Η αντλία θερμότητας αέρα-νερού: πώς λειτουργεί;

Η αντλία θερμότητας αέρα-νερού: πώς λειτουργεί;

Βαθμολογήστε αυτή τη θέση

Αυτή η μοντέρνα συσκευή θέρμανσης, η οποία είναι δημοφιλής για τη χρήση ανανεώσιμης ενέργειας αέρα, παραμένει συχνά ένα μυστήριο ως προς τον τρόπο λειτουργίας της. Διαβάζοντας αυτό το άρθρο θα κατανοήσετε την αρχή πίσω από τις αντλίες θερμότητας αέρα-νερού.

Μια αντλία θερμότητας αέρα-νερού απορροφά θερμίδες από τον εξωτερικό αέρα χάρη στον ενδόθερμο χαρακτήρα της αντίδρασης εξάτμισης ενός ψυκτικού μέσου. Διανέμει τις θερμίδες στο νερό του οικιακού δικτύου χάρη στην εξώθερμη ιδιότητα της συμπύκνωσης του ίδιου ψυκτικού μέσου.

Ο παραπάνω ορισμός είναι ο "περίπλοκος" τρόπος εξήγησης, αλλά μπορεί να απλοποιηθεί και όταν γίνει κατανοητός μπορεί να εξηγηθεί λεπτομερώς.

Εξηγείται η αρχή λειτουργίας της αντλίας θερμότητας αέρα-νερού.

Αναλογία ψυγείου

Όλοι έχουμε ψυγείο στο σπίτι. Αν θέλετε να λειτουργήσει, είναι καλύτερο να αφήσετε την πόρτα κλειστή. Ο λόγος είναι απλός και όλοι το γνωρίζουμε διαισθητικά. Αυτό συμβαίνει επειδή πρέπει να περιορίσετε το μέγεθος του όγκου προς ψύξη. Θέλετε να ψύξετε μόνο τα τρόφιμα που βρίσκονται στο ψυγείο.

Τι συμβαίνει όμως αν ανοίξετε την πόρτα του ψυγείου; Μπορείτε να φανταστείτε ότι το φαγητό θα ζεσταθεί στον αέρα. Το ψυγείο εξακολουθεί να λειτουργεί επειδή δεν γνωρίζει ότι η πόρτα είναι ανοιχτή. Ως εκ τούτου, χωρίς να το γνωρίζει, προσπαθεί να ψύξει έναν όγκο πολύ μεγάλο για τον μικρό του συμπιεστή, προσπαθεί να ψύξει ολόκληρο το δωμάτιο.

Το αποτέλεσμα είναι ότι ο μικρός του συμπιεστής λειτουργεί πάντα. Κοιτάζει το σημείο ρύθμισης που πρέπει να φτάσει και μέχρι να φτάσει εκεί, συνεχίζει. Και ο συμπυκνωτής στο πίσω μέρος του ψυγείου σας λειτουργεί στο μέγιστο δυνατό βαθμό. Συμπυκνώνεται, συμπυκνώνεται, οπότε θερμαίνεται, επειδή η συμπύκνωση είναι μια αντίδραση που απελευθερώνει θερμότητα (εξώθερμη).

Το ψυγείο σας έχει μετατραπεί σε θερμαντήρα: έχει μπροστά του τον όγκο του χώρου που πρέπει να ψυχθεί όταν η πόρτα του είναι ανοιχτή. Γι' αυτόν είναι σχεδόν άπειρη και αδύνατο να ψυχρανθεί. Έτσι, λειτουργεί σε έναν βρόχο και θερμαίνεται μέσω της συμπύκνωσης.

Η ίδια αρχή ισχύει και για τη θέρμανση του σπιτιού σας με αντλία θερμότητας. Μόνο που δεν "ανοίγετε την πόρτα" στον όγκο του δωματίου, αλλά σε ολόκληρο το εξωτερικό περιβάλλον, τον κήπο, τον πλανήτη. Έτσι έχουμε μια "άπειρη" πηγή για ψύξη. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατή η θέρμανση του σπιτιού με συμπύκνωση στον συμπυκνωτή στο νερό του οικιακού δικτύου: το ψυκτικό μέσο αναδιανέμει τις θερμίδες που λαμβάνονται από τον εξωτερικό αέρα.

Αντίθετα διαισθητικό να παίρνετε θερμίδες από τον κρύο αέρα

Μπορεί να φαίνεται αντιφατικό να θερμαίνετε ένα δωμάτιο χρησιμοποιώντας ενέργεια από τον εξωτερικό αέρα, όταν το χειμώνα κάνει πολύ κρύο έξω (-10 / -15°C). Και ακριβώς το χειμώνα πρέπει να θερμαίνει περισσότερο.

Θα πρέπει όμως να γνωρίζετε ότι ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία του αέρα, αυτός εξακολουθεί να περιέχει θερμίδες που μπορούν να εξαχθούν. Φυσικά, όσο πιο κρύο και ξηρό είναι, τόσο λιγότερες θερμίδες περιέχει, και γι' αυτό οι αντλίες θερμότητας λειτουργούν λίγο λιγότερο καλά το χειμώνα. Δηλαδή, χρησιμοποιούν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια για να παρέχουν την ίδια ποσότητα θέρμανσης.

Το γεγονός αυτό μας φαίνεται φυσικά αντιφατικό, επειδή ενστικτωδώς γνωρίζουμε ότι η θερμότητα ρέει πάντα από το θερμότερο προς το ψυχρότερο περιβάλλον. Γνωρίζετε ότι αν ανοίξετε το παράθυρο το χειμώνα στη μέση της νύχτας, σύντομα θα τρέμετε, επειδή όλη η θερμότητα του σπιτιού θα έχει φύγει από το παράθυρο.

Η μαγεία της αντλίας θερμότητας είναι να πετύχει το αντίθετο πέρασμα! Δηλαδή το πέρασμα της θερμότητας από το ψυχρότερο περιβάλλον στο θερμότερο. Από εδώ προέρχεται ο όρος "αντλία θερμότητας", καθώς η θερμότητα αντλείται στο φυσικό περιβάλλον. Καταπολεμά αυτή τη φυσική μετάβαση από το ζεστό στο κρύο, όπως ακριβώς μια αντλία πηγής καταφέρνει να υπερνικήσει τη βαρύτητα μετακινώντας το νερό από το χαμηλότερο σημείο δυναμικής ενέργειας σε ένα υψηλότερο σημείο δυναμικής ενέργειας.

Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη λειτουργία της αντλίας θερμότητας αέρα-νερού

Θα πρέπει να έχετε κατανοήσει διαισθητικά την αρχή της αντλίας θερμότητας αέρα-νερού διαβάζοντας τις δύο πρώτες παραγράφους. Ας πάμε τώρα σε περισσότερες λεπτομέρειες. Ποιο είναι το μυστήριο πίσω από την ικανότητα της αντλίας θερμότητας να αντιστρέφει τη φυσική αρχή της μεταφοράς θερμότητας;

Το ψυκτικό μέσο: ο αγωγός της αντλίας θερμότητας

Η μαγεία της αντλίας θερμότητας οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην ιδιότητα των ψυκτικών μέσων να εξατμίζονται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και έτσι να δεσμεύουν ενέργεια από το φυσικό περιβάλλον ακόμη και το χειμώνα.

Όλοι γνωρίζουμε ότι το νερό, που είναι το πιο κοινό φυσικό υγρό, εξατμίζεται γύρω στους 100°C. Αλλά αυτό ισχύει μόνο υπό κανονικές συνθήκες, δηλαδή σε ατμοσφαιρική πίεση 1013 HPa. Στη συνέχεια, μετατρέπεται από υγρή σε ατμώδη κατάσταση και λέγεται ότι εξατμίζεται. Αυτή η αντίδραση εξάτμισης λέγεται ότι είναι ενδόθερμη, δηλαδή απορροφά μια ποσότητα ενέργειας (θερμίδες) από το περιβάλλον στο οποίο λαμβάνει χώρα.

Ωστόσο, αν βρίσκεστε στην κορυφή του Έβερεστ, η ατμοσφαιρική πίεση δεν είναι καθόλου η ίδια: μειώνεται σχεδόν κατά 3 φορές (περίπου 350HPa). Το νερό εξατμίζεται πολύ ταχύτερα, σε αυτή την περίπτωση από τους 70°C περίπου. Αυτό καταδεικνύει το γεγονός ότι η πίεση ενός ρευστού μπορεί να επηρεαστεί και, επομένως, η θερμοκρασία εξάτμισής του μπορεί να διαμορφωθεί.

Αυτό μπορεί γρήγορα να συγκριθεί με την αντλία θερμότητας. Εάν μπορούμε να ρυθμίσουμε την πίεση του ψυκτικού αερίου σύμφωνα με τις επιθυμίες μας, τότε μπορούμε να το εξατμίσουμε στη θερμοκρασία που θέλουμε, και στην προκειμένη περίπτωση θέλουμε να εξατμιστεί στη θερμοκρασία του εξωτερικού αέρα, προκειμένου να δεσμεύσουμε τη θερμότητά του.

Ας πάρουμε το παράδειγμα του ψυκτικού αερίου R32, το οποίο σύντομα θα βρίσκεται σε όλες τις οικιακές αντλίες θερμότητας, καθώς το R410A οδεύει σιγά-σιγά προς προγραμματισμένη απαγόρευση (2025) και όλοι οι κατασκευαστές έχουν αρχίσει να το χρησιμοποιούν. Η θερμοκρασία βρασμού (εξάτμισης) είναι -51,7°C σε ατμοσφαιρική πίεση. Αν είμαστε στη Σιβηρία, αυτό είναι μια χαρά, αλλά δεν είμαστε στη Σιβηρία, οπότε θα πρέπει να ρυθμίσουμε την πίεση έτσι ώστε να εξατμίζεται όταν έχει -6°C για παράδειγμα. Θα πρέπει να αυξηθεί προς τα 6500HPa για να γίνει αυτό.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στα συστήματα αντλιών θερμότητας, εκτός από τους εναλλάκτες θερμότητας (εξατμιστής στον αέρα + συμπυκνωτής στο νερό), υπάρχουν δύο συσκευές που επιτρέπουν τη διαμόρφωση της πίεσης του ρευστού. Αυτά είναι ο συμπιεστής και η βαλβίδα διαστολής. Αυτά τοποθετούνται αντίστοιχα μετά και πριν τον εξατμιστή και επιτρέπουν τη δημιουργία μιας προσαρμοστικής ρύθμισης της πίεσης του αερίου, έτσι ώστε ανεξάρτητα από την εξωτερική θερμοκρασία, το αέριο να εξατμίζεται όπως πρέπει και να δεσμεύει τη μέγιστη ποσότητα θερμίδων (ανάλογα με την ανάγκη θέρμανσης).

Ειδική περίπτωση της αντλίας θερμότητας αέρα-νερού

Για μια αερόθερμη αντλία θερμότητας, οι θερμίδες συλλέγονται από τον εξωτερικό αέρα, στον εξατμιστή. Επιστρέφουν στο οικιακό δίκτυο νερού μέσω ενός συμπυκνωτή νερού, στον οποίο το ψυκτικό μέσο διέρχεται από τη μία πλευρά και το νερό από την άλλη. Η ανταλλαγή θερμότητας πραγματοποιείται μέσω των τοιχωμάτων του εναλλάκτη και φυσικά δεν υπάρχει καμία επαφή μεταξύ του νερού και του ψυκτικού μέσου.

Ορισμένες μάρκες χρησιμοποιούν έναν πλακοειδή εναλλάκτη θερμότητας για την κατασκευή του συμπυκνωτή, ενώ άλλες χρησιμοποιούν έναν ομοαξονικό συμπυκνωτή, ο οποίος είναι γενικά πιο αξιόπιστος και ανθεκτικός και απαιτεί λιγότερη συντήρηση.

Στην περίπτωση διαιρούμενης αντλίας θερμότητας (χωριστές εσωτερικές και εξωτερικές μονάδες), ο συμπυκνωτής βρίσκεται στην εσωτερική μονάδα. Το ψυκτικό μέσο κυκλοφορεί μεταξύ της εσωτερικής και της εξωτερικής μονάδας.

Στην περίπτωση μιας αντλίας θερμότητας monobloc (όλα βρίσκονται στην εξωτερική μονάδα) ο συμπυκνωτής βρίσκεται έξω στη μονάδα και το νερό κυκλοφορεί μεταξύ της μονάδας και του εσωτερικού του σπιτιού. Το νερό ανακτά τη θερμότητα από τον συμπυκνωτή και την ανταλλάσσει με τη δεξαμενή απομόνωσης στον τεχνικό χώρο, μέσω ενός εναλλάκτη.

Διαβάστε περισσότερα για το θέμα:

Πόσο καταναλώνει μια αντλία θερμότητας;

Ποια είναι τα μειονεκτήματα της αντλίας θερμότητας;

Ποια είναι η καλύτερη επιλογή για απλή ή διαιρούμενη αντλία θερμότητας;

ΣΎΓΚΡΙΣΗ 10 ΔΙΑΙΡΟΎΜΕΝΩΝ ΑΝΤΛΙΏΝ ΘΕΡΜΌΤΗΤΑΣ

X
elGreek