Bơm nhiệt không khí: nguyên lý hoạt động, thiết bị, lựa chọn và tính toán

Bạn có muốn trang bị hệ thống sưởi đối lưu trong nhà, nơi sử dụng bơm nhiệt không khí để làm nóng chất làm mát, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí sưởi ấm? Đồng ý rằng việc sưởi ấm hoàn toàn trong một công ty bằng nước nóng là gần như miễn phí - một sự kiện rất hấp dẫn.

Nhưng bạn không biết cách xây dựng một hệ thống như vậy để sưởi ấm cơ sở theo cách khác và lấy nước nóng cho nhu cầu trong nước?

Chúng tôi sẽ giúp giải quyết vấn đề này - bài viết nêu bật nguyên tắc hoạt động và thiết kế của máy bơm. Năng lượng của một hệ thống như vậy sẽ chỉ được sử dụng cho hoạt động của máy nén và phần lớn nhiệt sẽ được lấy từ đường phố từ bầu khí quyển mà chúng ta không cần tiền.

Những lợi thế của việc thực hiện trong hệ thống và những nhược điểm đáng kể cũng được xem xét. Đặc biệt chú ý đến việc lựa chọn và tính toán của máy bơm.

Và để những người yêu thích tự làm mọi thứ, chúng tôi đề nghị tự chế tạo một chiếc máy bơm như vậy bằng vật liệu ngẫu hứng. Chúng tôi cung cấp các tài liệu ảnh và đề xuất video về thiết kế và vận hành máy bơm nhiệt để giúp đỡ.

Đặc tính bơm nhiệt không khí

Bất kỳ máy bơm nhiệt đều đề cập đến thiết bị trong phạm vi năng lượng thay thế. Anh ta lấy năng lượng nhiệt của các khối không khí trên đường phố, từ không gian xung quanh trong phòng, để làm ấm nó với các vật thể dân cư và không dân cư.

Không có nhiên liệu dễ cháy được sử dụng.

Bơm nhiệt bên ngoài (TN) không khí tương tự như một máy điều hòa không khí biến tần, hệ thống phân chia từ khối bên ngoài và bên trong.

Và theo nguyên tắc hành động, nó trông giống tủ lạnh hơn, nó chỉ hoạt động ngược lại. Nhưng không giống như cả hai, máy bơm nhiệt này có khả năng làm mát và sưởi ấm các khối không khí trong nhà.

Máy bơm nhiệt lấy năng lượng nhiệt cấp thấp từ khí quyển từ đường phố và làm nóng không khí trong phòng với nhiệt độ dễ chịu

Nguyên tắc hoạt động và sắp xếp nội bộ

Một hiện tượng vật lý đơn giản của nhiệt động lực học là nền tảng của hoạt động của bơm nhiệt không khí - một chất lỏng làm mát bề mặt mà nó bị phân tán trong quá trình bay hơi. Ví dụ, hơi nước trên một cốc trà nóng cho thấy hiệu quả tương tự.

Một tủ lạnh thông thường cũng hoạt động theo nguyên tắc này. Bên trong nó là các ống mà chất làm lạnh lưu thông dưới áp suất cao. Nó lấy nhiệt từ bên trong tủ đông, hơi nóng lên cùng một lúc.

Sau đó, nhiệt thu được được truyền vào không khí trong phòng thông qua bộ trao đổi nhiệt (lưới phía sau tủ lạnh).

Vào mùa đông, máy bơm nhiệt không khí làm nóng không khí trong phòng, và vào mùa hè, nó có thể làm mát nó

Và để sau khi chất làm lạnh nguội đến nhiệt độ hoạt động, nó được nén trong máy nén. Và trong chu trình làm việc, freon bên trong hệ thống máy nén-ngưng tụ-bay hơi liên tục thay đổi từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng và ngược lại.

Các bơm nhiệt không khí hoạt động chính xác theo cùng một cách. Anh ta chỉ lấy nhiệt từ đường phố, và không phải từ một tủ đông kín. Ngay cả khi trời có băng giá, vẫn có rất nhiều năng lượng nhiệt trong khí quyển.

Để sản xuất nhiệt, bơm nhiệt chỉ cần năng lượng dành cho máy nén. Sơ đồ cho thấy chi tiết quá trình truyền nhiệt

Bơm nhiệt không khí bao gồm các yếu tố sau:

• máy nén khí;
• Thiết bị bay hơi có máy thổi khí cưỡng bức;
• van mở rộng;
• ống đồng để bơm freon giữa đường phố và ngôi nhà;
• một bình ngưng có quạt để cung cấp không khí nóng cho phòng.

Ba yếu tố đầu tiên tạo nên bộ phận bên ngoài và cuối cùng là phần bên trong của bơm nhiệt. Các ống đồng cách nhiệt được thiết kế để di chuyển liên tục chất làm mát giữa các mô-đun của hệ thống phân tách.

Sự chuyển động của freon trong bơm nhiệt xảy ra trong một vòng luẩn quẩn, do đó nó liên tục co lại và giãn ra

Thuật toán vận hành bơm nhiệt không khí như sau:

1. Không khí đường phố được quạt hút vào dàn nóng và được dẫn qua vây của thiết bị bay hơi bên ngoài. Các freon lưu thông qua bộ trao đổi nhiệt sẽ hấp thụ năng lượng nhiệt trong nó, biến thành trạng thái khí.
2. Sau đó khí đi vào bình ngưng, nơi nó được nén. Và sau đó nó được bơm qua các ống đồng đến dàn lạnh.
3. Trong thiết bị ngưng tụ đặt trong nhà, khí truyền trở lại vào chất lỏng, truyền nhiệt cho không khí trong nhà.
4. Sau đó, áp suất vượt quá được thông qua bằng van giãn nở, và freon lỏng lại được gửi đến thiết bị bay hơi chính.

Nhiệt độ của freon đi vào đơn vị bên ngoài luôn thấp hơn nhiệt độ môi trường. Do đó, nó luôn lấy nhiệt từ khí quyển.

Nhưng mức độ làm mát của thang máy của chất làm mát trong hệ thống là không đổi và nhiệt độ bên ngoài liên tục dao động. Vì lý do này, trong sương giá nghiêm trọng, VT mất hiệu quả.

Chu kỳ chuyển động của chất mang nhiệt của bơm nhiệt không khí: 1. nó được nén bởi máy nén, 2. ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt, trong khi tỏa nhiệt, 3. đi vào bộ trao đổi nhiệt bên ngoài dưới dạng chất lỏng, 4. nó bay hơi ở đó, thu năng lượng nhiệt của môi trường bên ngoài trong quá trình bay hơi, 5 trở lại tụ điện một lần nữa

Để tăng sức mạnh của bơm nhiệt, các bề mặt của bình ngưng và thiết bị bay hơi được làm càng lớn càng tốt. Và để hoạt động không bị gián đoạn trong mùa đông, bộ trao đổi nhiệt ngoài trời được trang bị hệ thống rã đông riêng.

Ưu và nhược điểm của máy bơm nhiệt không khí

Mỗi hệ thống kỹ thuật phức tạp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phát tờ rơi là một chuyện, nhưng trong thực tế, chủ sở hữu máy bơm nhiệt có nguy cơ gặp phải một số vấn đề nhất định.

Các nhà máy sưởi ấm / làm mát không khí có lợi cho một số lý do.

Những ưu điểm chính bao gồm:

• Quốc tế. Hệ thống cho phép bạn sưởi ấm và làm mát phòng tùy thuộc vào mục đích của căn phòng, nhu cầu và mùa khí hậu.
• Thân thiện với môi trường. Họ làm cho nó có thể từ bỏ hoàn toàn việc đốt khí đốt tự nhiên, than, củi, vv, làm tắc nghẽn môi trường tự nhiên với các sản phẩm đốt.
• Dễ dàng cài đặt. Không khó để lắp ráp một hệ thống các thành phần sản xuất của nhà máy. Bạn có thể tự chế tạo một máy bơm nhiệt từ phương tiện ngẫu hứng.
• An toàn cháy nổ. Quá trình tạo nhiệt không liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu. Ngay cả các vi phạm trong hoạt động cài đặt sẽ không thể gây ra hỏa hoạn.
• Lợi nhuận. Chúng bị thu hút bởi hệ số truyền nhiệt cao với chi phí tối thiểu (chúng tạo ra 4 nhiệt5 kW cho mỗi 1 kW điện năng tiêu thụ). Ngoài ra, họ nhanh chóng trả hết.
• Giá cả phải chăng. Chi phí của các hệ thống sản xuất tại nhà máy cho phép bạn mua một máy bơm nhiệt cho hầu hết mọi người. Tự cài đặt sẽ gần như miễn phí.
• Thuận tiện cho hoạt động. Thiết bị kỹ thuật tinh vi nhất trong hệ thống là máy nén khí, việc bảo trì rất khó đối phó. Với tải trọng điển hình của bơm nhiệt, máy nén hiếm khi bị hỏng trước thời gian hứa của nhà sản xuất.

Đối với tổ chức sưởi ấm trong một phòng là đủ cài đặt hệ thống phân chiabằng cách treo một mô-đun bên ngoài trên mặt tiền, và một đối lưu trên tường bên trong. Để sưởi ấm một số phòng sẽ phải trang bị các kênh phân phối không khí nóng.

Đối với mỗi kilowatt điện năng tiêu thụ, bơm nhiệt cung cấp tới năm kilowatt năng lượng nhiệt

Tất cả các điều khiển của bơm nhiệt không khí được thực hiện bằng tự động hóa tích hợp. Đặc biệt chú ý sẽ không được trả cho hoạt động và cấu hình của hệ thống này. Nó sẽ chỉ cần thiết để làm sạch bộ lọc không khí thường xuyên và đôi khi thay đổi chúng.

Trong số các mặt tiêu cực của bơm nhiệt là:

• mặc dù một nền tảng nhẹ, nhưng vẫn ồn ào;
• sự phụ thuộc trực tiếp của hiệu quả hệ thống vào nhiệt độ bên ngoài;
• tăng tiêu thụ điện năng trong thời tiết lạnh trên đường phố;
• bụi liên tục treo trong không khí do quạt hoạt động liên tục và đối lưu không khí trong phòng;
• phụ thuộc vào nguồn điện (để hoạt động không bị gián đoạn, cần có máy phát điện).

Ở nhiệt độ bên ngoài đến -10 ° C, mọi thứ đều hoạt động tốt, nhiệt lượng được lấy từ đường phố đủ để tạo điều kiện thoải mái trong nhà. Nhưng với việc làm mát hơn nữa, hiệu quả của bơm giảm mạnh.

Nếu ngôi nhà được xây dựng trong một khu vực có khí hậu lạnh và sương giá nghiêm trọng vào mùa đông, thì bạn không thể làm gì nếu không có lò hơi hoặc lò sưởi bổ sung.

Trong điều kiện khí hậu ấm áp, máy bơm nhiệt không khí có thể dễ dàng đối phó với các nhiệm vụ làm nóng nhà riêng, nhưng trong sương giá nghiêm trọng, một nguồn nhiệt bổ sung sẽ không gây hại

Dành cho thiết bị sưởi ấm không khí hệ thống như vậy phù hợp hoàn hảo. Tiêu thụ năng lượng tối thiểu, nỗ lực cài đặt và các vấn đề bảo trì. Nhưng họ không thể làm nóng nước.Để làm điều này, bạn sẽ phải cài đặt thêm một nồi hơi hoặc kết nối với các mạng tập trung.

Bơm nhiệt không khí là cách tốt nhất để làm nóng các tòa nhà làm bằng gỗ hoặc SIW. Các tòa nhà như vậy có tổn thất nhiệt thấp, có đủ công suất bơm không khí để sưởi ấm.

Vào mùa hè, máy bơm nhiệt không khí có thể được sử dụng để làm nóng nước hồ bơi

Sự khác biệt chính từ điều hòa

Bên ngoài, bơm nhiệt không khí tương tự như một máy điều hòa không khí trong nước. Nhưng nó có các tính năng thiết kế đặc biệt và thông số kỹ thuật riêng của nó.

Thiết bị đầu tiên được sử dụng làm nguồn sưởi ấm chính, hoạt động quanh năm. Và thứ hai là dành cho không khí làm mát trong cái nóng mùa hè.

Chức năng chính của bơm nhiệt là sưởi ấm. Tuy nhiên, nhiều mô hình cũng có thể làm mát không khí phòng. Nhưng trong chế độ hoạt động này, chúng kém hơn đáng kể so với điều hòa không khí về hiệu quả năng lượng. Đây là một trường hợp cực đoan của việc sử dụng chúng.

Về ngoại hình, điều hòa không khí và VT không khí tương tự nhau, nhưng có mục đích và đặc điểm hoạt động hoàn toàn khác nhau.

Mặt khác, nhiều điều hòa không khí có thể làm nóng không khí trong nhà. Nhưng đồng thời họ tiêu thụ nhiều bơm nhiệt hơn. Mỗi thiết bị có mục đích riêng.

Việc sử dụng máy sưởi không khí chủ yếu là một sự chuyển đổi sang các nguồn năng lượng tái tạo.

Các hệ thống này có hiệu quả kinh tế, mặc dù đầu tư ban đầu lớn. Giảm hóa đơn sưởi ấm thanh toán tất cả các chi phí trả trước.

Lựa chọn và tính toán bơm nhiệt

Một máy bơm nhiệt không khí sẽ chỉ có hiệu quả nếu nó được chọn chính xác. Cần phải tính toán sức mạnh của nó trước, tùy thuộc vào hình vuông của ngôi nhà. Và chỉ sau đó nhìn vào giá của các nhà sản xuất khác nhau.

Trong các tính toán, hệ số hiệu quả năng lượng của COP được sử dụng (tỷ lệ công suất của VT so với năng lượng được sử dụng).

Trong điều kiện nhà kính của người Viking, nó thường đạt tới 4 điểm5 và các mẫu hiện đại nhất lên tới 7 chiếc8. Tuy nhiên, khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống -15 Nhiệt20 °, chỉ báo này giảm mạnh xuống chỉ còn hai.

Máy bơm nhiệt cho năng suất tối ưu để sưởi ấm ở nhiệt độ ngoài trời -10 ... + 10 độ C, do đó, nó cần tới năng lượng nhiệt từ đường phố

Tại tính toán sưởi ấm không khí phải được xem xét:

• cách nhiệt và cách ly phòng;
• diện tích phòng;
• số lượng cư dân trong nhà tranh;
• điều kiện khí hậu chung của khu vực mà ngôi nhà đứng

Đối với hầu hết các gia đình, cần khoảng mười kW công suất bơm nhiệt cho mỗi mười mét vuông. Nhưng mọi thứ ở đây khá độc đoán. Nếu trần nhà trên 2,7 m hoặc các bức tường và cửa sổ được cách nhiệt kém, thì sẽ cần nhiều nhiệt hơn.

Có rất nhiều nhà sản xuất máy bơm nhiệt không khí ở châu Á và châu Âu.

Đánh giá tốt có hệ thống từ Daikin, Dimplex, Máy in, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Người vận chuyển, Aertec, Panasonic và Toshiba. Hầu như tất cả các mô hình của họ đều thích nghi với điều kiện hoạt động trong nước và đã chứng minh bản thân tốt.

Ngay cả khi điện áp giảm, chúng không bị vỡ, tiếp tục hoạt động bình thường sau khi bật điện.

Giá máy bơm nhiệt chạy không khí khác nhau trong khoảng từ 90 đến 450 nghìn rúp. Ở đây rất nhiều không chỉ phụ thuộc vào năng lực của đơn vị, mà còn phụ thuộc vào chức năng bổ sung và quốc gia sản xuất.

Các mô hình riêng biệt bổ sung:

• bộ lọc để làm sạch và khử trùng không khí;
• máy sưởi dự phòng;
• máy phát điện;
• Mô-đun GSM để điều khiển hệ thống;
• ion hóa và ozon hóa.

Thực tế cho thấy rằng trong sương giá dưới -15 ° C trong các phòng được làm nóng chỉ bằng một máy bơm không khí nhiệt, nó trở nên mát mẻ. Và không có lò sưởi bổ sung, sự thoải mái trong phòng thực sự không có mùi.

Tuy nhiên, ở các khu vực phía Nam nơi có sương giá như vậy là rất hiếm, VT khá hiệu quả và biện minh cho số tiền chi tiêu nhiều hơn là do tiết kiệm năng lượng.

Tự làm từ tủ lạnh cũ

Rất khó để lắp ráp một máy bơm nhiệt không khí từ máy nén và bình ngưng riêng bằng tay của bạn mà không có đủ kiến ​​thức kỹ thuật chuyên ngành. Nhưng đối với một căn phòng nhỏ hoặc nhà kính, bạn có thể sử dụng tủ lạnh cũ.

Máy bơm nhiệt không khí đơn giản nhất có thể được chế tạo từ tủ lạnh bằng cách mở rộng ống dẫn khí ra khỏi đường phố và treo quạt trên vỉ nướng phía sau của bộ trao đổi nhiệt

Để làm điều này, tạo hai lỗ ở cửa trước của tủ lạnh. Thông qua lần đầu tiên, không khí đường phố sẽ đi vào tủ đông, và qua tầng thứ hai thấp hơn, nó sẽ được đưa trở lại đường phố.

Đồng thời, trong quá trình đi qua buồng bên trong, nó sẽ cung cấp một phần nhiệt lượng trong nó để giải phóng.

Bạn cũng có thể chỉ cần làm lạnh máy vào tường bằng một cánh cửa mở ra bên ngoài và bộ trao đổi nhiệt ở phía sau phòng. Nhưng nên nhớ rằng sức mạnh của một lò sưởi như vậy sẽ nhỏ, và nó tiêu thụ rất nhiều điện.

Không khí trong nhà được làm nóng từ bộ trao đổi nhiệt ở mặt sau của tủ lạnh. Tuy nhiên, một máy bơm nhiệt như vậy chỉ có thể hoạt động ở nhiệt độ ngoài trời ít nhất là cộng thêm năm độ C.

Thiết bị gia dụng này được thiết kế để chỉ sử dụng trong nhà.

Trong một ngôi nhà lớn, hệ thống sưởi ấm không khí sẽ phải được bổ sung các ống dẫn khí phân phối không khí ấm đều khắp các cơ sở

Lắp đặt máy bơm nhiệt không khí cực kỳ đơn giản. Cần phải cài đặt các khối bên ngoài và bên trong, sau đó kết nối chúng lại với nhau bằng một mạch với chất làm mát.

Phần đầu tiên của hệ thống được lắp đặt trên đường phố: trực tiếp trên mặt tiền, trên mái nhà hoặc bên cạnh tòa nhà. Cái thứ hai trong nhà có thể được đặt trên trần hoặc tường.

Nên lắp đặt dàn nóng cách lối vào nhà tranh vài mét và cách xa cửa sổ, đừng quên tiếng ồn do quạt tạo ra.

Và cái bên trong được đặt để luồng không khí ấm từ nó lan tỏa khắp phòng.

Nếu bạn có kế hoạch sưởi ấm một ngôi nhà với nhiều phòng ở các tầng khác nhau bằng máy bơm nhiệt không khí, bạn sẽ phải trang bị hệ thống ống thông gió với xả thải cưỡng bức.

Trong trường hợp này, tốt hơn là đặt hàng dự án từ một kỹ sư có thẩm quyền, nếu không, sức mạnh TN có thể không đủ cho tất cả các phòng.

Đồng hồ và thiết bị bảo vệ phải chịu được tải trọng cực đại do bơm nhiệt tạo ra. Với việc làm mát mạnh bên ngoài cửa sổ, máy nén bắt đầu tiêu thụ điện nhiều lần hơn bình thường.

Tốt nhất là một máy sưởi không khí như vậy để đặt một đường cung cấp riêng từ bảng phân phối.

Cần chú ý đặc biệt đến việc lắp đặt ống Freon. Ngay cả các phoi nhỏ nhất bên trong cũng có thể làm hỏng thiết bị máy nén.

Ở đây bạn không thể làm gì nếu không có kỹ năng hàn đồng. Chất làm lạnh tiếp nhiên liệu nói chung nên được giao cho một chuyên gia để tránh các vấn đề sau này với rò rỉ của nó.

Hướng dẫn từng bước để chế tạo bơm nhiệt từ tủ lạnh được mô tả trong bài viết này.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Nguyên lý hoạt động của hệ thống chia không khí tách đôi:

Máy bơm nhiệt không khí trong hệ thống sưởi ấm của một ngôi nhà hai tầng:

Điều hòa biến tần hoặc bơm nhiệt - cái nào tốt hơn?

Máy bơm nhiệt không khí là thiết bị hiệu quả cao. Chúng dễ bảo trì, dễ vận hành và tiết kiệm.

Hiện đang được bán là một loại lớn các hệ thống tương tự, cho bất kỳ ngôi nhà nào bạn có thể chọn lắp đặt hệ thống sưởi. Chỉ cần tính toán chính xác sức mạnh của nó, sau đó nó sẽ phục vụ hiệu quả trong nhiều năm.

Bạn nghĩ gì về hiệu quả và tính khả thi của việc sử dụng máy bơm nhiệt không khí? Chia sẻ ý kiến ​​của bạn, để lại phản hồi về việc sử dụng các đơn vị và đặt câu hỏi. Mẫu bình luận nằm bên dưới.