Как да направите термопомпа за отопление на къща със собствените си ръце: принципът на работа и схема на монтаж

Първите версии на термопомпите могат само частично да задоволят търсенето на топлинна енергия. Съвременните сортове са по-ефективни и могат да се използват за отоплителни системи. Ето защо много собственици на жилища се опитват да монтират термопомпа със собствените си ръце.

Ще ви кажем как да изберете най-добрия вариант за термопомпата, като вземете предвид геоданните на сайта, където се планира да бъде инсталиран. Статията, предложена за разглеждане, описва подробно принципа на използването на „зелена енергия“ системи, разликите са изброени. Въз основа на нашите съвети, без съмнение ще се съсредоточите върху ефективния тип.

За независими майстори представяме технологията на сглобяване на термопомпа. Информацията, представена за разглеждане, се допълва от визуални диаграми, подбор на снимки и подробно видео обучение в две части.

Какво е термопомпа и как работи?

Терминът термопомпа се отнася до набор от специфично оборудване. Основната функция на това оборудване е събирането на топлинна енергия и нейното транспортиране до потребителя. Източникът на такава енергия може да бъде всяко тяло или среда с температура от + 1º или повече градуса.

В нашата среда има повече от достатъчно източници на нискотемпературна топлина. Това са промишлени отпадъци на предприятия, ТЕЦ, канализация и др. За работата на термопомпите в областта на отоплението на дома са необходими три независимо възстановени природни източника - въздух, вода и земя.

Топлинните помпи „черпят“ енергия от процеси, които редовно се случват в околната среда. Процесът никога не спира, защото източниците са признати за неизчерпаеми по човешки критерии

Изброените три потенциални доставчици на енергия са пряко свързани с енергията на слънцето, което чрез нагряване движи въздуха с вятъра и пренася топлинната енергия на земята. Изборът на източник е основният критерий, според който системите за термопомпи са класифицирани.

Принципът на работа на термопомпите се основава на способността на органи или носители да прехвърлят топлинна енергия към друго тяло или среда. Получателите и доставчиците на енергия в термопомпените системи обикновено работят по двойки.

Затова разграничете следните видове термопомпи:

• Въздухът е вода.
• Земята е вода.
• Водата е въздух.
• Водата е вода.
• Земята е въздух.
• Вода - вода
• Въздухът е въздух.

В този случай първата дума определя вида на средата, в която системата премахва нискотемпературната топлина. Вторият показва типа носител, на който се предава тази топлинна енергия. И така, в термопомпите вода - вода, топлината се взема от водната среда и течността се използва като топлоносител.

Термопомпите са структурно тип компресионни агрегати. Те извличат топлина от природни източници, обработват я и я транспортират до потребителите (+)

Съвременните термопомпи използват три основни източник на топлина, Това е почва, вода и въздух. Най-простият от тези опции е въздушна термопомпа, Популярността на такива системи се свързва с доста простата им конструкция и лекотата на инсталиране.

Въпреки тази популярност обаче, тези сортове имат доста ниска производителност. Освен това ефективността е нестабилна и зависи от сезонните колебания на температурата.

С понижаване на температурата, тяхната ефективност намалява значително. Такива опции за термопомпи могат да се разглеждат като допълнение към съществуващия основен източник на топлинна енергия.

Опции за използване на оборудване земна топлинасе считат за по-ефективни. Почвата получава и акумулира топлинна енергия не само от Слънцето, тя непрекъснато се нагрява от енергията на земното ядро.

Тоест почвата е вид термична батерия, мощността на която практически е неограничена. Освен това температурата на почвата, особено на определена дълбочина, е постоянна и варира незначително.

Обхват на енергия, генерирана от термопомпи:

Постоянството на температурата на източника е важен фактор за стабилната и ефективна работа на този тип силово оборудване. Подобни характеристики притежават системи, в които водната среда е основният източник на топлинна енергия. Колекторът на такива помпи се намира или в кладенеца, където се намира във водоносния хоризонт, или в резервоар.

Средната годишна температура на източници като почва и вода варира от + 7º до + 12º С. Такава температура е напълно достатъчна, за да гарантира ефективната работа на системата.

Най-ефективни са термопомпите, които извличат топлинна енергия от източници със стабилни температурни индикатори, т.е. от вода и почва

Основните структурни елементи на термопомпите

За да може електроцентралата да работи в съответствие с принципите на термопомпата, в нейния дизайн трябва да присъстват 4 основни блока, които са:

• Компресор.
• Изпарителя.
• Кондензатора.
• Дроселна клапа.

Важен конструктивен елемент на термопомпата е компресорът. Основната му функция е да повишава налягането и температурата на изпаренията в резултат на кипене на хладилния агент. По-специално за климатичната технология и термопомпите се използват съвременни превъртащи се компресори.

Като работна течност, осъществяваща директен пренос на топлинна енергия, се използват течности с ниска точка на кипене. Като правило се използват амоняк и фреони (+)

Такива компресори са проектирани за работа при ниски температури. За разлика от другите сортове, превъртащите се компресори издават малко шум и работят както при ниски температури на кипене на газ, така и при високи температури на кондензация. Безспорното предимство е компактният им размер и ниската специфична гравитация.

Почти цялата енергия на термопомпата се изразходва за транспортиране на топлинна енергия отвън към вътрешността на помещението. Така около 1 енергийна единица се изразходва за работата на системи при производството на 4-6 единици (+)

Изпарителят като конструктивен елемент е контейнер, в който течният хладилен агент се превръща в пара. Хладилният агент, циркулиращ в затворена верига, преминава през изпарителя. В него хладилният агент се загрява и се превръща в пара. Парата с ниско налягане е насочена към компресора.

В компресора изпаренията на хладилния агент са изложени на налягане и температурата им се повишава. Компресорът изпомпва нагрятата пара под високо налягане към кондензатора.

Компресорът компресира средата, циркулираща по веригата, в резултат на което температурата и налягането му се увеличават. Тогава сгъстената среда навлиза в топлообменника (кондензатора), където се охлажда, прехвърляйки топлина на вода или въздух

Следващият структурен елемент на системата е кондензатор. Неговата функция е да предава топлинна енергия във вътрешната верига на отоплителната система.

Серийните проби, произведени от промишлени предприятия, са оборудвани с пластинчати топлообменници. Основният материал за такива кондензатори е легирана стомана или мед.

За самостоятелно направен топлообменник е подходяща медна тръба с диаметър половин инча. Дебелината на стената на тръбите, използвани за производството на топлообменника, трябва да бъде най-малко 1 mm

Термостатичен или по друг начин дроселен клапан е инсталиран в началото на тази част на хидравличната верига, където циркулиращата среда за високо налягане се преобразува в среда с ниско налягане. По-точно дроселът в комбинация с компресора разделя веригата на термопомпата на две части: едната с параметри на високо налягане, другата с ниско.

При преминаване през разширителен дроселен клапан, течността, циркулираща в затворен кръг, частично се изпарява, в резултат на което налягането намалява с температурата. Тогава той влиза в топлообменника в комуникация с околната среда. Там той улавя енергията на средата и я прехвърля обратно в системата.

Дроселната клапа контролира потока на хладилния агент към изпарителя. При избора на клапан трябва да се вземат предвид параметрите на системата. Клапанът трябва да отговаря на тези параметри.

При преминаване през вентил за регулиране на топлината течната охлаждаща течност частично се изпарява и температурата на потока намалява (+)

Избор на тип термопомпа

Основният индикатор на тази отоплителна система е мощността. На първо място, финансовите разходи за закупуване на оборудване и избора на един или друг източник на топлина с ниска температура ще зависят от капацитета. Колкото по-голяма е мощността на системата с термопомпа, толкова по-високи са разходите за компоненти.

На първо място, това се отнася до капацитета на компресора, дълбочината на кладенците за геотермални сонди или зоната за поставяне на хоризонтален колектор. Правилните термодинамични изчисления са вид гаранция, че системата ще работи ефективно.

Ако в близост до личния ви сайт има езерце, най-рентабилният и продуктивен избор ще бъде термопомпа вода-вода

Първо, трябва да проучите областта, която е планирана за инсталиране на помпата. Идеално условие би било наличието на водно тяло в този участък. използването на опции тип вода-вода значително намаляват обема на земните работи.

Използването на топлината на земята, напротив, включва голям брой работи, свързани с разкопки. Системите, които използват водната среда като нискокачествена топлина, се считат за най-ефективни.

Устройството на термопомпа, която извлича топлинна енергия от почвата, включва внушително количество земни работи. Колекторът е положен под нивото на сезонно замръзване

Има два начина за използване на топлинната енергия на почвата. Първият включва сондажни кладенци с диаметър 100-168 мм. Дълбочината на такива кладенци, в зависимост от параметрите на системата, може да достигне 100 m или повече.

В тези кладенци се поставят специални сонди. Във втория метод се използва тръбен колектор. Такъв колектор е разположен под земята в хоризонтална равнина. За тази опция е необходима достатъчно голяма площ.

За полагане на колектора зоните с влажна почва се считат за идеални. Естествено, пробиването на кладенци ще струва повече от хоризонталното местоположение на резервоара. Въпреки това, не всяка зона има свободно пространство. За една kW мощност на термопомпата са необходими 30 до 50 м² площ.

Конструкция за събиране на топлинна енергия с един дълбок кладенец може да бъде малко по-евтина от изкопаването на яма. Но съществен плюс е значителното спестяване на пространство, което е важно за собствениците на малки парцели

В случай на наличие на високо разположен хоризонт на подземните води, топлообменниците могат да бъдат подредени в два кладенеца, разположени на разстояние около 15 м един от друг.

Изборът на топлинна енергия в такива системи чрез изпомпване на подземни води в затворен контур, части от които са разположени в кладенци. Такава система изисква инсталиране на филтър и периодично почистване на топлообменника.

Най-простата и евтина схема на термопомпата се основава на извличането на топлинна енергия от въздуха.След като това стана основа за инсталиране на хладилници, по-късно, според неговите принципи, бяха разработени климатици.

Най-простата система за термопомпи получава енергия от въздушната маса. През лятото тя участва в отопление, през зимата в климатизация. Недостатъкът на системата е, че при независимо изпълнение устройството с недостатъчна мощност

Ефективността на различните видове оборудване не е еднаква. Най-ниските показатели са помпите, които използват въздух. Освен това тези показатели са в пряка зависимост от метеорологичните условия.

Почвените сортове термопомпи имат стабилна работа. Коефициентът на ефективност на тези системи варира между 2,8 -3,3. Водно-водни системи са най-ефективни. Това се дължи предимно на стабилността на температурата на източника.

Трябва да се отбележи, че колкото по-дълбоко е разположен помпата в резервоара, толкова по-стабилна ще бъде температурата. За да получите капацитет на системата 10 кВт, се нуждаете от около 300 метра от тръбопровода.

Основният параметър, характеризиращ ефективността на термопомпата, е нейният коефициент на преобразуване. Колкото по-висок е коефициентът на преобразуване, толкова по-ефективна е термопомпата.

Коефициентът на преобразуване на термопомпата се изразява в съотношението на топлинния поток и електрическата мощност, изразходвана за компресора

Направи сам монтаж на термопомпа

Познавайки схемата на действие и устройството за термопомпа, сглобете и инсталирайте сами алтернативна отоплителна система напълно възможно. Преди да започнете работа, е необходимо да се изчислят всички основни параметри на бъдещата система. За да изчислите параметрите на бъдещата помпа, можете да използвате софтуер, предназначен за оптимизиране на охладителните системи.

Най-лесният вариант за изграждане е система въздух-вода, Не изисква сложна работа по устройството на външната верига, която е присъща на водни и почвени разновидности на термопомпите. За монтажа ще са необходими само два канала, единият от които ще доставя въздух, а вторият ще изхвърля изразходваната маса.

Най-лесният начин да го направите сами е да организирате термопомпа с топлинен поток от въздушната маса. Външен вентилатор издухва въздух към изпарителя

В допълнение към вентилатора, трябва да получите компресор с необходимата мощност. За такъв агрегат компресорът, с който е оборудвана обикновеното оборудване, е доста подходящ сплит системи, Не е необходимо да купувате ново устройство.

Можете да го премахнете от старо оборудване или да използвате аксесоари за стар хладилник, Препоръчително е да използвате сорт спирала. Тези опции на компресора, освен че имат достатъчна ефективност, създават високи налягания, които повишават температурата.

За да изградите кондензатор, ще ви е необходим капацитет и медна тръба. От тръба се прави намотка. За производството му се използва всяко цилиндрично тяло с желания диаметър. Навивайки медна тръба върху нея, можете лесно и бързо да направите този конструктивен елемент.

Готовата намотка се монтира в контейнер, предварително нарязан наполовина. За производството на контейнери е по-добре да се използват материали, устойчиви на корозионни процеси. След поставянето на бобина в нея половините на резервоара са заварени.

Площта на намотката се изчислява по следната формула:

MT / 0.8 RT,

когато:

• MT - силата на топлинната енергия, която системата произвежда.
• 0,8 - коефициентът на топлопроводимост във взаимодействието на водата с материала на намотката.
• RT - разликата в температурата на водата на входа и изхода.

Избирайки медна тръба за самостоятелно производство на намотка, трябва да обърнете внимание на дебелината на стената. Тя трябва да бъде най-малко 1 мм. В противен случай при навиване тръбата ще се деформира. Тръбата, през която входът на хладилния агент е разположен в горната част на резервоара.

Меден тръбен топлообменник се прави чрез навиване на медна тръба върху цилиндричен предмет. Колкото по-голяма е повърхностната площ на бобината, толкова по-висока е работата на помпата

Изпарителят на термопомпата може да бъде направен в два варианта - под формата на контейнер с намотка, разположена в него, и под формата на тръба в тръба. Тъй като температурата на течността в изпарителя е малка, капацитетът може да бъде направен от пластмасова варел. В това си качество е поставена схема, която е направена от медна тръба.

За разлика от кондензатора, намотката на намотката на изпарителя трябва да съответства на диаметъра и височината на избрания резервоар. Вторият вариант на изпарителя: тръба в тръба. В това изпълнение тръбата на хладилния агент се поставя в пластмасова тръба с по-голям диаметър, през която циркулира вода.

Дължината на такава тръба зависи от планирания капацитет на помпата. Може да бъде от 25 до 40 метра. Такава тръба е навита.

Термостатичният клапан се отнася до затварящите и контролните фитинги на тръбите. Иглата се използва като заключващ елемент в разширителния клапан. Положението на спирателния елемент на клапана се определя от температурата в изпарителя.

Този важен елемент на системата има доста сложен дизайн. Тя включва:

• Термодвойка.
• Aperture.
• Капилярна тръба.
• Termoballon.

Тези елементи могат да станат неизползваеми при високи температури. Следователно, по време на запояване, клапанът трябва да бъде изолиран с азбестов плат. Контролният клапан трябва да съответства на капацитета на изпарителя.

След извършване на работа по производството на основните конструктивни части идва решаващ момент за сглобяването на цялата конструкция в едно цяло. Най-решаващата стъпка е процес на инжектиране на хладилен агент или охлаждаща течност в системата.

Независимото провеждане на такава операция е малко вероятно да бъде достъпно за обикновен мирянин. Тук ще трябва да се обърнете към професионалисти, които се занимават с ремонта и поддръжката на ОВК оборудване.

Работниците в тази област по правило разполагат с необходимото оборудване. В допълнение към зареждането на хладилен агент, те могат да тестват системата. Самозареждането на хладилен агент може да доведе не само до разрушаване на конструкцията, но и до сериозни наранявания. Освен това е необходимо и специално оборудване за стартиране на системата.

Когато системата стартира, се получава пиково начално натоварване, което обикновено е около 40 А. Следователно стартирането на системата без стартово реле не е възможно. След първото пускане трябва да се регулира налягането на клапана и хладилния агент.

Изборът на хладилен агент трябва да се вземе сериозно. В края на краищата именно това вещество по същество се счита за основен „носител“ на полезната топлинна енергия. От съществуващите съвременни хладилни агенти фреоните са най-популярни. Това са производни на въглеводородните съединения, в които част от въглеродните атоми се заменя с други елементи.

В резултат на сглобяването на отделните елементи на термопомпата трябва да се получи затворен контур, по който работната среда циркулира

В резултат на тези работи беше получена затворена система. Хладилният агент ще циркулира в него, осигурявайки избора и прехвърлянето на топлинна енергия от изпарителя към кондензатора. Когато свързвате термопомпи към топлоснабдителната система на къща, трябва да се отбележи, че температурата на водата на изхода на кондензатора не надвишава 50-60 градуса.

Поради ниската температура на топлинната енергия, генерирана от термопомпата, за консуматор на топлина трябва да бъдат избрани специализирани отоплителни уреди. Това може да бъде топъл под или обемни ниско инерционни радиатори, изработени от алуминий или стомана с голяма радиационна площ.

Домашните версии на термопомпите са най-подходящи да се разглеждат като спомагателно оборудване, което поддържа и допълва работата на основния източник.

Всяка година дизайна на термопомпите се подобрява. Индустриалните дизайни, проектирани за битова употреба, използват по-ефективни повърхности за пренос на топлина. В резултат на това производителността на системата непрекъснато расте.

Важен фактор, който стимулира развитието на такава технология за производство на топлинна енергия, е компонентът на околната среда. Такива системи, освен че са доста ефективни, не замърсяват околната среда. Липсата на открит пламък прави работата му абсолютно безопасна.

Изводи и полезно видео по темата

Видео №1. Как да направите най-простата домашна термопомпа с топлообменник от тръби PEX:

Видео №2. Продължаващ инструктаж:

Като алтернативни отоплителни системи отдавна се използват термопомпи. Тези системи имат надеждност, дълъг експлоатационен живот и, което е важно, са екологични. Те сериозно започват да се разглеждат като следващата стъпка към развитието на ефективни и безопасни отоплителни системи.

Искате да зададете въпрос или да говорите за интересен метод за изграждане на термопомпа, който не е споменат в статията? Моля, напишете коментари в блока по-долу.