（液体から気体、またはその逆）により、熱エネルギーの放出または吸収が生じるという法則に基づいています。
地球の深層では依然としてプラスの温度が維持されているため、このタイプのポンプは周囲温度が低い場合でも家の暖房に使用できます。
水-水ヒートポンプの動作原理は次のとおりです。
- 特殊なポンプで水を送り出す 銅管からのシステム 外部ソースインストールに。
- 装置内では、環境からの水が冷媒（フロン）に作用し、その沸点は+2〜+3度です。 水の熱エネルギーの一部がフロンに変換されます。
- コンプレッサーは冷媒ガスを吸い込んで圧縮します。 このプロセスの結果、冷媒の温度はさらに上昇します。
- 次に、フロンは凝縮器に送られ、そこで水を必要な温度（40〜80度）に加熱します。 加熱された水は暖房システムのパイプラインに入ります。 ここでフロンは液体状態に戻り、サイクルが再び始まります。
給水装置は50〜150平方メートルの面積の家を暖房するために使用されることは注目に値します。
ヒートポンプ水水：動作原理 このクラスのデバイスを選択するときは、特定の条件に注意する必要があります。
- エネルギー源として、100メートル以内の距離にある開いた貯水池を優先する必要があります（パイプの設置が簡単です）。さらに、より北部の地域では、貯水池の深さは少なくとも3メートルである必要があります。この深さでは通常、水は凍りません)。 水に供給されるパイプは断熱する必要があります。
- 水の硬度はポンプの動作に大きく影響します。 すべてのモデルが高い剛性レベルで機能できるわけではありません。 そのため、デバイスを購入する前に水のサンプルが採取され、得られた結果に基づいてポンプが選択されます。
- 演算の種類に基づいて、ユニットは 1 価と 2 価に分類されます。 前者は（出力が高いため）主な熱源として優れた役割を果たします。 後者は追加の加熱源として機能します。
- ポンプの出力が増加すると効率が向上しますが、同時に消費電力も増加します。
- デバイスの追加機能。 例：防音住宅、給湯機能 家庭のニーズ, 自動運転や。。など。
- 計算用 必要な電力デバイスは、敷地の総面積に0.07 kW（1平方メートルあたりのエネルギーインジケーター）を掛ける必要があります。 この式は、高さ 2.7 m 以下の標準的な部屋に当てはまります。
