Cum se face o pompă de căldură pentru încălzirea unei case cu propriile mâini: principiul funcționării și al schemei de asamblare

Primele versiuni ale pompelor de căldură ar putea satisface doar parțial cererea de energie termică. Soiurile moderne sunt mai eficiente și pot fi utilizate pentru sistemele de încălzire. De aceea, mulți proprietari de case încearcă să monteze o pompă de căldură cu propriile mâini.

Vă vom spune cum să alegeți cea mai bună opțiune pentru pompa de căldură, ținând cont de geo-datele site-ului pe care este planificat să fie instalat. Articolul propus spre analiză descrie în detaliu principiul utilizării sistemelor „energie verde”, sunt enumerate diferențele. Pe baza sfaturilor noastre, nu vă veți concentra asupra tipului eficient.

Pentru maeștrii independenți, vă prezentăm tehnologia de asamblare a unei pompe de căldură. Informațiile prezentate spre examinare sunt completate de diagrame vizuale, selecții foto și instruire video detaliată în două părți.

Ce este o pompă de căldură și cum funcționează?

Termenul pompă de căldură se referă la un set de echipamente specifice. Funcția principală a acestui echipament este colectarea energiei termice și transportul acesteia către consumator. Sursa unei astfel de energii poate fi orice corp sau mediu cu o temperatură de + 1º sau mai multe grade.

Există mai multe surse de căldură la temperaturi scăzute în mediul nostru. Acestea sunt deșeuri industriale de întreprinderi, centrale termice și nucleare, canalizare etc. Pentru funcționarea pompelor de căldură în domeniul încălzirii la domiciliu, este nevoie de trei surse naturale restaurate independent - aer, apă și sol.

Pompele de căldură „atrag” energia din procesele care apar regulat în mediu. Procesul nu se oprește niciodată, deoarece sursele sunt recunoscute ca inepuizabile după criterii umane

Cei trei potențiali furnizori de energie enumerați sunt în legătură directă cu energia soarelui, care, prin încălzire, mișcă aerul cu vântul și transferă energia termică pe pământ. Alegerea sursei este criteriul principal în funcție de care sunt clasificate sistemele de pompe de căldură.

Principiul funcționării pompelor de căldură se bazează pe capacitatea corpurilor sau a mediilor de a transfera energia termică către un alt corp sau mediu. Destinatarii și furnizorii de energie în sistemele de pompare termică lucrează de obicei în perechi.

Prin urmare, distinge următoarele tipuri de pompe de căldură:

• Aerul este apă.
• Pământul este apă.
• Apa este aer.
• Apa este apa.
• Pământul este aer.
• Apa - Apa
• Aerul este aer.

În acest caz, primul cuvânt definește tipul de mediu în care sistemul elimină căldura la temperaturi joase. Al doilea indică tipul de transportor către care este transmisă această energie termică. Deci, în pompele de căldură apa - apa, căldura este preluată din mediul apos și lichidul este utilizat ca purtător de căldură.

Pompele de căldură sunt structuri de compresie a vaporilor de tip structural. Aceștia extrag căldura din surse naturale, o prelucrează și o transportă către consumatori (+)

Pompele de căldură moderne folosesc trei principale sursa de caldura. Acesta este solul, apa și aerul. Cea mai simplă dintre aceste opțiuni este pompă de căldură cu aer. Popularitatea unor astfel de sisteme este asociată cu designul lor destul de simplu și ușurința de instalare.

Cu toate acestea, în ciuda unei astfel de popularități, aceste soiuri au o productivitate destul de scăzută. În plus, eficiența este instabilă și depinde de fluctuațiile de temperatură sezonieră.

Odată cu scăderea temperaturii, performanța lor scade semnificativ. Astfel de opțiuni pentru pompele de căldură pot fi considerate ca un plus la sursa principală de energie termică existentă.

Opțiuni pentru utilizarea echipamentelor căldură la solsunt considerate mai eficiente. Solul primește și acumulează energie termică nu numai de la Soare, ci este încălzit constant de energia nucleului pământului.

Adică, solul este un fel de baterie termică, a cărei putere este practic nelimitată. Mai mult, temperatura solului, mai ales la o anumită adâncime, este constantă și variază nesemnificativ.

Domeniul de energie generat de pompele de căldură:

Constanța temperaturii sursei este un factor important în funcționarea stabilă și eficientă a acestui tip de echipament electric. Caracteristici similare sunt deținute de sisteme în care mediul acvatic este principala sursă de energie termică. Colectorul de astfel de pompe este situat fie în fântână, unde se află în acvifer, fie într-un rezervor.

Temperatura medie anuală a surselor precum solul și apa variază de la + 7º până la + 12º C. O astfel de temperatură este suficientă pentru a asigura funcționarea eficientă a sistemului.

Cele mai eficiente sunt pompele de căldură care extrag energia termică din surse cu indicatori de temperatură stabili, adică. din apă și sol

Principalele elemente structurale ale pompelor de căldură

Pentru ca instalația de producere a energiei să funcționeze în conformitate cu principiile pompei de căldură, trebuie să fie prezente 4 unități principale în proiectarea sa, acestea sunt:

• Compresor.
• Vaporizatorului.
• Condensator.
• Supapa de accelerație.

Un element important în proiectarea pompei de căldură este compresorul. Funcția sa principală este de a crește presiunea și temperatura vaporilor rezultate în urma fierberii agentului frigorific. Pentru tehnologia climei și pompelor de căldură, se folosesc, în special, compresoare de defilare moderne.

Ca fluid de lucru, care efectuează transferul direct de energie termică, se folosesc lichide cu punct de fierbere scăzut. De regulă, se utilizează amoniac și freoni (+)

Astfel de compresoare sunt proiectate pentru funcționarea la temperaturi subzero. Spre deosebire de alte soiuri, compresoarele cu defilare produc zgomot redus și funcționează atât la punctele de fierbere cu gaze scăzute, cât și la temperaturi ridicate de condensare. Avantajul fără îndoială este dimensiunea lor compactă și gravitația specifică scăzută.

Aproape toată energia pompei de căldură este cheltuită pentru transportul energiei termice din exterior în interiorul camerei. Deci, aproximativ 1 unitate de energie este cheltuită pentru funcționarea sistemelor în producția a 4-6 unități (+)

Evaporatorul ca element structural este un recipient în care agentul frigorific lichid este transformat în vapori. Refrigerantul, care circulă într-un circuit închis, trece prin evaporator. În ea, agentul frigorific se încălzește și se transformă în abur. Aburul de joasă presiune este direcționat către compresor.

În compresor, vaporii de refrigerare sunt expuși la presiune și temperatura lor crește. Compresorul pompează aburul încălzit la presiune înaltă spre condensator.

Compresorul comprimă mediul care circulă de-a lungul circuitului, ca urmare a creșterii temperaturii și presiunii sale. Apoi, mediul comprimat intră în schimbătorul de căldură (condensator), unde este răcit, transferând căldura în apă sau aer

Următorul element structural al sistemului este un condensator. Funcția sa este de a transfera energie termică în circuitul intern al sistemului de încălzire.

Probele de serie fabricate de întreprinderile industriale sunt echipate cu schimbătoare de căldură cu plăci. Materialul principal pentru astfel de condensatoare este oțelul din aliaj sau cupru.

Pentru schimbătorul de căldură auto-fabricat, este potrivit un tub de cupru cu diametrul de jumătate de inchi. Grosimea peretelui conductelor utilizate la fabricarea schimbătorului de căldură trebuie să fie de cel puțin 1 mm

La începutul acelei părți a circuitului hidraulic este instalată o supapă termostatică sau altfel accelerabilă, unde mediul de înaltă presiune circulant este convertit într-un mediu de joasă presiune. Mai precis, clapeta de accelerație cu compresorul împarte circuitul pompei de căldură în două părți: una cu parametri de înaltă presiune, cealaltă cu nivel scăzut.

Când treceți printr-o supapă de accelerație, lichidul care circulă într-un circuit închis se evaporă parțial, ca urmare a presiunii scade cu temperatura. Apoi intră în schimbătorul de căldură în comunicarea cu mediul. Acolo, captează energia mediului și o transferă înapoi în sistem.

Supapa de accelerație controlează fluxul de agent frigorific spre evaporator. Atunci când alegeți o supapă, trebuie luați în considerare parametrii sistemului. Supapa trebuie să respecte acești parametri.

Când treceți printr-o supapă de control al căldurii, lichidul de răcire lichid se evaporă parțial, iar temperatura de curgere scade (+)

Selectia tipului de pompa de caldura

Principalul indicator al acestui sistem de încălzire este puterea. În primul rând, costurile financiare pentru achiziționarea echipamentului și alegerea uneia sau altei surse de căldură la temperaturi scăzute vor depinde de capacitate. Cu cât este mai mare puterea sistemului de pompă de căldură, cu atât este mai mare costul componentelor.

În primul rând, se referă la capacitatea compresorului, adâncimea puțurilor pentru sondele geotermale sau zona de plasare a unui colector orizontal. Calculele termodinamice corecte sunt un fel de garanție că sistemul funcționează eficient.

Dacă există un iaz în apropierea site-ului dvs. personal, cea mai eficientă și mai rentabilă alegere va fi o pompă de căldură apă-apă

Pentru început, ar trebui să studiați zona care este planificată pentru instalarea pompei. O condiție ideală ar fi prezența unui corp de apă în această secțiune. utilizarea opțiuni de tip apă-apă reduce semnificativ volumul de lucrări de pământ.

Folosirea căldurii terenului, dimpotrivă, implică un număr mare de lucrări legate de săpături. Sistemele care utilizează mediul acvatic ca căldură de grad scăzut sunt considerate cele mai eficiente.

Dispozitivul unei pompe de căldură care extrage energia termică din sol, implică o cantitate impresionantă de lucrări de pământ. Colectorul este situat sub nivelul de îngheț sezonier

Există două moduri de a folosi energia termică a solului. Prima implică forarea puțurilor cu un diametru de 100-168 mm. Adâncimea unor astfel de puțuri, în funcție de parametrii sistemului, poate atinge 100 m sau mai mult.

În aceste puțuri sunt plasate sonde speciale. În a doua metodă, se folosește o galerie de conducte. Un astfel de colector este situat subteran într-un plan orizontal. Pentru această opțiune, este necesară o suprafață suficient de mare.

Pentru așezarea colectorului, zonele cu sol umed sunt considerate ideale. În mod natural, găurile de foraj vor costa mai mult decât locația orizontală a rezervorului. Cu toate acestea, nu orice zonă are spațiu liber. Pentru un kW de putere a pompei de căldură este nevoie de 30 până la 50 m² de suprafață.

O construcție pentru colectarea energiei termice cu un puț adânc poate fi puțin mai ieftină decât săparea unei gropi. Dar un plus semnificativ este economia semnificativă de spațiu, care este important pentru proprietarii de parcele mici

În cazul prezenței unui orizont de ape subterane înalte, schimbătoarele de căldură pot fi aranjate în două puțuri situate la o distanță de aproximativ 15 m unul de celălalt.

Selectarea energiei termice în astfel de sisteme prin pomparea apei subterane într-o buclă închisă, a căror părți sunt amplasate în puțuri. Un astfel de sistem necesită instalarea unui filtru și curățarea periodică a schimbătorului de căldură.

Cel mai simplu și mai ieftin circuit al pompelor de căldură se bazează pe extragerea energiei termice din aer.Odată ce a devenit baza pentru instalarea frigiderelor, mai târziu, conform principiilor sale, s-au dezvoltat aparate de aer condiționat.

Cel mai simplu sistem de pompare termică primește energie din masa de aer. Vara participă la încălzire, iarna la aer condiționat. Dezavantajul sistemului este că, într-o execuție independentă, unitatea cu putere insuficientă

Eficiența diferitelor tipuri de echipamente nu este aceeași. Cele mai mici indicatoare sunt pompele care folosesc aer. În plus, acești indicatori depind direct de condițiile meteorologice.

Soiurile de pompe de căldură au performanțe stabile. Coeficientul de eficiență al acestor sisteme variază între 2,8-3,3. Sistemele de apă-apă sunt cele mai eficiente. Acest lucru se datorează în primul rând stabilității temperaturii sursei.

Trebuie menționat că cu cât colectorul pompei este mai adânc în rezervor, cu atât temperatura va fi mai stabilă. Pentru a obține o capacitate de sistem de 10 kW, aveți nevoie de aproximativ 300 de metri de conductă.

Principalul parametru care caracterizează eficiența pompei de căldură este coeficientul de conversie al acesteia. Cu cât este mai mare coeficientul de conversie, cu atât este mai eficientă pompa de căldură.

Coeficientul de conversie al pompei de căldură este exprimat în raportul dintre fluxul de căldură și puterea electrică cheltuită pe compresor

Asamblați pompa de căldură de la sine

Cunoscând schema de acțiune și dispozitivul pompei de căldură, asamblați și instalați singur sistem de încălzire alternativ destul de posibil. Înainte de a începe munca, este necesar să se calculeze toți parametrii de bază ai sistemului viitor. Pentru a calcula parametrii viitoarei pompe, puteți utiliza software conceput pentru optimizarea sistemelor de răcire.

Cea mai ușoară opțiune de construit este sistem aer-apă. Nu necesită lucrări complexe la dispozitivul circuitului extern, care este inerent soiurilor de apă și solului pompelor de căldură. Pentru instalare, vor fi necesare doar două canale, dintre care unul va furniza aer, iar cel de-al doilea va descărca masa cheltuită.

Cel mai simplu mod de a face asta singur este să aranjați o pompă de căldură cu un aport de căldură din masa de aer. Un ventilator în aer liber suflă aer la evaporator

În plus față de ventilator, trebuie să obțineți un compresor cu puterea necesară. Pentru o astfel de unitate, compresorul cu care este echipat echipamentul obișnuit este destul de potrivit sisteme split. Nu este necesar să cumpărați o unitate nouă.

Îl puteți îndepărta de echipamentele vechi sau de a le folosi accesorii pentru un frigider vechi. Se recomandă utilizarea unui soi spiralat. Aceste opțiuni ale compresorului, pe lângă faptul că au o eficiență suficientă, creează presiuni ridicate care cresc temperatura.

Pentru a construi un condensator, veți avea nevoie de o capacitanță și o conductă de cupru. O bobină este fabricată dintr-o conductă. Pentru fabricarea sa, se folosește orice corp cilindric cu diametrul dorit. Înfășurând o țeavă de cupru pe ea, puteți realiza cu ușurință și rapid acest element structural.

Bobina finită este montată într-un recipient tăiat anterior pe jumătate. Pentru fabricarea containerelor, este mai bine să folosiți materiale rezistente la procesele de coroziune. După ce a pus o bobină în ea, jumătățile rezervorului sunt sudate.

Zona bobinei este calculată folosind următoarea formulă:

MT / 0.8 RT,

în cazul în care:

• MT - puterea energiei termice pe care o produce sistemul.
• 0,8 - coeficientul de conductivitate termică în interacțiunea apei cu materialul bobinei.
• RT - diferența de temperatură a apei la intrare și ieșire.

Alegerea unei conducte de cupru pentru auto-producerea unei bobine, trebuie să acordați atenție grosimii peretelui. Ar trebui să fie de cel puțin 1 mm. În caz contrar, la înfășurare, conducta se va deforma. Țeava prin care se află intrarea refrigerantului în partea superioară a rezervorului.

Un schimbător de căldură cu tub de cupru se realizează prin înfășurarea unui tub de cupru pe un obiect cilindric. Cu cât suprafața bobinei este mai mare, cu atât este mai mare performanța pompei

Evaporatorul pompei de căldură poate fi realizat în două versiuni - sub forma unui recipient cu o bobină amplasată în el și sub formă de țeavă într-o conductă. Deoarece temperatura lichidului din evaporator este mică, capacitatea poate fi realizată dintr-un butoi de plastic. În această capacitate este plasat un circuit care este realizat dintr-o țeavă de cupru.

Spre deosebire de condensator, bobina evaporatorului trebuie să corespundă diametrului și înălțimii rezervorului selectat. A doua variantă a evaporatorului: țeavă în țeavă. În această realizare, conducta de refrigerare este plasată într-o țeavă de plastic cu un diametru mai mare, prin care circulă apa.

Lungimea unei astfel de conducte depinde de capacitatea planificată a pompei. Poate fi de la 25 la 40 de metri. O astfel de țeavă este înfășurată.

Supapa termostatică se referă la armăturile de închidere și control ale conductelor. Un ac este utilizat ca element de blocare în supapa de expansiune. Poziția elementului de închidere a supapei este determinată de temperatura din evaporator.

Acest element important al sistemului are un design destul de complicat. Include:

• Termocuplu.
• Diafragma.
• Tubul capilar.
• Termoballon.

Aceste elemente pot deveni inutilizabile la temperaturi ridicate. Prin urmare, în timpul lucrărilor de lipire, supapa trebuie izolată cu o cârpă de azbest. Supapa de control trebuie să corespundă capacității evaporatorului.

După efectuarea lucrărilor la fabricarea principalelor părți structurale, vine un moment crucial al asamblării întregii structuri într-o singură unitate. Cel mai crucial pas este procesul de injectare a agentului frigorific sau lichid de răcire în sistem.

Este puțin probabil să desfășoare o astfel de operațiune independentă pentru un simplu profan. Aici va trebui să apelați la profesioniști care se angajează în repararea și întreținerea echipamentelor HVAC.

Muncitorii din acest domeniu, de regulă, au echipamentul necesar. În plus față de încărcarea agentului frigorific, pot testa sistemul. Încărcarea automată a agentului frigorific poate duce nu numai la ruperea structurii, ci și la răni grave. În plus, este necesar și echipament special pentru a porni sistemul.

Când sistemul pornește, apare o încărcare de vârf, care este de obicei aproximativ 40 A. Prin urmare, pornirea sistemului fără releu de pornire nu este posibilă. După prima pornire, supapa și presiunea refrigerantului trebuie reglate.

Alegerea agentului frigorific trebuie luată în serios. Până la urmă, această substanță este considerată în esență principalul „purtător” al energiei termice utile. Dintre frigiderele moderne existente, freoanele sunt cele mai populare. Aceștia sunt derivați ai compușilor hidrocarburi în care o parte a atomilor de carbon este înlocuită cu alte elemente.

Ca urmare a asamblării elementelor individuale ale pompei de căldură, trebuie obținută o buclă închisă pe care circulă mediul de lucru

Ca urmare a acestor lucrări, a fost obținut un sistem cu buclă închisă. Refrigerantul va circula în el, asigurând selectarea și transferul energiei termice de la evaporator la condensator. La conectarea pompelor de căldură la sistemul de alimentare cu căldură al unei case, trebuie menționat că temperatura apei la ieșirea condensatorului nu depășește 50-60 de grade.

Datorită temperaturii scăzute a energiei termice generate de pompa de căldură, aparatele specializate de încălzire ar trebui să fie selectate ca consumatoare de căldură. Poate fi o pardoseală caldă sau un calorifer cu volum redus de inerție din aluminiu sau oțel cu o suprafață mare de radiații.

Versiunile casnice ale pompelor de căldură sunt cele mai potrivite pentru a fi considerate echipamente auxiliare care susțin și completează activitatea sursei principale.

În fiecare an, proiectările pompelor de căldură sunt îmbunătățite. Modelele industriale concepute pentru uz casnic utilizează suprafețe mai eficiente de transfer de căldură. Drept urmare, performanțele sistemului sunt în continuă creștere.

Un factor important care stimulează dezvoltarea unei astfel de tehnologii pentru producerea de energie termică este componenta de mediu. Astfel de sisteme, pe lângă faptul că sunt destul de eficiente, nu poluează mediul înconjurător. Lipsa unei flăcări deschise face ca funcționarea sa să fie absolut sigură.

Concluzii și video util pe această temă

Video # 1. Cum se face cea mai simplă pompă de căldură făcută la domiciliu cu un schimbător de căldură din conductele PEX:

Video # 2. Continuarea informării:

Ca sisteme alternative de încălzire, pompele de căldură au fost folosite de mult timp. Aceste sisteme au fiabilitate, o durată de viață lungă și, mai important, sunt ecologice. Acestea încep să fie considerate serios ca fiind următorul pas către dezvoltarea sistemelor de încălzire eficiente și sigure.

Doriți să puneți o întrebare sau să discutați despre o metodă interesantă de construire a unei pompe de căldură, care nu este menționată în articol? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos.