Jak vyrobit tepelné čerpadlo pro vytápění domu vlastníma rukama: princip provozu a montáže

První verze tepelných čerpadel dokázaly uspokojit poptávku po tepelné energii jen částečně. Moderní odrůdy jsou účinnější a lze je použít pro topné systémy. Proto se mnoho majitelů domů pokouší namontovat tepelné čerpadlo vlastními rukama.

Řekneme vám, jak vybrat nejlepší možnost pro tepelné čerpadlo, s přihlédnutím k geo-datům o místě, na kterém se plánuje instalace. Článek navržený k posouzení podrobně popisuje princip použití systémů „zelené energie“, rozdíly jsou uvedeny. Na základě našich rad se budete bezpochyby soustředit na efektivní typ.

Pro nezávislé mistry představujeme technologii montáže tepelného čerpadla. Informace předkládané k posouzení jsou doplněny vizuálními diagramy, fotografickými výběry a podrobným videozáznamem ve dvou částech.

Co je tepelné čerpadlo a jak to funguje?

Pod pojmem tepelné čerpadlo se rozumí soubor specifických zařízení. Hlavní funkcí tohoto zařízení je sběr tepelné energie a její transport ke spotřebiteli. Zdrojem takové energie může být jakékoli tělo nebo médium s teplotou + 1 ° nebo více stupňů.

V našem prostředí existuje více než dostatek zdrojů nízkoteplotního tepla. Jedná se o průmyslové odpady podniků, tepelné a jaderné elektrárny, kanalizace atd. Pro provoz tepelných čerpadel v oblasti vytápění domácností jsou zapotřebí tři nezávisle obnovené přírodní zdroje - vzduch, voda a půda.

Tepelná čerpadla „odebírají“ energii z procesů, které se pravidelně vyskytují v životním prostředí. Proces se nikdy nezastaví, protože zdroje jsou lidskými kritérii považovány za nevyčerpatelné

Uvedení tři potenciální dodavatelé energie přímo souvisejí s energií slunce, která zahříváním pohybuje vzduchem s větrem a přenáší tepelnou energii na Zemi. Je to výběr zdroje, který je hlavním kritériem, podle kterého jsou systémy tepelných čerpadel klasifikovány.

Princip činnosti tepelných čerpadel je založen na schopnosti těl nebo médií přenášet tepelnou energii na jiné těleso nebo médium. Příjemci a dodavatelé energie v tepelných čerpacích systémech obvykle pracují ve dvojicích.

Rozlište tedy následující typy tepelných čerpadel:

• Vzduch je voda.
• Země je voda.
• Voda je vzduch.
• Voda je voda.
• Země je vzduch.
• Voda - Voda
• Vzduch je vzduch.

V tomto případě první slovo definuje typ média, ve kterém systém odvádí teplo při nízké teplotě. Druhý označuje typ nosiče, na který je tato tepelná energie přenášena. V tepelných čerpadlech voda - voda se teplo odebírá z vodného média a kapalina se používá jako nosič tepla.

Tepelná čerpadla jsou konstrukčně parní kompresní jednotky. Odebírají teplo z přírodních zdrojů, zpracovávají ho a přepravují ke spotřebitelům (+)

Moderní tepelná čerpadla používají tři hlavní zdroj tepla. To je půda, voda a vzduch. Nejjednodušší z těchto možností je vzduchové tepelné čerpadlo. Popularita takových systémů je spojena s jejich poměrně jednoduchým designem a snadnou instalací.

I přes tuto popularitu však mají tyto odrůdy poměrně nízkou produktivitu. Kromě toho je účinnost nestabilní a závisí na sezónních výkyvech teploty.

S klesající teplotou jejich výkon výrazně klesá. Takové možnosti tepelných čerpadel lze považovat za doplnění stávajícího hlavního zdroje tepelné energie.

Možnosti použití zařízení zemní teplojsou považovány za účinnější. Půda přijímá a akumuluje tepelnou energii nejen ze Slunce, je neustále zahřívána energií zemského jádra.

To znamená, že půda je druh tepelné baterie, jejíž síla je prakticky neomezená. Kromě toho je teplota půdy, zejména v určité hloubce, konstantní a mění se nevýznamně.

Rozsah energie generované tepelnými čerpadly:

Stálost teploty zdroje je důležitým faktorem pro stabilní a efektivní provoz tohoto typu energetického zařízení. Podobné vlastnosti mají systémy, ve kterých je vodní prostředí hlavním zdrojem tepelné energie. Sběratel takových čerpadel je umístěn buď ve studně, kde je ve vodonosné vrstvě, nebo v nádrži.

Průměrná roční teplota zdrojů, jako je půda a voda, se pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Taková teplota je dostačující k zajištění účinného fungování systému.

Nejúčinnější jsou tepelná čerpadla, která odebírají tepelnou energii ze zdrojů se stabilními indikátory teploty, tj. z vody a půdy

Hlavní konstrukční prvky tepelných čerpadel

Aby elektrárna fungovala podle principů tepelného čerpadla, musí být ve svém návrhu přítomny 4 hlavní jednotky:

• Kompresor
• Odpařovač.
• Kondenzátor.
• Škrticí ventil.

Důležitým prvkem při konstrukci tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavní funkcí je zvyšování tlaku a teploty výparů způsobených varem chladiva. Zejména pro klimatickou technologii a tepelná čerpadla se používají moderní spirálové kompresory.

Jako pracovní tekutina, která provádí přímý přenos tepelné energie, se používají kapaliny s nízkým bodem varu. Zpravidla se používá amoniak a freony (+)

Takové kompresory jsou navrženy pro provoz při teplotách nižších než 0 ° C. Na rozdíl od jiných odrůd, spirálové kompresory produkují malý hluk a pracují jak při nízkých bodech varu plynu, tak při vysokých kondenzačních teplotách. Nepochybnou výhodou je jejich kompaktní velikost a nízká měrná hmotnost.

Téměř veškerá energie tepelného čerpadla se vynakládá na dopravu tepelné energie z vnějšku dovnitř místnosti. Takže asi 1 energetická jednotka se vynakládá na provoz systémů při výrobě 4-6 jednotek (+)

Výparník jako konstrukční prvek je nádoba, ve které je kapalné chladivo přeměněno na páru. Chladivo cirkulující v uzavřeném okruhu prochází odpařovačem. Chladivo se v něm zahřeje a promění se v páru. Nízkotlaká pára směřuje ke kompresoru.

V kompresoru jsou páry chladiva vystaveny tlaku a jejich teplota stoupá. Kompresor čerpá ohřátou páru pod vysokým tlakem do kondenzátoru.

Kompresor stlačuje médium cirkulující podél obvodu, čímž se zvyšuje jeho teplota a tlak. Potom stlačené médium vstupuje do tepelného výměníku (kondenzátoru), kde je ochlazováno a přenáší teplo do vody nebo vzduchu

Dalším strukturálním prvkem systému je kondenzátor. Jeho funkcí je přenos tepelné energie do vnitřního okruhu topného systému.

Sériové vzorky vyráběné průmyslovými podniky jsou vybaveny deskovými výměníky tepla. Hlavním materiálem pro takové kondenzátory je legovaná ocel nebo měď.

Pro vlastní tepelný výměník je vhodná měděná trubka o průměru půl palce. Tloušťka stěny trubek použitých pro výrobu výměníku tepla musí být alespoň 1 mm

Termostatický nebo jinak škrtící ventil je nainstalován na začátku té části hydraulického okruhu, kde je cirkulující vysokotlaké médium přeměněno na nízkotlaké médium. Přesněji řečeno, škrticí klapka spárovaná s kompresorem rozděluje okruh tepelného čerpadla na dvě části: jednu s vysokotlakými parametry, druhou s nízkým.

Při průchodu expanzním škrticím ventilem se kapalina cirkulující v uzavřeném okruhu částečně vypařuje, čímž se tlak snižuje s teplotou. Poté vstupuje do výměníku tepla v komunikaci s okolím. Tam zachycuje energii média a přenáší ji zpět do systému.

Škrticí ventil řídí tok chladiva směrem k výparníku. Při výběru ventilu je třeba vzít v úvahu parametry systému. Ventil musí tyto parametry vyhovovat.

Při průchodu termoregulačním ventilem se kapalné chladivo částečně vypařuje a teplota vody klesá (+)

Výběr typu tepelného čerpadla

Hlavním indikátorem tohoto topného systému je výkon. V první řadě budou finanční náklady na nákup zařízení a výběr jednoho nebo jiného zdroje nízkoteplotního tepla záviset na kapacitě. Čím vyšší je výkon systému tepelného čerpadla, tím vyšší jsou náklady na komponenty.

Nejprve se jedná o kapacitu kompresoru, hloubku vrtů pro geotermální sondy nebo oblast pro umístění horizontálního kolektoru. Správné termodynamické výpočty jsou zárukou, že systém bude fungovat efektivně.

Pokud je v blízkosti vašeho osobního rybníka rybník, bude nákladově nejefektivnějším a nejproduktivnějším řešením tepelné čerpadlo voda-voda

Nejprve byste měli prostudovat oblast, která je plánována pro instalaci čerpadla. Ideální podmínkou by byla přítomnost vodní plochy v této sekci. Použití možnosti typu voda-voda výrazně snížit objem zemních prací.

Využití tepla země naopak vyžaduje velké množství prací souvisejících s výkopem. Systémy, které využívají vodní prostředí jako teplo nízké kvality, jsou považovány za nejúčinnější.

Zařízení tepelného čerpadla, které odebírá tepelnou energii z půdy, zahrnuje působivé množství zemních prací. Sběratel je položen pod úroveň sezónního zmrazení

Existují dva způsoby využití tepelné energie půdy. První zahrnuje vrtné vrty o průměru 100-168 mm. Hloubka takových studní může v závislosti na parametrech systému dosáhnout až 100 m nebo více.

Do těchto jamek jsou umístěny speciální sondy. Ve druhé metodě se používá potrubí potrubí. Takový kolektor je umístěn pod zemí v horizontální rovině. Pro tuto možnost je nutná dostatečně velká plocha.

Pro pokládku kolektoru se za ideální považují oblasti s vlhkou půdou. Vrtné studny budou samozřejmě stát dražší než horizontální umístění nádrže. Ne každá oblast však má volný prostor. Pro jeden kW výkonu tepelného čerpadla je zapotřebí plocha 30 až 50 m².

Konstrukce pro sběr tepelné energie s jednou hlubokou studnou může být o něco levnější než kopat jámu. Významným plusem je však značná úspora prostoru, což je důležité pro majitele malých pozemků

V případě přítomnosti vysoko položeného horizontu podzemní vody na místě mohou být výměníky tepla uspořádány ve dvou studnách umístěných ve vzdálenosti asi 15 m od sebe.

Výběr tepelné energie v takových systémech čerpáním podzemní vody v uzavřené smyčce, jejíž části jsou umístěny v studnách. Takový systém vyžaduje instalaci filtru a pravidelné čištění výměníku tepla.

Nejjednodušší a nejlevnější okruh tepelného čerpadla je založen na odběru tepelné energie ze vzduchu.Jakmile se stal základem pro instalaci chladniček, později se podle jeho principů vyvinula klimatizace.

Nejjednodušší systém čerpání tepla přijímá energii ze vzduchové hmoty. V létě se podílí na vytápění, v zimě na klimatizaci. Nevýhodou systému je, že v nezávislém provedení jednotka s nedostatečným výkonem

Účinnost různých typů zařízení není stejná. Nejnižšími indikátory jsou čerpadla, která používají vzduch. Tyto ukazatele jsou navíc přímo závislé na povětrnostních podmínkách.

Půdní druhy tepelných čerpadel mají stabilní výkon. Koeficient účinnosti těchto systémů se pohybuje mezi 2,8 - 3,3. Systémy voda-voda jsou nejúčinnější. Důvodem je především stabilita teploty zdroje.

Je třeba poznamenat, že čím hlouběji je kolektor čerpadla umístěn v nádrži, tím stabilnější bude teplota. K získání kapacity systému 10 kW potřebujete asi 300 metrů potrubí.

Hlavním parametrem charakterizujícím účinnost tepelného čerpadla je jeho konverzní koeficient. Čím vyšší je koeficient přeměny, tím účinnější je tepelné čerpadlo.

Koeficient přeměny tepelného čerpadla je vyjádřen poměrem tepelného toku a elektrické energie vynaložené na kompresor.

Sestava tepelného čerpadla pro vlastní potřebu

Znáte akční schéma a zařízení tepelného čerpadla, sestavte a nainstalujte sami alternativní topný systém docela možná. Před zahájením práce je nutné vypočítat všechny základní parametry budoucího systému. K výpočtu parametrů budoucího čerpadla můžete použít software určený k optimalizaci chladicích systémů.

Nejjednodušší možnost sestavení je systém vzduch-voda. Nevyžaduje složité práce na zařízení vnějšího obvodu, které je vlastní vodním a půdním druhům tepelných čerpadel. K instalaci budou zapotřebí pouze dva kanály, z nichž jeden bude dodávat vzduch a druhý bude vypouštět spotřebovanou hmotu.

Nejjednodušší způsob, jak to udělat sami, je uspořádat tepelné čerpadlo s přívodem tepla ze vzdušné hmoty. Venkovní ventilátor fouká vzduch do výparníku

Kromě ventilátoru potřebujete kompresor s požadovaným výkonem. Pro takovou jednotku je zcela vhodný kompresor, který je vybaven běžným zařízením split systémy. Není nutné kupovat novou jednotku.

Můžete jej odstranit ze starého zařízení nebo z používání příslušenství pro starou ledničku. Je vhodné použít spirálovitou odrůdu. Tyto možnosti kompresoru, kromě dostatečné účinnosti, vytvářejí vysoké tlaky, které zvyšují teplotu.

K vybudování kondenzátoru budete potřebovat kapacitu a měděnou trubku. Cívka je vyrobena z potrubí. Pro jeho výrobu se používá jakékoli válcové těleso požadovaného průměru. Navinutím měděné trubky na něj můžete snadno a rychle vytvořit tento konstrukční prvek.

Hotová cívka je namontována v nádobě předem nařezané na polovinu. Pro výrobu kontejnerů je lepší použít materiály odolné vůči korozním procesům. Po vložení cívky do ní jsou poloviny nádrže svařeny.

Plocha cívky se vypočítá podle následujícího vzorce:

MT / 0,8 RT,

kde:

• MT - výkon tepelné energie, kterou systém produkuje.
• 0,8 - koeficient tepelné vodivosti při interakci vody s materiálem cívky.
• RT - rozdíl teploty vody na vstupu a výstupu.

Při výběru měděné trubky pro vlastní výrobu cívky musíte věnovat pozornost tloušťce stěny. Mělo by být alespoň 1 mm. Jinak se při navíjení trubka zdeformuje. Potrubí, kterým je přívod chladiva umístěn v horní části nádrže.

Tepelný výměník měděné trubice je vyroben navinutím měděné trubice na válcový předmět. Čím větší je plocha povrchu cívky, tím vyšší je výkon čerpadla

Výparník tepelného čerpadla může být vyroben ve dvou verzích - ve formě nádoby s cívkou v ní a ve formě trubky v trubce. Protože teplota kapaliny ve výparníku je nízká, může být kapacita vyrobena z plastového válce. V této kapacitě je umístěn obvod, který je vyroben z měděné trubky.

Na rozdíl od kondenzátoru musí cívka spirály výparníku odpovídat průměru a výšce vybrané nádrže. Druhá varianta výparníku: potrubí v potrubí. V tomto provedení je chladicí trubka umístěna v plastové trubce o větším průměru, skrz kterou cirkuluje voda.

Délka takového potrubí závisí na plánovaném výkonu čerpadla. Může být od 25 do 40 metrů. Taková trubka je stočená.

Termostatický ventil označuje uzavírací a regulační potrubí. Jehla se používá jako blokovací prvek v expanzním ventilu. Poloha uzavíracího prvku ventilu je určena teplotou ve výparníku.

Tento důležitý prvek systému má poněkud komplikovaný design. Zahrnuje:

• Termočlánek.
• Clona
• Kapilární trubice.
• Termoball.

Tyto prvky se mohou stát nepoužitelné při vysokých teplotách. Proto by měl být ventil při pájení izolován azbestovým hadříkem. Regulační ventil musí odpovídat kapacitě výparníku.

Po provedení prací na výrobě hlavních konstrukčních částí přichází rozhodující okamžik sestavení celé konstrukce do jediné jednotky. Nejdůležitějším krokem je proces vstřikování chladiva nebo chladicí kapalina do systému.

Nezávislé provádění takové operace není pro obyčejného laika dostupné. Zde se budete muset obrátit na profesionály, kteří se zabývají opravami a údržbou zařízení HVAC.

Pracovníci v této oblasti mají zpravidla potřebné vybavení. Kromě nabíjení chladiva mohou systém otestovat. Vlastní plnění chladiva může vést nejen k poškození struktury, ale také k vážným zraněním. Kromě toho je pro spuštění systému zapotřebí také speciální vybavení.

Když se systém spustí, nastane špičková počáteční zátěž, která je obvykle asi 40 A. Spuštění systému bez spouštěcího relé tedy není možné. Po prvním uvedení do provozu musí být nastaven ventil a tlak chladiva.

Výběr chladiva by se měl brát vážně. Koneckonců je to právě tato látka, která je v podstatě považována za hlavní „nosič“ užitečné tepelné energie. Ze stávajících moderních chladiv jsou nejoblíbenější freony. Jsou to deriváty uhlovodíkových sloučenin, ve kterých je část atomů uhlíku nahrazena jinými prvky.

Výsledkem montáže jednotlivých prvků tepelného čerpadla by měla být uzavřená smyčka, podél které cirkuluje pracovní médium

V důsledku těchto prací byl získán systém uzavřené smyčky. Chladivo v něm cirkuluje a zajišťuje výběr a přenos tepelné energie z výparníku do kondenzátoru. Při připojování tepelných čerpadel k systému zásobování teplem domu je třeba poznamenat, že teplota vody na výstupu kondenzátoru nepřesahuje 50–60 stupňů.

Vzhledem k nízké teplotě tepelné energie generované tepelným čerpadlem by jako spotřebič tepla měly být vybrány speciální topná zařízení. Může to být teplá podlaha nebo objemové nízko setrvačné radiátory vyrobené z hliníku nebo oceli s velkou radiační plochou.

Domácí verze tepelných čerpadel jsou nejvhodnější považovat za pomocná zařízení, která podporují a doplňují práci hlavního zdroje.

Každý rok se zlepšují konstrukce tepelných čerpadel. Průmyslové vzory určené pro domácí použití používají účinnější povrchy pro přenos tepla. Výsledkem je, že výkon systému neustále roste.

Důležitým faktorem, který stimuluje vývoj takové technologie pro výrobu tepelné energie, je složka životního prostředí. Tyto systémy, kromě toho, že jsou docela účinné, neznečišťují životní prostředí. Absence otevřeného plamene činí jeho provoz naprosto bezpečným.

Závěry a užitečné video na toto téma

Video č. 1. Jak vyrobit nejjednodušší domácí tepelné čerpadlo s tepelným výměníkem z PEX trubek:

Video č. 2. Pokračující briefing:

Jako alternativní systémy vytápění se dlouhodobě používají tepelná čerpadla. Tyto systémy mají spolehlivost, dlouhou životnost a co je důležité, jsou šetrné k životnímu prostředí. Vážně se začínají považovat za další krok k vývoji účinných a bezpečných topných systémů.

Chcete se zeptat nebo mluvit o zajímavé metodě výroby tepelného čerpadla, která není v článku uvedena? Do níže uvedeného bloku napište komentáře.