Comment fabriquer une pompe à chaleur pour chauffer une maison de vos propres mains: le principe de fonctionnement et le schéma de montage

Les premières versions de pompes à chaleur ne pouvaient que partiellement répondre à la demande d'énergie thermique. Les variétés modernes sont plus efficaces et peuvent être utilisées pour les systèmes de chauffage. C'est pourquoi de nombreux propriétaires tentent de monter une pompe à chaleur de leurs propres mains.

Nous vous dirons comment choisir la meilleure option pour la pompe à chaleur, en tenant compte des géo-données du site sur lequel il est prévu de l'installer. L'article proposé pour examen décrit en détail le principe de l'utilisation des systèmes «d'énergie verte», les différences sont répertoriées. Sur la base de nos conseils, vous vous concentrerez sans aucun doute sur le type efficace.

Pour les maîtres indépendants, nous présentons la technologie d'assemblage d'une pompe à chaleur. Les informations présentées pour examen sont complétées par des diagrammes visuels, des sélections de photos et une formation vidéo détaillée en deux parties.

Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur et comment fonctionne-t-elle?

Le terme pompe à chaleur fait référence à un ensemble d'équipements spécifiques. La fonction principale de cet équipement est la collecte de l'énergie thermique et son transport vers le consommateur. La source d'une telle énergie peut être n'importe quel corps ou milieu avec une température de + 1º ou plus.

Il y a plus que suffisamment de sources de chaleur à basse température dans notre environnement. Il s'agit des déchets industriels des entreprises, des centrales thermiques et nucléaires, des eaux usées, etc. Pour le fonctionnement des pompes à chaleur dans le domaine du chauffage domestique, trois sources naturelles restaurées indépendamment sont nécessaires: l'air, l'eau et le sol.

Les pompes à chaleur «tirent» l'énergie des processus qui se produisent régulièrement dans l'environnement. Le processus ne s'arrête jamais, car les sources sont reconnues comme inépuisables par des critères humains

Les trois fournisseurs potentiels d'énergie répertoriés sont directement liés à l'énergie du soleil qui, en chauffant, déplace l'air avec le vent et transfère l'énergie thermique à la terre. C'est le choix de la source qui est le critère principal selon lequel les systèmes de pompe à chaleur sont classés.

Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur est basé sur la capacité des corps ou des fluides à transférer de l'énergie thermique à un autre corps ou milieu. Les destinataires et les fournisseurs d'énergie dans les systèmes de pompage thermique travaillent généralement par paires.

Il faut donc distinguer les types de pompes à chaleur suivants:

• L'air est de l'eau.
• La terre est de l'eau.
• L'eau c'est l'air.
• L'eau c'est l'eau.
• La terre est de l'air.
• Eau - Eau
• L'air est l'air.

Dans ce cas, le premier mot définit le type de support dans lequel le système évacue la chaleur à basse température. Le second indique le type de support auquel cette énergie thermique est transmise. Ainsi, dans les pompes à chaleur eau - eau, la chaleur est extraite du milieu aqueux et le liquide est utilisé comme caloporteur.

Les pompes à chaleur sont des unités de compression de vapeur de type structurel. Ils extraient la chaleur des sources naturelles, la transforment et la transportent aux consommateurs (+)

Les pompes à chaleur modernes utilisent trois principaux source de chaleur. C'est le sol, l'eau et l'air. La plus simple de ces options est pompe à chaleur air. La popularité de tels systèmes est associée à leur conception plutôt simple et à leur facilité d'installation.

Cependant, malgré une telle popularité, ces variétés ont une productivité plutôt faible. De plus, l'efficacité est instable et dépend des fluctuations saisonnières de température.

Avec une température décroissante, leurs performances diminuent considérablement. Ces options pour les pompes à chaleur peuvent être considérées comme un ajout à la principale source d'énergie thermique existante.

Options d'équipement utilisant chaleur au solsont considérés comme plus efficaces. Le sol reçoit et accumule de l'énergie thermique non seulement du Soleil, il est constamment chauffé par l'énergie du noyau terrestre.

Autrement dit, le sol est une sorte de batterie thermique, dont la puissance est pratiquement illimitée. De plus, la température du sol, surtout à une certaine profondeur, est constante et varie de façon insignifiante.

Portée de l'énergie générée par les pompes à chaleur:

La constance de la température de la source est un facteur important dans le fonctionnement stable et efficace de ce type d'équipement électrique. Des caractéristiques similaires sont possédées par les systèmes dans lesquels le milieu aquatique est la principale source d'énergie thermique. Le collecteur de ces pompes est situé soit dans le puits, où il se trouve dans l'aquifère, soit dans un réservoir.

La température moyenne annuelle des sources telles que le sol et l'eau varie de + 7º à + 12º C. Cette température est tout à fait suffisante pour assurer le fonctionnement efficace du système.

Les plus efficaces sont les pompes à chaleur qui extraient l'énergie thermique de sources avec des indicateurs de température stables, c'est-à-dire de l'eau et du sol

Les principaux éléments structurels des pompes à chaleur

Pour que la centrale électrique fonctionne selon les principes de la pompe à chaleur, 4 unités principales doivent être présentes dans sa conception, à savoir:

• Compresseur
• Vaporisateur.
• Condensateur.
• Vanne d'étranglement.

Un élément important dans la conception de la pompe à chaleur est le compresseur. Sa fonction principale est d'augmenter la pression et la température des vapeurs résultant de l'ébullition du réfrigérant. Pour la technologie climatique et les pompes à chaleur, en particulier, des compresseurs scroll modernes sont utilisés.

En tant que fluide de travail, effectuant un transfert direct d'énergie thermique, des liquides à bas point d'ébullition sont utilisés. En règle générale, l'ammoniac et les fréons sont utilisés (+)

Ces compresseurs sont conçus pour fonctionner à des températures inférieures à zéro. Contrairement à d'autres variétés, les compresseurs Scroll produisent peu de bruit et fonctionnent à la fois à des points d'ébullition bas et à des températures de condensation élevées. L'avantage incontestable est leur taille compacte et leur faible densité spécifique.

Presque toute l'énergie de la pompe à chaleur est consacrée au transport de l'énergie thermique de l'extérieur vers l'intérieur de la pièce. Donc, environ 1 unité d'énergie est dépensée pour le fonctionnement des systèmes dans la production de 4-6 unités (+)

L'évaporateur en tant qu'élément structurel est un récipient dans lequel le réfrigérant liquide est converti en vapeur. Le réfrigérant, circulant en circuit fermé, traverse l'évaporateur. Dans celui-ci, le réfrigérant se réchauffe et se transforme en vapeur. La vapeur à basse pression est dirigée vers le compresseur.

Dans le compresseur, les vapeurs de réfrigérant sont exposées à la pression et leur température augmente. Le compresseur pompe la vapeur chauffée sous haute pression vers le condenseur.

Le compresseur comprime le fluide circulant le long du circuit, ce qui fait augmenter sa température et sa pression. Ensuite, le milieu comprimé entre dans l'échangeur de chaleur (condenseur), où il est refroidi, transférant la chaleur à l'eau ou à l'air

L'élément structurel suivant du système est un condensateur. Sa fonction est de transférer de l'énergie thermique au circuit interne du système de chauffage.

Les échantillons en série fabriqués par les entreprises industrielles sont équipés d'échangeurs de chaleur à plaques. Le matériau principal de ces condensateurs est l'acier allié ou le cuivre.

Pour un échangeur de chaleur auto-fabriqué, un tube en cuivre d'un demi-pouce de diamètre convient. L'épaisseur de paroi des tuyaux utilisés pour la fabrication de l'échangeur de chaleur doit être d'au moins 1 mm

Une vanne thermostatique, ou autre étranglement, est installée au début de la partie du circuit hydraulique où le fluide à haute pression en circulation est converti en fluide à basse pression. Plus précisément, l'accélérateur couplé au compresseur divise le circuit de la pompe à chaleur en deux parties: l'une avec des paramètres de pression élevée, l'autre avec des paramètres bas.

Lors du passage à travers une vanne d'étranglement, le fluide circulant dans un circuit fermé s'évapore partiellement, ce qui fait que la pression diminue avec la température. Il entre ensuite dans l'échangeur de chaleur en communication avec l'environnement. Là, il capture l'énergie du médium et la retransmet au système.

Le papillon des gaz contrôle le débit de réfrigérant vers l'évaporateur. Lors du choix d'une vanne, les paramètres du système doivent être pris en compte. La vanne doit respecter ces paramètres.

Lors du passage dans une vanne de régulation thermique, le liquide de refroidissement s'évapore partiellement et la température de départ diminue (+)

Sélection du type de pompe à chaleur

Le principal indicateur de ce système de chauffage est la puissance. Tout d'abord, les coûts financiers pour l'achat d'équipement et le choix de l'une ou l'autre source de chaleur à basse température dépendront de la capacité. Plus la puissance du système de pompe à chaleur est élevée, plus le coût des composants est élevé.

Tout d'abord, il s'agit de la capacité du compresseur, de la profondeur des puits pour les sondes géothermiques ou de la zone de placement d'un collecteur horizontal. Des calculs thermodynamiques corrects sont une sorte de garantie que le système fonctionnera efficacement.

S'il y a un étang près de votre site personnel, le choix le plus rentable et le plus productif sera une pompe à chaleur eau-eau

Pour commencer, vous devez étudier la zone prévue pour l'installation de la pompe. Une condition idéale serait la présence d'un plan d'eau dans cette section. Utiliser options de type eau-eau réduire considérablement le volume de terrassement.

L'utilisation de la chaleur du terrain implique au contraire un grand nombre de travaux liés aux fouilles. Les systèmes qui utilisent l'environnement aquatique comme chaleur à faible teneur sont considérés comme les plus efficaces.

L'appareil d'une pompe à chaleur qui extrait l'énergie thermique du sol, implique une quantité impressionnante de terrassement. Le collecteur est placé en dessous du niveau de gel saisonnier

Il existe deux façons d'utiliser l'énergie thermique du sol. Le premier consiste à forer des puits d'un diamètre de 100 à 168 mm. La profondeur de ces puits, en fonction des paramètres du système, peut atteindre 100 m ou plus.

Des sondes spéciales sont placées dans ces puits. Dans la deuxième méthode, un collecteur de tuyaux est utilisé. Un tel collecteur est situé sous terre dans un plan horizontal. Pour cette option, une zone suffisamment grande est requise.

Pour la pose du collecteur, les zones avec un sol humide sont considérées comme idéales. Naturellement, le forage des puits coûtera plus cher que l'emplacement horizontal du réservoir. Cependant, toutes les zones ne disposent pas d'espace libre. Pour un kW de puissance de pompe à chaleur, 30 à 50 m² de surface sont nécessaires.

Une construction pour collecter l'énergie thermique avec un puits profond peut être légèrement moins chère que creuser une fosse. Mais un avantage non négligeable est l’économie d’espace considérable, qui est importante pour les propriétaires de petites parcelles

Dans le cas de la présence d'un horizon d'eau souterraine de haute altitude, les échangeurs de chaleur peuvent être disposés dans deux puits situés à une distance d'environ 15 m l'un de l'autre.

La sélection de l'énergie thermique dans ces systèmes en pompant les eaux souterraines en boucle fermée, dont certaines parties sont situées dans des puits. Un tel système nécessite l'installation d'un filtre et un nettoyage périodique de l'échangeur de chaleur.

Le circuit de pompe à chaleur le plus simple et le moins cher est basé sur l'extraction d'énergie thermique de l'air.Une fois qu'il est devenu la base de l'installation de réfrigérateurs, plus tard, selon ses principes, des climatiseurs ont été développés.

Le système de pompage thermique le plus simple reçoit l'énergie de la masse d'air. En été, elle participe au chauffage, en hiver à la climatisation. L'inconvénient du système est que dans une exécution indépendante, l'unité avec une puissance insuffisante

L'efficacité des différents types d'équipements n'est pas la même. Les indicateurs les plus bas sont les pompes qui utilisent de l'air. De plus, ces indicateurs dépendent directement des conditions météorologiques.

Les variétés de sol des pompes à chaleur ont des performances stables. Le coefficient d'efficacité de ces systèmes varie entre 2,8 et 3,3. Les systèmes eau-eau sont les plus efficaces. Cela est principalement dû à la stabilité de la température de la source.

Il convient de noter que plus le collecteur de la pompe est profond dans le réservoir, plus la température sera stable. Pour obtenir une capacité de 10 kW, il faut environ 300 mètres de canalisation.

Le principal paramètre caractérisant l'efficacité de la pompe à chaleur est son coefficient de conversion. Plus le coefficient de conversion est élevé, plus la pompe à chaleur est efficace.

Le coefficient de conversion de la pompe à chaleur est exprimé en fonction du rapport du flux de chaleur et de la puissance électrique dépensée sur le compresseur

Ensemble de pompe à chaleur à faire soi-même

Connaître le schéma d'action et le dispositif de pompe à chaleur, assembler et installer par vous-même système de chauffage alternatif très probablement. Avant de commencer les travaux, il est nécessaire de calculer tous les paramètres de base du futur système. Pour calculer les paramètres de la future pompe, vous pouvez utiliser un logiciel conçu pour optimiser les systèmes de refroidissement.

L'option la plus simple à construire est système air-eau. Il ne nécessite pas de travail complexe sur le dispositif du circuit externe, qui est inhérent aux variétés de pompes à chaleur à eau et au sol. Pour l'installation, seuls deux canaux seront nécessaires, dont l'un fournira de l'air et le second déchargera la masse dépensée.

La façon la plus simple de le faire vous-même est de prévoir une pompe à chaleur avec un apport de chaleur provenant de la masse d'air. Un ventilateur extérieur souffle de l'air vers l'évaporateur

En plus du ventilateur, vous devez obtenir un compresseur de la puissance requise. Pour une telle unité, le compresseur dont l'équipement ordinaire est équipé est tout à fait approprié systèmes divisés. Il n'est pas nécessaire d'acheter une nouvelle unité.

Vous pouvez le retirer de l'ancien équipement ou l'utiliser accessoires pour un vieux réfrigérateur. Il est conseillé d'utiliser une variété en spirale. Ces options de compresseur, en plus d'avoir une efficacité suffisante, créent des pressions élevées qui augmentent la température.

Pour construire un condensateur, vous aurez besoin d'une capacité et d'un tuyau en cuivre. Une bobine est constituée d'un tuyau. Pour sa fabrication, tout corps cylindrique du diamètre souhaité est utilisé. En enroulant un tuyau en cuivre dessus, vous pouvez facilement et rapidement fabriquer cet élément structurel.

La bobine finie est montée dans un récipient préalablement coupé en deux. Pour la fabrication de conteneurs, il est préférable d'utiliser des matériaux résistants aux processus de corrosion. Après y avoir placé une bobine, les moitiés du réservoir sont soudées.

La surface de la bobine est calculée à l'aide de la formule suivante:

MT / 0,8 RT,

où:

• MT - la puissance de l'énergie thermique produite par le système.
• 0,8 - le coefficient de conductivité thermique dans l'interaction de l'eau avec le matériau de la bobine.
• RT - la différence de température de l'eau à l'entrée et à la sortie.

En choisissant un tuyau en cuivre pour l'auto-production d'une bobine, vous devez faire attention à l'épaisseur de la paroi. Elle doit être d'au moins 1 mm. Sinon, lors du bobinage, le tuyau se déformera. Le tuyau par lequel l'entrée du réfrigérant est situé dans la partie supérieure du réservoir.

Un échangeur de chaleur à tube de cuivre est fabriqué en enroulant un tube de cuivre sur un objet cylindrique. Plus la surface de la bobine est grande, plus les performances de la pompe sont élevées

L'évaporateur de la pompe à chaleur peut être réalisé en deux versions - sous la forme d'un récipient avec un serpentin situé à l'intérieur et sous la forme d'un tuyau dans un tuyau. Comme la température du liquide dans l'évaporateur est petite, la capacité peut être fabriquée à partir d'un baril en plastique. Dans cette capacité est placé un circuit composé d'un tuyau en cuivre.

Contrairement à un condenseur, le serpentin du serpentin d'évaporateur doit correspondre au diamètre et à la hauteur du réservoir sélectionné. La deuxième variante de l'évaporateur: pipe in pipe. Dans ce mode de réalisation, le tuyau de réfrigérant est placé dans un tuyau en plastique de plus grand diamètre, à travers lequel l'eau circule.

La longueur d'un tel tuyau dépend de la capacité de pompe prévue. Elle peut être de 25 à 40 mètres. Un tel tuyau est enroulé.

La vanne thermostatique fait référence aux raccords de tuyauterie d'arrêt et de commande. Une aiguille est utilisée comme élément de verrouillage dans le détendeur. La position de l'élément d'arrêt de la vanne est déterminée par la température dans l'évaporateur.

Cet élément important du système a une conception assez compliquée. Il comprend:

• Thermocouple.
• Ouverture
• Tube capillaire.
• Thermoball.

Ces éléments peuvent devenir inutilisables à des températures élevées. Par conséquent, pendant les travaux de soudage, la vanne doit être isolée avec un chiffon en amiante. La soupape de commande doit correspondre à la capacité de l'évaporateur.

Après avoir effectué les travaux de fabrication des principales pièces de structure, un moment crucial vient d'assembler l'ensemble de la structure en une seule unité. L'étape la plus cruciale est procédé d'injection de réfrigérant ou du liquide de refroidissement dans le système.

Il est peu probable que la conduite indépendante d'une telle opération soit abordable pour un simple profane. Ici, vous devrez vous tourner vers des professionnels qui sont engagés dans la réparation et l'entretien des équipements HVAC.

Les travailleurs de ce domaine disposent en règle générale de l'équipement nécessaire. En plus de charger le réfrigérant, ils peuvent tester le système. L'auto-chargement de réfrigérant peut entraîner non seulement une panne de la structure, mais également des blessures graves. De plus, un équipement spécial est également nécessaire pour démarrer le système.

Lorsque le système démarre, une charge de démarrage maximale se produit, qui est généralement d'environ 40 A. Par conséquent, le démarrage du système sans relais de démarrage n'est pas possible. Après le premier démarrage, la vanne et la pression de fluide frigorigène doivent être ajustées.

Le choix du réfrigérant doit être pris au sérieux. Après tout, c'est cette substance qui est essentiellement considérée comme le principal «vecteur» d'énergie thermique utile. Parmi les réfrigérants modernes existants, les fréons sont les plus populaires. Ce sont des dérivés de composés hydrocarbonés dans lesquels une partie des atomes de carbone est remplacée par d'autres éléments.

À la suite de l'assemblage des éléments individuels de la pompe à chaleur, une boucle fermée doit être obtenue le long de laquelle le milieu de travail circule

À la suite de ces travaux, un système en boucle fermée a été obtenu. Le fluide frigorigène y circulera, assurant la sélection et le transfert d'énergie thermique de l'évaporateur au condenseur. Lors du raccordement de pompes à chaleur au système d'alimentation en chaleur d'une maison, il convient de noter que la température de l'eau à la sortie du condenseur ne dépasse pas 50 à 60 degrés.

En raison de la basse température de l'énergie thermique générée par la pompe à chaleur, les appareils de chauffage spécialisés doivent être sélectionnés comme consommateurs de chaleur. Il peut s'agir de radiateurs à plancher chaud ou à faible inertie en aluminium ou en acier avec une large zone de rayonnement.

Les versions maison des pompes à chaleur sont les plus appropriées à considérer comme des équipements auxiliaires qui soutiennent et complètent le travail de la source principale.

Chaque année, les conceptions des pompes à chaleur sont améliorées. Les conceptions industrielles conçues pour un usage domestique utilisent des surfaces de transfert de chaleur plus efficaces. En conséquence, les performances du système augmentent constamment.

Un élément important qui stimule le développement d'une telle technologie pour la production d'énergie thermique est la composante environnementale. De tels systèmes, en plus d'être assez efficaces, ne polluent pas l'environnement. L'absence de flamme nue rend son fonctionnement absolument sûr.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo n ° 1. Comment fabriquer la pompe à chaleur artisanale la plus simple avec un échangeur de chaleur à partir de tuyaux PEX:

Vidéo n ° 2. Briefing continu:

En tant que systèmes de chauffage alternatifs, les pompes à chaleur sont utilisées depuis longtemps. Ces systèmes ont une fiabilité, une longue durée de vie et, surtout, sont respectueux de l'environnement. Ils commencent sérieusement à être considérés comme la prochaine étape vers le développement de systèmes de chauffage efficaces et sûrs.

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