Jak zrobić pompę ciepła do ogrzewania domu własnymi rękami: zasada działania i schemat montażu

Pierwsze wersje pomp ciepła mogły tylko częściowo zaspokoić zapotrzebowanie na energię cieplną. Nowoczesne odmiany są bardziej skuteczne i można je stosować w systemach grzewczych. Dlatego wielu właścicieli domów próbuje zamontować pompę ciepła własnymi rękami.

Powiemy Ci, jak wybrać najlepszą opcję dla pompy ciepła, biorąc pod uwagę dane geologiczne miejsca, w którym planowana jest instalacja. Artykuł zaproponowany do rozważenia szczegółowo opisuje zasadę korzystania z systemów „zielonej energii”, różnice są wymienione. W oparciu o nasze porady bez wątpienia skupisz się na skutecznym typie.

Dla niezależnych mistrzów przedstawiamy technologię montażu pompy ciepła. Informacje przedstawione do rozważenia są uzupełnione schematami wizualnymi, wyborem zdjęć i szczegółowym szkoleniem wideo w dwóch częściach.

Co to jest pompa ciepła i jak działa?

Termin pompa ciepła odnosi się do zestawu określonego sprzętu. Główną funkcją tego urządzenia jest gromadzenie energii cieplnej i jej transport do odbiorcy. Źródłem takiej energii może być dowolne ciało lub medium o temperaturze + 1º lub więcej stopni.

W naszym otoczeniu jest więcej niż wystarczająca liczba źródeł ciepła o niskiej temperaturze. Są to odpady przemysłowe z przedsiębiorstw, elektrownie cieplne i jądrowe, ścieki itp. Do działania pomp ciepła w dziedzinie ogrzewania domów potrzebne są trzy niezależnie odtwarzane źródła naturalne - powietrze, woda i ziemia.

Pompy ciepła „czerpią” energię z procesów, które regularnie zachodzą w środowisku. Proces ten nigdy się nie kończy, ponieważ źródła są uznawane za niewyczerpane przez ludzkie kryteria

Trzej potencjalni dostawcy energii na liście są bezpośrednio związani z energią słoneczną, która poprzez ogrzewanie przemieszcza powietrze wraz z wiatrem i przenosi energię cieplną na ziemię. Wybór źródła jest głównym kryterium, według którego klasyfikowane są systemy pomp ciepła.

Zasada działania pomp ciepła opiera się na zdolności ciał lub mediów do przenoszenia energii cieplnej na inny element lub medium. Odbiorcy i dostawcy energii w systemach pomp cieplnych zwykle pracują w parach.

Rozróżnij więc następujące typy pomp ciepła:

• Powietrze to woda.
• Ziemia to woda.
• Woda to powietrze.
• Woda to woda.
• Ziemia jest powietrzem.
• Woda - woda
• Powietrze jest powietrzem.

W tym przypadku pierwsze słowo określa rodzaj czynnika, w którym system usuwa ciepło o niskiej temperaturze. Drugi wskazuje rodzaj nośnika, na który przekazywana jest ta energia cieplna. Tak więc w pompach ciepła woda - woda ciepło pobierane jest z medium wodnego, a ciecz jest wykorzystywana jako nośnik ciepła.

Pompy ciepła są strukturalnymi jednostkami sprężania pary. Wydobywają ciepło ze źródeł naturalnych, przetwarzają i transportują je do konsumentów (+)

Nowoczesne pompy ciepła wykorzystują trzy główne źródło ciepła. To jest gleba, woda i powietrze. Najprostsza z tych opcji to powietrzna pompa ciepła. Popularność takich systemów wiąże się z ich dość prostą konstrukcją i łatwością instalacji.

Jednak pomimo takiej popularności odmiany te mają raczej niską wydajność. Ponadto wydajność jest niestabilna i zależy od sezonowych wahań temperatury.

Wraz ze spadkiem temperatury ich wydajność znacznie spada. Takie opcje dla pomp ciepła można uznać za dodatek do istniejącego głównego źródła energii cieplnej.

Opcje używania sprzętu ciepło gruntusą uważane za bardziej skuteczne. Gleba odbiera i gromadzi energię cieplną nie tylko ze Słońca, lecz jest stale ogrzewana energią jądra ziemi.

Oznacza to, że gleba jest rodzajem baterii termicznej, której moc jest praktycznie nieograniczona. Ponadto temperatura gleby, szczególnie na pewnej głębokości, jest stała i zmienia się nieznacznie.

Zakres energii wytwarzanej przez pompy ciepła:

Stałość temperatury źródła jest ważnym czynnikiem w stabilnym i wydajnym działaniu tego typu urządzeń energetycznych. Podobne cechy mają systemy, w których środowisko wodne jest głównym źródłem energii cieplnej. Kolektor takich pomp znajduje się albo w studni, gdzie znajduje się w warstwie wodonośnej, albo w zbiorniku.

Średnia roczna temperatura źródeł takich jak gleba i woda waha się od + 7º do + 12º C. Taka temperatura wystarcza do zapewnienia efektywnego działania systemu.

Najbardziej skuteczne są pompy ciepła, które pobierają energię cieplną ze źródeł o stabilnych wskaźnikach temperatury, tj. z wody i gleby

Główne elementy konstrukcyjne pomp ciepła

Aby elektrownia mogła działać zgodnie z zasadami pompy ciepła, w jej projekcie muszą być obecne 4 jednostki główne, są to:

• Kompresor
• Parownik
• Kondensator
• Zawór dławiący

Ważnym elementem w konstrukcji pompy ciepła jest sprężarka. Jego główną funkcją jest wzrost ciśnienia i temperatury par powstałych w wyniku wrzenia czynnika chłodniczego. W szczególności w przypadku technologii klimatycznych i pomp ciepła stosuje się nowoczesne sprężarki spiralne.

Jako płyn roboczy, realizujący bezpośredni transfer energii cieplnej, stosuje się ciecze o niskiej temperaturze wrzenia. Z reguły stosuje się amoniak i freony (+)

Takie sprężarki są przeznaczone do pracy w temperaturach ujemnych. W przeciwieństwie do innych odmian, sprężarki spiralne wytwarzają niewiele hałasu i działają zarówno w niskich temperaturach wrzenia gazu, jak iw wysokich temperaturach skraplania. Niewątpliwą zaletą jest ich kompaktowy rozmiar i niski ciężar właściwy.

Prawie cała energia pompy ciepła jest wydawana na transport energii cieplnej z zewnątrz do wnętrza pomieszczenia. Tak więc około 1 jednostka energii jest wydawana na działanie systemów przy produkcji 4-6 jednostek (+)

Parownik jako element konstrukcyjny jest pojemnikiem, w którym ciekły czynnik chłodniczy jest przekształcany w parę. Czynnik chłodniczy krążący w obiegu zamkniętym przechodzi przez parownik. W nim czynnik chłodniczy rozgrzewa się i zamienia się w parę. Para niskociśnieniowa jest kierowana w stronę sprężarki.

W sprężarce pary czynnika chłodniczego są poddawane ciśnieniu, a ich temperatura rośnie. Sprężarka pompuje podgrzaną parę pod wysokim ciśnieniem w kierunku skraplacza.

Sprężarka spręża czynnik krążący wzdłuż obwodu, w wyniku czego wzrasta jego temperatura i ciśnienie. Następnie sprężone medium wchodzi do wymiennika ciepła (skraplacza), gdzie jest chłodzone, przenosząc ciepło do wody lub powietrza

Kolejnym elementem konstrukcyjnym systemu jest kondensator. Jego zadaniem jest przekazywanie energii cieplnej do obwodu wewnętrznego instalacji grzewczej.

Próbki seryjne produkowane przez przedsiębiorstwa przemysłowe są wyposażone w płytowe wymienniki ciepła. Głównym materiałem na takie kondensatory jest stal stopowa lub miedź.

W przypadku samodzielnie wykonanego wymiennika ciepła odpowiednia jest miedziana rura o średnicy 1/2 cala. Grubość ścianek rur użytych do produkcji wymiennika ciepła musi wynosić co najmniej 1 mm

Termostatyczny lub w inny sposób dławikowy zawór jest zainstalowany na początku tej części obwodu hydraulicznego, w której krążący czynnik wysokociśnieniowy jest przekształcany w czynnik niskociśnieniowy. Dokładniej, przepustnica w połączeniu ze sprężarką dzieli obwód pompy ciepła na dwie części: jedną o parametrach wysokiego ciśnienia, drugą o niskim.

Podczas przechodzenia przez zawór dławiący rozprężania płyn krążący w obwodzie zamkniętym częściowo odparowuje, w wyniku czego ciśnienie spada wraz z temperaturą. Następnie wchodzi do wymiennika ciepła w komunikacji z otoczeniem. Tam przechwytuje energię ośrodka i przenosi ją z powrotem do systemu.

Zawór dławiący kontroluje przepływ czynnika chłodniczego w kierunku parownika. Przy wyborze zaworu należy wziąć pod uwagę parametry systemu. Zawór musi być zgodny z tymi parametrami.

Podczas przechodzenia przez zawór kontroli ciepła ciekły płyn chłodzący częściowo odparowuje, a temperatura zasilania spada (+)

Wybór rodzaju pompy ciepła

Głównym wskaźnikiem tego systemu grzewczego jest moc. Przede wszystkim koszty finansowe zakupu sprzętu i wyboru jednego lub drugiego źródła ciepła o niskiej temperaturze będą zależeć od wydajności. Im wyższa moc systemu pompy ciepła, tym wyższy koszt komponentów.

Przede wszystkim dotyczy wydajności sprężarki, głębokości studni dla sond geotermalnych lub obszaru do umieszczenia kolektora poziomego. Prawidłowe obliczenia termodynamiczne są rodzajem gwarancji, że system będzie działał wydajnie.

Jeśli w pobliżu Twojej osobistej strony znajduje się staw, najbardziej opłacalnym i produktywnym wyborem będzie pompa ciepła woda-woda

Na początek powinieneś przestudiować obszar, na którym planowana jest instalacja pompy. Idealnym warunkiem byłaby obecność akwenu w tej sekcji. Użyj opcje typu woda-woda znacznie zmniejszyć objętość robót ziemnych.

Przeciwnie, wykorzystanie ciepła ziemi wymaga dużej liczby prac związanych z wykopaliskami. Systemy wykorzystujące środowisko wodne jako ciepło niskiej jakości są uważane za najbardziej wydajne.

Urządzenie pompy ciepła, które pobiera energię cieplną z gleby, wymaga imponującej ilości robót ziemnych. Kolektor jest ułożony poniżej poziomu sezonowego zamrażania

Istnieją dwa sposoby wykorzystania energii cieplnej gleby. Pierwszy polega na wierceniu studni o średnicy 100–168 mm. Głębokość takich studni, w zależności od parametrów systemu, może osiągnąć 100 m lub więcej.

W tych studzienkach umieszczane są specjalne sondy. W drugim sposobie stosuje się kolektor rurowy. Taki kolektor znajduje się pod ziemią w płaszczyźnie poziomej. W przypadku tej opcji wymagany jest wystarczająco duży obszar.

Do układania kolektora obszary wilgotne są uważane za idealne. Oczywiście wiercenie studni będzie kosztować więcej niż pozioma lokalizacja zbiornika. Jednak nie w każdym obszarze jest wolne miejsce. Na jeden kW mocy pompy ciepła potrzeba 30 do 50 m² powierzchni.

Konstrukcja do gromadzenia energii cieplnej za pomocą jednej głębokiej studni może być nieco tańsza niż kopanie wykopu. Ale znaczącym plusem jest znaczna oszczędność miejsca, która jest ważna dla właścicieli małych działek

W przypadku obecności na tym terenie wysokiego poziomu wód gruntowych wymienniki ciepła można umieścić w dwóch studniach usytuowanych w odległości około 15 m od siebie.

Wybór energii cieplnej w takich systemach poprzez pompowanie wody gruntowej w zamkniętej pętli, której części znajdują się w studniach. Taki system wymaga instalacji filtra i okresowego czyszczenia wymiennika ciepła.

Najprostszy i najtańszy obwód pompy ciepła opiera się na pobieraniu energii cieplnej z powietrza.Kiedy stało się ono podstawą instalacji lodówek, później, zgodnie z jego zasadami, opracowano klimatyzatory.

Najprostszy system pompowania termicznego odbiera energię z masy powietrza. Latem bierze udział w ogrzewaniu, zimą w klimatyzacji. Wadą systemu jest to, że w niezależnym wykonaniu jednostka o niewystarczającej mocy

Skuteczność różnych rodzajów sprzętu nie jest taka sama. Najniższe wskaźniki to pompy wykorzystujące powietrze. Ponadto wskaźniki te są bezpośrednio zależne od warunków pogodowych.

Odmiany gleby w pompach ciepła mają stabilną wydajność. Współczynnik wydajności tych systemów waha się między 2,8 -3,3. Systemy woda-woda są najbardziej skuteczne. Wynika to przede wszystkim ze stabilności temperatury źródła.

Należy zauważyć, że im głębiej kolektor pompy znajduje się w zbiorniku, tym bardziej stabilna będzie temperatura. Aby uzyskać moc systemu 10 kW, potrzebujesz około 300 metrów rurociągu.

Głównym parametrem charakteryzującym sprawność pompy ciepła jest jej współczynnik konwersji. Im wyższy współczynnik konwersji, tym bardziej wydajna jest pompa ciepła.

Współczynnik konwersji pompy ciepła jest wyrażony jako stosunek strumienia ciepła i mocy elektrycznej zużytej na sprężarkę

Zrób to sam zespół pompy ciepła

Znając schemat działania i urządzenie z pompą ciepła, zmontuj i zainstaluj samodzielnie alternatywny system ogrzewania całkiem możliwe. Przed rozpoczęciem pracy należy obliczyć wszystkie podstawowe parametry przyszłego systemu. Aby obliczyć parametry przyszłej pompy, możesz użyć oprogramowania zaprojektowanego do optymalizacji systemów chłodzenia.

Najłatwiejszą opcją do zbudowania jest układ powietrzno-wodny. Nie wymaga złożonej pracy na urządzeniu obwodu zewnętrznego, które jest nieodłączne od odmian wody i gleby pomp ciepła. Do instalacji potrzebne będą tylko dwa kanały, z których jeden będzie dostarczał powietrze, a drugi odprowadzi zużytą masę.

Najprostszym sposobem na samodzielne wykonanie tego jest ustawienie pompy ciepła z zasysaniem ciepła z masy powietrza. Wentylator zewnętrzny wdmuchuje powietrze do parownika

Oprócz wentylatora musisz uzyskać sprężarkę o wymaganej mocy. W przypadku takiego urządzenia sprężarka, w którą wyposażony jest zwykły sprzęt, jest całkiem odpowiednia podzielone systemy. Nie jest konieczne kupowanie nowej jednostki.

Możesz go usunąć ze starego sprzętu lub użyć akcesoria do starej lodówki. Wskazane jest stosowanie odmiany spiralnej. Te opcje sprężarek, oprócz wystarczającej wydajności, wytwarzają wysokie ciśnienia, które zwiększają temperaturę.

Aby zbudować kondensator, potrzebujesz pojemności i miedzianej rury. Cewka jest wykonana z rury. Do jego produkcji stosuje się dowolny cylindryczny korpus o pożądanej średnicy. Nawijając na nią rurkę miedzianą, możesz łatwo i szybko wykonać ten element konstrukcyjny.

Gotową cewkę montuje się w pojemniku uprzednio przeciętym na pół. Do produkcji pojemników lepiej jest używać materiałów odpornych na procesy korozji. Po umieszczeniu w nim cewki połówki zbiornika są spawane.

Powierzchnia cewki jest obliczana przy użyciu następującego wzoru:

MT / 0,8 RT,

gdzie:

• MT - moc energii cieplnej wytwarzanej przez system.
• 0,8 - współczynnik przewodności cieplnej w oddziaływaniu wody z materiałem cewki.
• RT - różnica temperatur wody na wlocie i wylocie.

Wybierając rurkę miedzianą do własnej produkcji cewki, musisz zwrócić uwagę na grubość ściany. Powinien wynosić co najmniej 1 mm. W przeciwnym razie podczas nawijania rura ulegnie deformacji. Rura, przez którą wlot czynnika chłodniczego znajduje się w górnej części zbiornika.

Wymiennik ciepła z rurką miedzianą wykonuje się przez nawijanie rurki miedzianej na cylindryczny przedmiot. Im większa powierzchnia cewki, tym wyższa wydajność pompy

Parownik z pompą ciepła może być wykonany w dwóch wersjach - w postaci pojemnika z umieszczoną w nim cewką oraz w postaci rury w rurze. Ponieważ temperatura cieczy w parowniku jest niewielka, pojemność może być wykonana z plastikowej beczki. W tej pojemności umieszczony jest obwód wykonany z miedzianej rury.

W przeciwieństwie do skraplacza, cewka cewki parownika musi odpowiadać średnicy i wysokości wybranego zbiornika. Drugi wariant parownika: rura w rurze. W tym przykładzie wykonania rura czynnika chłodniczego jest umieszczona w rurze z tworzywa sztucznego o większej średnicy, przez którą przepływa woda.

Długość takiej rury zależy od planowanej wydajności pompy. Może wynosić od 25 do 40 metrów. Taka rura jest zwinięta.

Zawór termostatyczny odnosi się do armatury odcinającej i sterującej. Igła jest używana jako element blokujący w zaworze rozprężnym. Położenie elementu odcinającego zaworu zależy od temperatury w parowniku.

Ten ważny element systemu ma dość skomplikowaną konstrukcję. Obejmuje:

• Termopara.
• Przysłona
• Kapilara.
• Thermoball.

Elementy te mogą stać się bezużyteczne w wysokich temperaturach. Dlatego podczas prac lutowniczych zawór powinien być izolowany szmatką azbestową. Zawór sterujący musi pasować do wydajności parownika.

Po przeprowadzeniu prac nad produkcją głównych części konstrukcyjnych przychodzi moment przełomowy w montażu całej konstrukcji w jedną całość. Najważniejszym krokiem jest proces wtrysku czynnika chłodniczego lub chłodziwo do układu.

Samodzielne przeprowadzenie takiej operacji jest mało prawdopodobne dla zwykłego laika. Tutaj będziesz musiał zwrócić się do profesjonalistów zajmujących się naprawą i konserwacją urządzeń HVAC.

Pracownicy w tym obszarze z reguły mają niezbędny sprzęt. Oprócz ładowania czynnika chłodniczego mogą również przetestować system. Samozaładunek czynnika chłodniczego może prowadzić nie tylko do uszkodzenia konstrukcji, ale także do poważnych obrażeń. Ponadto do uruchomienia systemu potrzebne jest również specjalne wyposażenie.

Podczas uruchamiania systemu występuje szczytowe obciążenie rozruchowe, które zwykle wynosi około 40 A. Dlatego uruchomienie systemu bez przekaźnika rozruchowego nie jest możliwe. Po pierwszym uruchomieniu zawór i ciśnienie czynnika chłodniczego należy wyregulować.

Wybór czynnika chłodniczego należy potraktować poważnie. W końcu to właśnie ta substancja jest zasadniczo uważana za główny „nośnik” użytecznej energii cieplnej. Spośród istniejących nowoczesnych czynników chłodniczych najpopularniejsze są freony. Są to pochodne związków węglowodorowych, w których część atomów węgla jest zastąpiona innymi pierwiastkami.

W wyniku montażu poszczególnych elementów pompy ciepła należy uzyskać zamkniętą pętlę, wzdłuż której krąży czynnik roboczy

W wyniku tych prac uzyskano system zamkniętej pętli. Czynnik chłodniczy będzie w nim krążył, zapewniając dobór i transfer energii cieplnej z parownika do skraplacza. Podłączając pompy ciepła do systemu zaopatrzenia w ciepło w domu, należy zauważyć, że temperatura wody na wylocie skraplacza nie przekracza 50-60 stopni.

Ze względu na niską temperaturę energii cieplnej wytwarzanej przez pompę ciepła jako odbiorcę ciepła należy wybrać specjalistyczne urządzenia grzewcze. Mogą to być ciepłe grzejniki podłogowe lub objętościowe o niskiej bezwładności wykonane z aluminium lub stali o dużej powierzchni promieniowania.

Domowe wersje pomp ciepła najlepiej nadają się jako wyposażenie pomocnicze, które wspiera i uzupełnia pracę głównego źródła.

Każdego roku projekty pomp ciepła są ulepszane. Wzory przemysłowe zaprojektowane do użytku domowego wykorzystują bardziej wydajne powierzchnie wymiany ciepła. W rezultacie wydajność systemu stale rośnie.

Ważnym czynnikiem stymulującym rozwój takiej technologii wytwarzania energii cieplnej jest komponent środowiskowy. Takie systemy, oprócz tego, że są dość skuteczne, nie zanieczyszczają środowiska. Brak otwartego ognia sprawia, że ​​jego działanie jest całkowicie bezpieczne.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Wideo nr 1. Jak zrobić najprostszą domową pompę ciepła z wymiennikiem ciepła z rur PEX:

Wideo nr 2. Dalsze odprawy:

Jako alternatywne systemy grzewcze od dawna stosowane są pompy ciepła. Systemy te mają niezawodność, długą żywotność i, co ważne, są przyjazne dla środowiska. Poważnie zaczynają być uważane za kolejny krok w kierunku opracowania wydajnych i bezpiecznych systemów grzewczych.

Chcesz zadać pytanie lub porozmawiać o ciekawej metodzie budowy pompy ciepła, o której nie wspomniano w artykule? Proszę pisać komentarze w bloku poniżej.