Ako vyrobiť tepelné čerpadlo na vykurovanie domu vlastnými rukami: princíp činnosti a schéma montáže

Prvé verzie tepelných čerpadiel dokázali uspokojiť dopyt po tepelnej energii iba čiastočne. Moderné odrody sú efektívnejšie a môžu byť použité pre vykurovacie systémy. Preto sa mnohí majitelia domov snažia namontovať tepelné čerpadlo vlastnými rukami.

Povieme vám, ako zvoliť najlepšie riešenie pre tepelné čerpadlo, berúc do úvahy geografické údaje o mieste, kde sa plánuje jeho inštalácia. Článok navrhnutý na zváženie podrobne popisuje princíp používania systémov „zelenej energie“, rozdiely sú uvedené. Na základe našej rady sa bezpochyby sústredíte na efektívny typ.

Pre nezávislých majstrov uvádzame technológiu montáže tepelného čerpadla. Informácie predložené na zváženie sú doplnené vizuálnymi diagramami, výbermi fotografií a podrobným videozáznamom v dvoch častiach.

Čo je tepelné čerpadlo a ako to funguje?

Pod pojmom tepelné čerpadlo sa rozumie súbor špecifických zariadení. Hlavnou funkciou tohto zariadenia je zber tepelnej energie a jej preprava k spotrebiteľovi. Zdrojom takejto energie môže byť akékoľvek telo alebo médium s teplotou + 1 ° alebo viac stupňov.

V našom prostredí existuje viac ako dostatok zdrojov nízkoteplotného tepla. Sú to priemyselné odpady podnikov, tepelné a jadrové elektrárne, kanalizácia atď. Na prevádzku tepelných čerpadiel v oblasti vykurovania domácností sú potrebné tri nezávisle obnovené prírodné zdroje - vzduch, voda a pôda.

Tepelné čerpadlá „čerpajú“ energiu z procesov, ktoré sa pravidelne vyskytujú v prostredí. Proces sa nikdy nezastaví, pretože zdroje sú ľudskými kritériami považované za nevyčerpateľné

Uvedení traja potenciálni dodávatelia energie priamo súvisia s energiou Slnka, ktorá zohrievaním pohybuje vzduchom s vetrom a prenáša tepelnú energiu na Zem. Je to výber zdroja, ktorý je hlavným kritériom, podľa ktorého sú systémy tepelných čerpadiel klasifikované.

Princíp činnosti tepelných čerpadiel je založený na schopnosti telies alebo médií prenášať tepelnú energiu do iného telesa alebo média. Príjemcovia a dodávatelia energie v systémoch tepelného čerpania zvyčajne pracujú v pároch.

Rozlišujte teda nasledujúce typy tepelných čerpadiel:

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

V tomto prípade prvé slovo definuje typ média, v ktorom systém odvádza teplo pri nízkej teplote. Druhá indikuje typ nosiča, na ktorý sa táto tepelná energia prenáša. V tepelných čerpadlách voda - voda sa teplo odoberá z vodného média a kvapalina sa používa ako nosič tepla.

Tepelné čerpadlá sú konštrukčné jednotky kompresie pár. Odoberajú teplo z prírodných zdrojov, spracovávajú ho a prepravujú k spotrebiteľom (+)

Moderné tepelné čerpadlá využívajú tri hlavné zdroj tepla, Toto je pôda, voda a vzduch. Najjednoduchšia z týchto možností je vzduchové tepelné čerpadlo, Popularita takýchto systémov je spojená s ich pomerne jednoduchým dizajnom a ľahkou inštaláciou.

Napriek tejto popularite však majú tieto odrody pomerne nízku produktivitu. Okrem toho je účinnosť nestabilná a závisí od sezónnych výkyvov teplôt.

S klesajúcou teplotou výrazne klesá ich výkon. Takéto možnosti pre tepelné čerpadlá možno považovať za doplnenie existujúceho hlavného zdroja tepelnej energie.

Možnosti použitia zariadenia prízemné teplosú považované za efektívnejšie. Pôda prijíma a akumuluje tepelnú energiu nielen zo Slnka, ale neustále ju zohrieva energia jadra Zeme.

To znamená, že pôda je druh tepelnej batérie, ktorej sila je prakticky neobmedzená. Okrem toho je teplota pôdy, najmä v určitej hĺbke, konštantná a mení sa nevýznamne.

Rozsah energie vyrobenej tepelnými čerpadlami:

Stálosť teploty zdroja je dôležitým faktorom stabilnej a efektívnej prevádzky tohto typu energetického zariadenia. Podobné vlastnosti majú systémy, v ktorých je vodné prostredie hlavným zdrojom tepelnej energie. Zberač takýchto čerpadiel sa nachádza buď v studni, kde je vo vodonosnej vrstve, alebo v nádrži.

Priemerná ročná teplota zdrojov, ako je pôda a voda, sa pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Takáto teplota je dosť dostačujúca na zabezpečenie efektívnej činnosti systému.

Najúčinnejšie sú tepelné čerpadlá, ktoré získavajú tepelnú energiu zo zdrojov so stabilnými ukazovateľmi teploty, t. z vody a pôdy

Hlavné konštrukčné prvky tepelných čerpadiel

Aby elektráreň mohla fungovať podľa zásad tepelného čerpadla, musia byť vo svojej konštrukcii prítomné 4 hlavné jednotky:

• Kompresor.
• Výparník.
• Kondenzátor.
• Škrtiaci ventil.

Dôležitým prvkom pri konštrukcii tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavnou funkciou je zvyšovanie tlaku a teploty výparov v dôsledku varu chladiva. Najmä pre klimatickú technológiu a tepelné čerpadlá sa používajú moderné špirálové kompresory.

Ako pracovná tekutina sa pri priamom prenose tepelnej energie používajú kvapaliny s nízkym bodom varu. Spravidla sa používa amoniak a freóny (+)

Takéto kompresory sú konštruované na prevádzku pri teplotách pod nulou. Na rozdiel od iných odrôd produkujú špirálové kompresory malý hluk a pracujú tak pri nízkych teplotách varu plynu, ako aj pri vysokých kondenzačných teplotách. Nespornou výhodou je ich kompaktná veľkosť a nízka špecifická hmotnosť.

Takmer všetka energia tepelného čerpadla sa vynakladá na prepravu tepelnej energie zvonka do vnútra miestnosti. Takže asi 1 energetická jednotka sa vynakladá na prevádzku systémov pri výrobe 4-6 jednotiek (+)

Výparník ako konštrukčný prvok je kontajner, v ktorom sa kvapalné chladivo premieňa na pary. Chladivo cirkulujúce v uzavretom okruhu prechádza výparníkom. Chladivo sa v ňom zohreje a zmení sa na paru. Nízkotlaková para je nasmerovaná na kompresor.

V kompresore sú výpary chladiva vystavené tlaku a ich teplota stúpa. Kompresor čerpá zahrievanú paru pod vysokým tlakom smerom ku kondenzátoru.

Kompresor stláča médium cirkulujúce pozdĺž obvodu, čím sa zvyšuje jeho teplota a tlak. Potom stlačené médium vstupuje do výmenníka tepla (kondenzátora), kde je ochladzované, prenášajúce teplo do vody alebo vzduchu

Ďalším štrukturálnym prvkom systému je kondenzátor. Jeho funkciou je prenos tepelnej energie do vnútorného okruhu vykurovacieho systému.

Sériové vzorky vyrobené priemyselnými podnikmi sú vybavené doskovými výmenníkmi tepla. Hlavným materiálom pre takéto kondenzátory je legovaná oceľ alebo meď.

Pre výmenník tepla vyrobený vlastnou činnosťou je vhodná medená rúrka s priemerom 0,5 palca. Hrúbka steny rúrok použitých na výrobu výmenníka tepla musí byť najmenej 1 mm

Termostatický alebo inak škrtiaci ventil je nainštalovaný na začiatku tej časti hydraulického okruhu, kde sa cirkulujúce vysokotlakové médium premení na nízkotlakové médium. Presnejšie povedané, škrtiaca klapka spárovaná s kompresorom rozdeľuje okruh tepelného čerpadla na dve časti: jednu s vysokotlakovými parametrami, druhú s nízkym.

Pri prechode expanzným škrtiacim ventilom sa kvapalina cirkulujúca v uzavretom okruhu čiastočne odparuje, v dôsledku čoho tlak klesá s teplotou. Potom vstupuje do výmenníka tepla v komunikácii s prostredím. Tam zachytáva energiu média a prenáša ju späť do systému.

Škrtiaci ventil reguluje prietok chladiva smerom k výparníku. Pri výbere ventilu sa musia zohľadniť systémové parametre. Ventil musí spĺňať tieto parametre.

Pri prechode cez regulačný ventil tepla sa kvapalné chladivo čiastočne odparuje a teplota vody klesá (+)

Výber typu tepelného čerpadla

Hlavným ukazovateľom tohto vykurovacieho systému je výkon. Finančné náklady na nákup zariadenia a výber jedného alebo druhého zdroja nízkoteplotného tepla budú v prvom rade závisieť od kapacity. Čím vyšší je výkon systému tepelného čerpadla, tým vyššie sú náklady na komponenty.

V prvom rade ide o kapacitu kompresora, hĺbku vrtov pre geotermálne sondy alebo oblasť na umiestnenie horizontálneho kolektora. Správne termodynamické výpočty sú zárukou, že systém bude pracovať efektívne.

Ak sa v blízkosti vášho osobného miesta nachádza rybník, najvýhodnejšou a najproduktívnejšou voľbou bude tepelné čerpadlo voda-voda

Najprv by ste mali študovať oblasť, ktorá je naplánovaná na inštaláciu pumpy. Ideálnym stavom by bola prítomnosť vodného útvaru v tejto časti. použitie možnosti typu voda-voda výrazne znížiť objem zemných prác.

Využívanie tepla zeme naopak vyžaduje veľké množstvo prác týkajúcich sa výkopu. Systémy, ktoré používajú vodné prostredie ako teplo nízkej kvality, sa považujú za najúčinnejšie.

Zariadenie tepelného čerpadla, ktoré odoberá tepelnú energiu z pôdy, zahŕňa pôsobivé množstvo zemných prác. Kolektor je položený pod úroveň sezónneho zamrznutia

Existujú dva spôsoby, ako využiť tepelnú energiu pôdy. Prvá zahŕňa vrtné vrty s priemerom 100 - 168 mm. Hĺbka takýchto vrtov môže v závislosti od parametrov systému dosiahnuť 100 m alebo viac.

Do týchto jamiek sa umiestnia špeciálne sondy. Pri druhom spôsobe sa používa potrubné rozdeľovacie potrubie. Takýto kolektor je umiestnený pod zemou v horizontálnej rovine. Pre túto možnosť je potrebná dostatočne veľká plocha.

Na položenie kolektora sa za ideálne považujú oblasti s vlhkou zeminou. Vŕtacie studne budú samozrejme stáť viac ako horizontálne umiestnenie nádrže. Nie každá oblasť má však voľný priestor. Na jeden kW výkonu tepelného čerpadla je potrebných 30 až 50 m² plochy.

Konštrukcia na zhromažďovanie tepelnej energie s jednou hlbokou studňou môže byť o niečo lacnejšia ako kopanie jamy. Významným plusom je však značná úspora priestoru, ktorá je dôležitá pre majiteľov malých pozemkov

V prípade prítomnosti vysoko položeného horizontu podzemnej vody môžu byť tepelné výmenníky usporiadané v dvoch studniach umiestnených vo vzdialenosti asi 15 m od seba.

Výber tepelnej energie v týchto systémoch čerpaním podzemnej vody v uzavretej slučke, ktorej časti sa nachádzajú v studniach. Takýto systém vyžaduje inštaláciu filtra a pravidelné čistenie výmenníka tepla.

Najjednoduchší a najlacnejší okruh tepelného čerpadla je založený na získavaní tepelnej energie zo vzduchu.Akonáhle sa stal základom pre inštaláciu chladničiek, neskôr sa podľa jeho zásad vyvinuli klimatizačné zariadenia.

Najjednoduchší systém tepelného čerpania prijíma energiu zo vzduchovej hmoty. V lete sa podieľa na vykurovaní, v zime na klimatizácii. Nevýhodou systému je, že pri nezávislom výkone je jednotka s nedostatočným výkonom

Účinnosť rôznych typov zariadení nie je rovnaká. Najnižšie ukazovatele sú čerpadlá, ktoré používajú vzduch. Tieto ukazovatele sú navyše priamo závislé od poveternostných podmienok.

Pôdne druhy tepelných čerpadiel majú stabilný výkon. Koeficient účinnosti týchto systémov sa pohybuje medzi 2,8 - 3,3. Systémy voda-voda sú najúčinnejšie. Je to predovšetkým kvôli stabilite teploty zdroja.

Je potrebné poznamenať, že čím hlbší je kolektor čerpadla v nádrži, tým stabilnejšia bude teplota. Na získanie kapacity systému 10 kW potrebujete asi 300 metrov potrubia.

Hlavným parametrom charakterizujúcim účinnosť tepelného čerpadla je jeho prevodný koeficient. Čím vyšší je prepočítavací koeficient, tým účinnejšie je tepelné čerpadlo.

Prepočítavací koeficient tepelného čerpadla je vyjadrený ako pomer tepelného toku a elektrickej energie spotrebovanej na kompresor.

Zostavte tepelné čerpadlo sami pre seba

Zoznámte sa s akčnou schémou a zariadením tepelného čerpadla, zostavte a nainštalujte sami alternatívny vykurovací systém celkom pravdepodobne. Pred začatím práce je potrebné vypočítať všetky základné parametre budúceho systému. Na výpočet parametrov budúceho čerpadla môžete použiť softvér navrhnutý na optimalizáciu chladiacich systémov.

Najjednoduchšia možnosť zostavenia je systém vzduch-voda, Nevyžaduje si zložité práce na zariadení vonkajšieho okruhu, ktoré je neodmysliteľnou súčasťou rôznych druhov vody a pôdy v tepelných čerpadlách. Na inštaláciu budú potrebné iba dva kanály, z ktorých jeden bude privádzať vzduch a druhý bude vypúšťať spotrebovanú hmotu.

Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť sami, je zariadiť tepelné čerpadlo s prívodom tepla zo vzdušnej hmoty. Vonkajší ventilátor fúka vzduch do výparníka

Okrem ventilátora musíte mať aj kompresor s požadovaným výkonom. Pre takúto jednotku je celkom vhodný kompresor, ktorý je vybavený bežným vybavením split systémy, Nie je potrebné kupovať novú jednotku.

Môžete ich odstrániť zo starého zariadenia alebo z používania doplnky pre starú chladničku, Je vhodné použiť špirálovitú odrodu. Tieto možnosti kompresora okrem dostatočnej účinnosti vytvárajú vysoké tlaky, ktoré zvyšujú teplotu.

Na vybudovanie kondenzátora budete potrebovať kapacitné a medené potrubie. Cievka je vyrobená z rúry. Na jeho výrobu sa používa akékoľvek valcové teleso požadovaného priemeru. Navinutím medenej rúrky na ňu môžete ľahko a rýchlo vytvoriť tento konštrukčný prvok.

Hotová cievka je namontovaná v nádobe predtým rozrezanej na polovicu. Na výrobu kontajnerov je lepšie používať materiály odolné voči koróznym procesom. Po vložení zvitku do neho sa zvaria polovice nádrže.

Plocha cievky sa vypočíta podľa tohto vzorca:

MT / 0,8 RT,

kde:

• MT - výkon tepelnej energie, ktorú systém vytvára.
• 0,8 - koeficient tepelnej vodivosti pri interakcii vody s materiálom cievky.
• RT - rozdiel teploty vody na vstupe a výstupe.

Pri výbere medenej rúrky pre vlastnú výrobu cievky musíte venovať pozornosť hrúbke steny. Mala by byť najmenej 1 mm. Inak sa pri navíjaní potrubie zdeformuje. Potrubie, cez ktoré je prívod chladiva umiestnený v hornej časti nádrže.

Výmenník tepla s medenou rúrkou sa vyrába navinutím medenej rúrky na valcový predmet. Čím väčšia je plocha povrchu cievky, tým vyšší je výkon čerpadla

Výparník tepelného čerpadla môže byť vyrobený v dvoch verziách - vo forme nádoby s vinutou cievkou a vo forme rúrky v rúrke. Pretože teplota kvapaliny vo výparníku je nízka, môže byť kapacita vyrobená z plastového valca. V tejto kapacite je umiestnený obvod, ktorý je vyrobený z medenej rúrky.

Na rozdiel od kondenzátora musí špirála špirály výparníka zodpovedať priemeru a výške vybranej nádrže. Druhý variant výparníka: potrubie v potrubí. V tomto uskutočnení je rúrka chladiva umiestnená v plastovej rúrke väčšieho priemeru, cez ktorú cirkuluje voda.

Dĺžka takého potrubia závisí od plánovaného výkonu čerpadla. Môže byť od 25 do 40 metrov. Takáto rúrka je stočená.

Termostatický ventil označuje uzatváracie a regulačné potrubné armatúry. Ihla sa používa ako blokovací prvok v expanznom ventile. Poloha uzatváracieho prvku ventilu je určená teplotou vo výparníku.

Tento dôležitý prvok systému má dosť komplikovaný dizajn. Zahŕňa:

• Termočlánok.
• Aperture.
• Kapilárna trubica.
• Termoballon.

Tieto prvky sa môžu stať nepoužiteľnými pri vysokých teplotách. Preto by mal byť ventil počas spájkovania izolovaný azbestovou tkaninou. Regulačný ventil sa musí zhodovať s kapacitou výparníka.

Po vykonaní prác na výrobe hlavných konštrukčných častí prichádza rozhodujúci okamih zostavenia celej konštrukcie do jednej jednotky. Najdôležitejším krokom je proces vstrekovania chladiva alebo chladiacej zmesi do systému.

Nezávislé vykonávanie takejto operácie nie je pravdepodobné, že bude dostupné pre jednoduchého laika. Tu sa budete musieť obrátiť na odborníkov, ktorí sa zaoberajú opravami a údržbou zariadení HVAC.

Pracovníci v tejto oblasti majú spravidla potrebné vybavenie. Okrem nabíjania chladiva môžu systém testovať. Samonapĺňanie chladiva môže viesť nielen k narušeniu štruktúry, ale aj k vážnym zraneniam. Okrem toho je na spustenie systému potrebné špeciálne vybavenie.

Pri spustení systému nastane maximálna počiatočná záťaž, ktorá je zvyčajne okolo 40 A. Preto nie je možné spustiť systém bez štartovacieho relé. Po prvom uvedení do prevádzky musí byť nastavený ventil a tlak chladiva.

Výber chladiva by sa mal brať vážne. Koniec koncov, práve táto látka sa v podstate považuje za hlavný „nosič“ užitočnej tepelnej energie. Z existujúcich moderných chladív sú najobľúbenejšie freóny. Sú to deriváty uhľovodíkových zlúčenín, v ktorých je časť atómov uhlíka nahradená inými prvkami.

V dôsledku montáže jednotlivých prvkov tepelného čerpadla by sa mala získať uzavretá slučka, pozdĺž ktorej cirkuluje pracovné médium

Výsledkom týchto prác bol systém uzavretej slučky. Chladivo v ňom cirkuluje a zabezpečuje výber a prenos tepelnej energie z výparníka do kondenzátora. Pri pripájaní tepelných čerpadiel k systému dodávky tepla v dome je potrebné poznamenať, že teplota vody na výstupe z kondenzátora nepresahuje 50 - 60 stupňov.

Z dôvodu nízkej teploty tepelnej energie generovanej tepelným čerpadlom by sa ako spotrebič tepla mali zvoliť špecializované vykurovacie zariadenia. Môže to byť teplá podlaha alebo objemové nízko zotrvačné radiátory vyrobené z hliníka alebo ocele s veľkou radiačnou plochou.

Domáce verzie tepelných čerpadiel sú najvhodnejšie považovať za pomocné zariadenia, ktoré podporujú a dopĺňajú prácu hlavného zdroja.

Každý rok sa vylepšujú návrhy tepelných čerpadiel. Priemyselné vzory určené na použitie v domácnosti používajú účinnejšie povrchy na prenos tepla. Výsledkom je, že výkon systému neustále rastie.

Dôležitým faktorom, ktorý stimuluje vývoj takejto technológie na výrobu tepelnej energie, je zložka životného prostredia. Takéto systémy okrem toho, že sú dosť účinné, neznečisťujú životné prostredie. Absencia otvoreného plameňa robí jeho prevádzku úplne bezpečnou.

Závery a užitočné video na túto tému

Video č. 1. Ako vyrobiť najjednoduchšie domáce tepelné čerpadlo s výmenníkom tepla z rúrok PEX:

Video č. 2. Pokračovanie v briefingu:

Ako alternatívne vykurovacie systémy sa už dlho používajú tepelné čerpadlá. Tieto systémy majú spoľahlivosť, dlhú životnosť a, čo je dôležité, sú šetrné k životnému prostrediu. Vážne sa začínajú považovať za ďalší krok k vývoju účinných a bezpečných vykurovacích systémov.

Chcete sa opýtať alebo hovoriť o zaujímavom spôsobe výroby tepelného čerpadla, ktorý nie je uvedený v článku? Prosím, napíšte komentár do nižšie uvedeného bloku.