気候

ヒートポンプ暖房システム

現時点で家を暖房する最も一般的な方法は、暖房ボイラー(ガス、固形燃料、ディーゼル、そしてそれほど頻繁ではない)を使用することです。しかし、そのような単純であると同時にヒートポンプのようなハイテクシステムは、広く普及しておらず、無駄です。すべてを事前に計算する方法を愛し、知っている人にとって、彼らの利点は明らかです。暖房用ヒートポンプは、かけがえのない天然資源を燃焼させません。これは、環境保護の観点からだけでなく、毎年高価になるため、エネルギー資源を節約するという観点からも非常に重要です。また、ヒートポンプを利用することで、部屋を暖めるだけでなく、家庭のニーズに合わせてお湯を温めたり、夏の暑さで部屋を整えたりすることができます。.

ヒートポンプのしくみ

ヒートポンプの動作原理についてもう少し詳しく見ていきましょう。冷蔵庫の仕組みを覚えておいてください。その中に置かれた製品の熱はポンプで排出され、後壁にあるラジエーターに放出されます。タッチするだけで簡単に確認できます。家庭用エアコンにも同様の原理があります。部屋から熱を排出し、建物の外壁にあるラジエーターに放出します。.

ヒートポンプ、冷蔵庫、エアコンの動作はカルノーサイクルに基づいています.

ヒートポンプのしくみ

ヒートポンプが作動するには電気が必要です。しかし、これは電気ヒーターだけを使用するよりもはるかに有益です。電気ボイラーや電気ヒーターは、熱を放出するのとまったく同じ量の電気を消費するためです。たとえば、ヒーターに2 kWの電力が書き込まれている場合、1時間あたり2 kWを消費し、2kWの熱を生成します。ヒートポンプは、電気を消費するよりも3〜7倍の熱を生成します。たとえば、コンプレッサーとポンプの運転には5.5 kW / hが使用され、17 kW / hの熱が得られます。ヒートポンプの主な利点は、この高効率です。.

「ヒートポンプ」暖房システムの長所と短所

ヒートポンプはそれほど革新的でハイテクな発明ではないという事実にもかかわらず、ヒートポンプには多くの伝説や誤解があります。ヒートポンプの助けを借りて、米国のすべての「暖かい」州、事実上すべてのヨーロッパと日本で、技術がほぼ理想的かつ長い間研究されてきました。ちなみに、そのような機器が純粋に外国の技術であり、ごく最近私たちに来たとは思わないでください。実際、ソ連でも、そのようなユニットは実験施設で使用されていました。この例は、ヤルタ市のDruzhba療養所です。 「鶏の足の小屋」を彷彿とさせる未来的な建築に加えて、この療養所は、20世紀の80年代から産業用ヒートポンプが使用されてきたという事実でも有名です。熱源は近くの海であり、ポンプ場自体が療養所のすべての敷地を加熱するだけでなく、温水を供給し、プール内の水を加熱し、暑い時期にそれを冷却します。それでは、神話を払拭して、このように家を暖めることが理にかなっているかどうかを判断してみましょう。.

ヒートポンプ暖房システムの利点:

  • 省エネ。ガスとディーゼル燃料の価格上昇に関連して、非常に関連する利点。 「月々の費用」の列には、電気のみが表示されます。これは、すでに書いたように、実際に生成される熱よりもはるかに少ない量で済みます。ユニットを購入する際には、熱変換係数「ϕ」(熱変換係数、電力または温度変換係数とも呼ばれます)などのパラメータに注意する必要があります。これは、消費されたエネルギーに対する熱出力の量の比率を示しています。たとえば、ϕ = 4の場合、1 kW / hの消費で、4 kW / hの熱エネルギーが得られます。.
  • メンテナンスの節約。ヒートポンプは特別な処理を必要としません。メンテナンスコストは最小限です.
  • どこにでも設置できます。ヒートポンプの動作のための低温熱源は、土壌、水、または空気である可能性があります。家を建てる場所はどこでも、岩だらけの地形でも、ユニットの「食べ物」を見つける機会は常にあります。ガス本管から離れた地域では、これは最も最適な暖房システムの1つです。また、送電線のない地域でも、ガソリンまたはディーゼルエンジンを取り付けてコンプレッサーを稼働させ続けることができます。.
  • 固形燃料やディーゼルボイラーの場合のように、ポンプの動作を監視したり、燃料を追加したりする必要はありません。ヒートポンプ暖房システム全体が自動化されています.
  • あなたは長い間離れることができ、システムがフリーズすることを恐れません。同時に、居間に+ 10°Сの温度を提供するポンプを設置することによってお金を節約することができます。.
  • 環境に安全です。ちなみに、燃料を燃やす従来のボイラーを使用すると、CO、CO2、NOx、SO2、PbO2のさまざまな酸化物が常に生成され、その結果、リン酸、亜酸化窒素、硫酸、安息香酸が家の周りの土壌に堆積します。ヒートポンプの運転中は何も排出されません。そして、システムで使用される冷媒は絶対に安全です.
  • これには、地球のかけがえのない天然資源の保護も含まれます。.
  • 人と財産の安全。ヒートポンプでは、過熱や爆発を引き起こすほど熱くなるものはありません。さらに、爆発するものは何もありません。したがって、完全に耐火性のユニットに起因する可能性があります。.
  • ヒートポンプは、-15°Cの周囲温度でも正常に動作します。したがって、そのようなシステムが+ 5°Cまでの暖かい冬の地域でのみ家を暖めることができると誰かに思われる場合、それらは間違っています.
  • ヒートポンプの可逆性。紛れもない利点は、ユニットの多様性であり、その助けを借りて、冬に加熱し、夏に冷却することができます。暑い日には、ヒートポンプは部屋から熱を取り、それを貯蔵のために地面に向け、そこから冬に再びそれを取ります。すべてのヒートポンプがリバーシブルであるとは限らず、一部のモデルのみであることに注意してください.
  • 耐久性。適切な注意を払えば、暖房システムのヒートポンプは大規模な修理なしで25〜50年生きることができ、15〜20年に1回だけコンプレッサーを交換する必要があります.

ヒートポンプ暖房システムの欠点:

  • 大規模な初期投資。暖房用ヒートポンプの価格が非常に高い(3,000〜10,000米ドル)という事実に加えて、地熱システムの配置に加えて、ポンプ自体以上を費やす必要があります。例外は空気熱源ヒートポンプで、追加の作業は必要ありません。ヒートポンプはすぐには成果を上げません(5〜10年後)。したがって、暖房にヒートポンプを使用するかどうかという質問への答えは、所有者の好み、彼の経済的能力、および建設条件に依存します。たとえば、ガス本管の供給とそれに接続するコストがヒートポンプと同じである地域では、後者を優先することは理にかなっています。.

デュアルモードヒートポンプ暖房システム

  • 冬の気温が-15°Cを下回る地域では、追加の熱源を使用する必要があります。これは二価暖房システムと呼ばれ、ヒートポンプが外で-20°Cまで下がっているときに熱を供給し、故障したときに、たとえば電気ヒーターやガスボイラー、または熱発生器が接続されます.

ヒートポンプ運転

  • ヒートポンプは、次のような低温の熱媒体を備えたシステムで使用することをお勧めします。 床暖房システム (+ 35°C)および ファンコイルユニット (+ 35- + 45°C). ファンコイルユニット 熱/冷気が水から空気に伝達されるファン対流式放熱器です。古い家にそのようなシステムを装備するには、完全な再開発と再構築が必要になり、追加のコストがかかります。これは、新しい家を建てるときに不利ではありません。.
  • 水や土壌から熱を奪うヒートポンプの環境への配慮はやや相対的です。事実、作業の過程で、クーラントのあるパイプの周りのスペースが冷え、これは確立された生態系に違反します。確かに、土壌の深部でさえ、嫌気性微生物は生きており、より複雑なシステムの重要な活動を提供します。一方、ガスや石油の生産と比較して、ヒートポンプによる被害は最小限です。.

すべての長所と短所を評価して、正しい決定を下します.

ヒートポンプ運転用熱源

ヒートポンプは、暖かい季節に太陽放射を蓄積する天然資源から熱を奪います。ヒートポンプは熱源によって異なります。.

プライミング

地面は、季節を通じて蓄積する最も安定した熱源です。深さ5〜7 mでは、土壌温度はほぼ常に一定であり、約+ 5〜 + 8°Сに等しく、深さ10 mでは、土壌温度は常に一定+ 10°Сです。地面から熱を集めるには2つの方法があります.

ヒートポンプ水平土壌コレクター

水平土壌コレクター クーラントが循環する水平に敷設されたパイプです。水平コレクターの深さは、条件に応じて個別に計算されます。1.5〜1.7 mの場合もあります。土壌の凍結の深さの場合もあります。温度安定性を高めて差を小さくするために2〜3 mの場合もあり、1〜1.2の場合もあります。 m-ここでは、春に土壌がより早く暖まり始めます。 2層の水平コレクターが装備されている場合があります。.

ヒートポンプグラウンドコレクター

水平コレクターパイプは、25 mm、32 mm、40mmのさまざまな直径で利用できます。レイアウトの形状も異なる場合があります-ヘビ、ループ、ジグザグ、さまざまなスパイラル。ヘビのパイプ間の距離は少なくとも0.6m、通常は0.8〜1mである必要があります.

パイプの各ランニングメーターからの比熱除去は、土壌の構造によって異なります。

  • 乾いた砂-10W / m;
  • 乾燥粘土-20W / m;
  • 粘土はより湿っています-25W / m;
  • 含水率が非常に高い粘土-35W / m.

土壌が湿った粘土である場合、100 m2の面積の家を暖房するには、コレクター用に400m2の区画面積が必要になります。これはかなり多いです-4-5アレス。そして、このサイトには建物があってはならず、一年生の花が咲く芝生と花壇だけが許可されているという事実を考えると、誰もが水平コレクターを装備する余裕があるわけではありません.

コレクターのパイプを通って特別な液体が流れます、それはまた呼ばれます “塩水” また 不凍液, たとえば、エチレングリコールまたはプロピレングリコールの30%溶液。 「ブライン」は地面の熱を集めてヒートポンプに送られ、そこで冷媒に送られます。冷却された「ブライン」はグラウンドコレクターに逆流します.

ヒートポンプ用垂直接地プローブ

垂直接地プローブ は、50〜150 mで埋められたパイプのシステムです。これは、1本のU字型パイプで、80〜100 mの深さまで下げられ、コンクリートで満たされます。あるいは、より広い領域からエネルギーを収集するために20m下げたU字型パイプのシステムかもしれません。 100〜150 mの深さまでの掘削は、費用がかかるだけでなく、特別な許可が必要です。そのため、彼らはしばしばトリックに行き、いくつかの浅いプローブを装備します。このようなプローブ間の距離は5〜7mです。.

垂直コレクターからの比熱除去も岩に依存します:

  • 乾燥した堆積岩-20W / m;
  • 水と石の多い土壌で飽和した堆積岩-50W / m;
  • 熱伝導率の高い石の多い土壌-70W / m;
  • 地下(クリンプ)水-80 W / m.

垂直コレクターの面積は非常に小さいですが、それらの配置のコストは水平コレクターのそれよりも高くなります。垂直コレクターの利点は、より安定した温度とより大きな熱出力でもあります。.

水を熱源として使う方法はたくさんあります.

ヒートポンプ水マニホールド

開いている非凍結リザーバーの底にあるコレクター -川、湖、海-貨物の助けを借りて水没した「塩水」のあるパイプを表します。クーラントの温度が高いため、この方法は最も収益性が高く経済的です。貯水池が50m以内の人だけが集水装置を装備できます。そうしないと、設置の効率が失われます。ご存知のように、誰もがそのような状態にあるわけではありません。しかし、沿岸の住民にヒートポンプを使用しないことは、近視眼的で愚かです。.

ヒートポンプ運転のための廃水からの熱

下水道コレクター または、技術的な設置後の廃水は、住宅の暖房、さらには市内の高層ビルや産業企業、さらには温水の準備に使用できます。私たちの祖国のいくつかの都市で成功していること.

ヒートポンプ用の井戸

井戸または地下水 他のコレクターよりも使用頻度が低い。このようなシステムは、1つの水から2つの井戸を建設し、その熱をヒートポンプ内の冷媒に伝達し、冷却された水を2番目の水に排出することを意味します。井戸の代わりに、ろ過井戸がある場合があります。いずれにせよ、放流井戸は最初の井戸から15〜20 mの距離に、さらには下流に配置する必要があります(地下水にも独自のコースがあります)。このシステムは、供給される水の水質を監視する必要があるため、操作が非常に困難です。ろ過し、ヒートポンプ(蒸発器)の部品を腐食や汚染から保護する必要があります。.

空気

空気熱源ヒートポンプ

最もシンプルなデザインは 空気熱源ヒートポンプ暖房システム. 追加のマニホールドは必要ありません。環境からの空気は直接蒸発器に行き、そこで熱を冷却剤に伝達し、次にそれが家の中の冷却剤に熱を伝達します。ファンコイルユニットの場合は空気、床暖房とラジエーターの場合は水になります。.

空気熱源ヒートポンプの動作原理

空気ヒートポンプの設置コストは最も低くなりますが、設置のパフォーマンスは気温に大きく依存します。冬が暖かい地域(最大+ 5〜0°C)では、これは最も経済的な熱源の1つです。しかし、気温が-15°Cを下回ると、性能が大幅に低下するため、ポンプを使用しても意味がありませんが、従来の電気ヒーターまたはボイラーをオンにする方が有益です。.

暖房用の空気ヒートポンプのレビューは非常に物議を醸しています。それはすべてそれらの使用地域に依存します。冬の暖かい地域、たとえばソチでは、厳しい霜の場合に重複した熱源さえ必要とされないので、それらを使用することは有益です。空気が比較的乾燥していて、冬の気温が-15°Cまで下がる地域に空気熱源ヒートポンプを設置することも可能です。しかし、湿度が高く寒い気候では、そのような設備は氷結と凍結に悩まされます。ファンにつららが付着すると、システム全体が正常に動作しなくなります.

ヒートポンプ暖房:システムコストと運用コスト

ヒートポンプの出力は、割り当てられる機能に応じて選択されます。暖房のみの場合は、建物の熱損失を考慮した特別な計算機で計算を行うことができます。ちなみに、建物の熱損失が80〜100 W / m2以下のヒートポンプの最高のパフォーマンス。簡単にするために、天井が3mで熱損失が60W / m2の100m2の家を加熱するには、10kWのポンプが必要であると想定します。水を加熱するには、パワーリザーブ付きのユニットを使用する必要があります-12または16 kW.

ヒートポンプのコスト 電力だけでなく、信頼性とメーカーの要求にも依存します。たとえば、ロシア製の16 kWユニットのコストは7,000ドルですが、17kWの外国用ポンプRFM17のコストは約13,200ドルです。マニホールドを除くすべての関連機器.

次の費用は次のようになります コレクターの配置. また、インストールの容量にも依存します。たとえば、床暖房(100 m2)または80 m2の暖房ラジエーターがいたるところに設置されている、100 m2の家の場合、および150 l / hの容量で+ 40°Cに水を加熱する場合は、コレクター用の井戸を掘削する必要があります。そのような垂直コレクターは13,000ドルの費用がかかります。.

貯水池の底にあるコレクターは少し安くなります。同じ条件下で、それは11,000ドルの費用がかかります。しかし、専門会社に地熱システムを設置するコストを明確にすることをお勧めします。それは非常に異なる可能性があります。たとえば、17kWの出力のポンプ用の水平コレクターの配置はわずか2,500米ドルの費用がかかります。また、空気熱ポンプの場合、コレクターはまったく必要ありません。.

合計で、ヒートポンプの費用は8000米ドルです。平均して、コレクターの手配は6000米ドルです。平均.

ヒートポンプによる暖房の月額費用には、 電気代. これらは次のように計算できます。消費電力はポンプに表示する必要があります。たとえば、前述の17 kWポンプの場合、消費電力は5.5 kW / hです。合計で、暖房システムは年間225日稼働します。 5400時間。ヒートポンプとその中のコンプレッサーが周期的に作動するという事実を考慮すると、消費電力を半分にする必要があります。暖房シーズン中、5400 h * 5.5 kW / h / 2 = 14850kWが消費されます.

消費されたkWtの数に、お住まいの地域のエネルギーキャリアのコストを掛けます。たとえば、0.05ドル。 1kW /時。年間で合計742.5米ドルが費やされます。ヒートポンプが暖房のために働いた毎月、100ドルがあります。電気代。費用を12か月で割ると、月額60米ドルになります。.

ヒートポンプ効率

ヒートポンプの消費電力が少ないほど、月額費用が安くなることに注意してください。たとえば、17 kWのポンプがあり、年間10,000 kWしか消費しません(500ドルの費用がかかります). ヒートポンプの性能が大きいほど、加熱システム内の熱源と冷却剤の間の温度差が小さくなることも重要です。. そのため、床暖房やファンコイルユニットを設置する方が収益性が高いと言われています。高温熱媒体(+ 65- + 95°C)を備えた標準の暖房用ラジエーターも設置できますが、間接暖房ボイラーなどの追加の蓄熱器を備えています。ボイラーはお湯を再加熱するためにも使用されます。.

ヒートポンプは、二価システムで使用すると有益です。ポンプに加えて、ソーラーコレクターを設置することができます。これにより、夏にポンプが冷却のために機能するときに、ポンプに完全に電力を供給することができます。冬の安全のために、温水供給と高温ラジエーターのために水を加熱する熱発生器を追加することができます.