Cách chế tạo máy bơm nhiệt để sưởi ấm ngôi nhà bằng chính đôi tay của bạn: nguyên lý hoạt động và sơ đồ lắp ráp

Các phiên bản đầu tiên của bơm nhiệt chỉ có thể đáp ứng một phần nhu cầu về năng lượng nhiệt. Các giống hiện đại có hiệu quả hơn và có thể được sử dụng cho các hệ thống sưởi ấm. Đó là lý do tại sao nhiều chủ nhà đang cố gắng gắn một máy bơm nhiệt bằng tay của chính họ.

Chúng tôi sẽ cho bạn biết cách chọn tùy chọn tốt nhất cho bơm nhiệt, có tính đến dữ liệu địa lý của trang web được lên kế hoạch cài đặt. Bài báo được đề xuất để xem xét mô tả chi tiết nguyên tắc sử dụng các hệ thống năng lượng màu xanh lá cây, các điểm khác biệt được liệt kê. Dựa trên lời khuyên của chúng tôi, bạn chắc chắn sẽ tập trung vào loại hiệu quả.

Đối với các bậc thầy độc lập, chúng tôi trình bày công nghệ lắp ráp một máy bơm nhiệt. Thông tin được trình bày để xem xét được bổ sung bằng sơ đồ trực quan, lựa chọn ảnh và đào tạo video chi tiết trong hai phần.

Máy bơm nhiệt là gì và nó hoạt động như thế nào?

Thuật ngữ bơm nhiệt có nghĩa là một bộ thiết bị nhất định. Chức năng chính của thiết bị này là thu thập năng lượng nhiệt và vận chuyển đến người tiêu dùng. Nguồn năng lượng như vậy có thể là bất kỳ cơ thể hoặc môi trường nào có nhiệt độ từ 1 độ trở lên.

Có quá nhiều nguồn nhiệt độ thấp trong môi trường của chúng ta. Đây là chất thải công nghiệp của các doanh nghiệp, nhà máy nhiệt điện và hạt nhân, nước thải, vv Để vận hành máy bơm nhiệt trong lĩnh vực sưởi ấm gia đình, cần có ba nguồn tự nhiên được khôi phục độc lập - không khí, nước và đất.

Bơm nhiệt hút năng lượng từ các quá trình thường xuyên xảy ra trong môi trường. Quá trình không bao giờ dừng lại, bởi vì các nguồn được công nhận là vô tận theo tiêu chí của con người

Ba nhà cung cấp năng lượng tiềm năng được liệt kê có liên quan trực tiếp đến năng lượng của mặt trời, bằng cách đốt nóng, đặt trong không khí chuyển động với gió và truyền năng lượng nhiệt đến trái đất. Đó là sự lựa chọn của nguồn là tiêu chí chính theo đó các hệ thống bơm nhiệt được phân loại.

Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt dựa trên khả năng cơ thể hoặc phương tiện truyền năng lượng nhiệt sang cơ thể hoặc phương tiện khác. Người nhận và nhà cung cấp năng lượng trong các hệ thống bơm nhiệt thường làm việc theo cặp.

Vì vậy, hãy phân biệt các loại bơm nhiệt sau:

• Không khí là nước.
• Trái đất là nước.
• Nước là không khí.
• Nước là nước.
• Trái đất là không khí.
• Nước - Nước
• Không khí là không khí.

Trong trường hợp này, từ đầu tiên xác định loại phương tiện trong đó hệ thống loại bỏ nhiệt độ thấp. Thứ hai chỉ ra loại chất mang mà năng lượng nhiệt này được truyền tới. Vì vậy, trong bơm nhiệt nước - nước, nhiệt được lấy từ môi trường nước và chất lỏng được sử dụng làm chất mang nhiệt.

Các bơm nhiệt là loại đơn vị nén hơi cấu trúc. Họ trích nhiệt từ các nguồn tự nhiên, xử lý và vận chuyển đến người tiêu dùng (+)

Máy bơm nhiệt hiện đại sử dụng ba chính nguồn nhiệt. Đây là đất, nước và không khí. Đơn giản nhất trong số các tùy chọn này là bơm nhiệt không khí. Sự phổ biến của các hệ thống như vậy có liên quan đến thiết kế khá đơn giản và dễ cài đặt của chúng.

Tuy nhiên, mặc dù phổ biến như vậy, những giống này có năng suất khá thấp. Ngoài ra, hiệu quả không ổn định và phụ thuộc vào biến động nhiệt độ theo mùa.

Với nhiệt độ giảm, hiệu suất của chúng giảm đáng kể. Các tùy chọn như vậy cho bơm nhiệt có thể được coi là một bổ sung cho nguồn năng lượng nhiệt chính hiện có.

Tùy chọn cho thiết bị sử dụng nhiệt mặt đấtđược coi là hiệu quả hơn. Đất tiếp nhận và tích lũy năng lượng nhiệt không chỉ từ Mặt trời, nó còn được đốt nóng liên tục bởi năng lượng của lõi trái đất.

Đó là, đất là một loại pin nhiệt, sức mạnh thực tế là không giới hạn. Hơn nữa, nhiệt độ của đất, đặc biệt là ở một độ sâu nhất định, không đổi và thay đổi không đáng kể.

Phạm vi năng lượng được tạo ra bởi bơm nhiệt:

Hằng số của nhiệt độ nguồn là một yếu tố quan trọng trong hoạt động ổn định và hiệu quả của loại thiết bị điện này. Các đặc điểm tương tự được sở hữu bởi các hệ thống trong đó môi trường nước là nguồn năng lượng nhiệt chính. Người thu gom các máy bơm như vậy được đặt trong giếng, nơi nó ở trong tầng ngậm nước hoặc trong hồ chứa.

Nhiệt độ trung bình hàng năm của các nguồn như đất và nước thay đổi từ + 7º đến + 12º C. Nhiệt độ như vậy là khá đủ để đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.

Hiệu quả nhất là bơm nhiệt trích xuất năng lượng nhiệt từ các nguồn có chỉ số nhiệt độ ổn định, tức là từ nước và đất

Các thành phần cấu trúc chính của bơm nhiệt

Để nhà máy phát điện hoạt động theo nguyên tắc của bơm nhiệt, phải có 4 bộ phận chính trong thiết kế của nó, đó là:

• Máy nén
• Bình hóa hơi.
• Tụ điện.
• Van tiết lưu.

Một yếu tố quan trọng trong thiết kế của bơm nhiệt là máy nén. Chức năng chính của nó là làm tăng áp suất và nhiệt độ của hơi do sự sôi của chất làm lạnh. Đối với công nghệ khí hậu và bơm nhiệt, đặc biệt, máy nén cuộn hiện đại được sử dụng.

Là một chất lỏng làm việc, thực hiện truyền trực tiếp năng lượng nhiệt, chất lỏng có điểm sôi thấp được sử dụng. Theo quy định, amoniac và freon được sử dụng (+)

Máy nén như vậy được thiết kế để hoạt động ở nhiệt độ subzero. Không giống như các giống khác, máy nén cuộn tạo ra ít tiếng ồn và hoạt động cả ở điểm sôi khí thấp và ở nhiệt độ ngưng tụ cao. Ưu điểm không thể nghi ngờ là kích thước nhỏ gọn và trọng lượng riêng thấp.

Hầu như tất cả năng lượng của bơm nhiệt được dành cho việc vận chuyển năng lượng nhiệt từ bên ngoài vào bên trong phòng. Vì vậy, khoảng 1 đơn vị năng lượng được dành cho hoạt động của các hệ thống trong việc sản xuất 4 - 6 đơn vị (+)

Thiết bị bay hơi như một thành phần cấu trúc là một vật chứa trong đó chất làm lạnh lỏng được chuyển thành hơi. Chất làm lạnh, tuần hoàn trong một mạch kín, đi qua thiết bị bay hơi. Trong đó, môi chất lạnh nóng lên và biến thành hơi nước. Hơi áp suất thấp được hướng vào máy nén.

Trong máy nén, hơi môi chất lạnh tiếp xúc với áp suất và nhiệt độ của chúng tăng lên. Máy nén bơm hơi nước nóng dưới áp suất cao về phía bình ngưng.

Máy nén nén môi trường lưu thông dọc theo mạch, do đó nhiệt độ và áp suất của nó tăng lên. Sau đó môi trường nén đi vào bộ trao đổi nhiệt (bình ngưng), nơi nó được làm mát, truyền nhiệt sang nước hoặc không khí

Các yếu tố cấu trúc tiếp theo của hệ thống là một tụ điện. Chức năng của nó là truyền năng lượng nhiệt vào mạch bên trong của hệ thống sưởi ấm.

Các mẫu nối tiếp được sản xuất bởi các doanh nghiệp công nghiệp được trang bị bộ trao đổi nhiệt dạng tấm. Vật liệu chính cho các tụ điện như vậy là thép hợp kim hoặc đồng.

Đối với bộ trao đổi nhiệt tự làm, một ống đồng có đường kính nửa inch là phù hợp. Độ dày thành của các ống được sử dụng để sản xuất bộ trao đổi nhiệt phải ít nhất là 1 mm

Một van điều nhiệt, hay nói cách khác, van được lắp đặt ở phần đầu của mạch thủy lực nơi môi trường áp suất cao tuần hoàn được chuyển đổi thành môi trường áp suất thấp. Chính xác hơn, van tiết lưu kết hợp với máy nén chia mạch bơm nhiệt thành hai phần: một phần có thông số áp suất cao, phần còn lại có mức thấp.

Khi đi qua van tiết lưu giãn nở, chất lỏng tuần hoàn trong mạch kín sẽ bốc hơi một phần, do đó áp suất giảm theo nhiệt độ. Sau đó, nó đi vào bộ trao đổi nhiệt trong giao tiếp với môi trường. Ở đó, nó thu năng lượng của phương tiện và chuyển nó trở lại hệ thống.

Van tiết lưu kiểm soát dòng chất làm lạnh về phía thiết bị bay hơi. Khi chọn một van, các thông số hệ thống phải được xem xét. Van phải tuân thủ các thông số này.

Khi đi qua van điều khiển nhiệt, chất làm mát chất lỏng sẽ bay hơi một phần và nhiệt độ dòng chảy giảm (+)

Lựa chọn loại bơm nhiệt

Các chỉ số chính của hệ thống sưởi ấm này là điện. Trước hết, chi phí tài chính cho việc mua thiết bị và lựa chọn một hoặc một nguồn nhiệt độ thấp sẽ phụ thuộc vào công suất. Công suất của hệ thống bơm nhiệt càng cao thì chi phí linh kiện càng cao.

Trước hết, nó đề cập đến công suất máy nén, độ sâu của giếng đối với các đầu dò địa nhiệt hoặc khu vực để đặt một bộ thu ngang. Tính toán nhiệt động chính xác là một loại đảm bảo rằng hệ thống sẽ hoạt động hiệu quả.

Nếu có một cái ao gần trang web cá nhân của bạn, sự lựa chọn hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất sẽ là máy bơm nhiệt nước

Đầu tiên, bạn nên nghiên cứu khu vực được lên kế hoạch lắp đặt máy bơm. Một điều kiện lý tưởng sẽ là sự hiện diện của một cơ thể của nước trong phần này. Sử dụng tùy chọn loại nước giảm đáng kể khối lượng công việc đất.

Sử dụng sức nóng của đất, trái lại, liên quan đến một số lượng lớn các công việc liên quan đến khai quật. Các hệ thống sử dụng môi trường thủy sinh làm nhiệt độ thấp được coi là hiệu quả nhất.

Thiết bị của một máy bơm nhiệt chiết xuất năng lượng nhiệt từ đất, liên quan đến một lượng đất ấn tượng. Bộ sưu tập được đặt dưới mức đóng băng theo mùa

Có hai cách để sử dụng năng lượng nhiệt của đất. Đầu tiên liên quan đến giếng khoan có đường kính 100-168 mm. Độ sâu của các giếng như vậy, tùy thuộc vào các thông số của hệ thống, có thể đạt tới 100 m trở lên.

Các đầu dò đặc biệt được đặt trong các giếng này. Trong phương pháp thứ hai, một ống dẫn được sử dụng. Một bộ sưu tập như vậy được đặt dưới lòng đất trong một mặt phẳng ngang. Đối với tùy chọn này, một diện tích đủ lớn là bắt buộc.

Để đặt người thu gom, các khu vực có đất ướt được coi là lý tưởng. Đương nhiên, giếng khoan sẽ có giá cao hơn vị trí nằm ngang của hồ chứa. Tuy nhiên, không phải khu vực nào cũng có không gian trống. Đối với một kW công suất bơm nhiệt, cần 30 đến 50 mét vuông diện tích.

Một công trình để thu thập năng lượng nhiệt với một giếng sâu có thể rẻ hơn một chút so với đào hố. Nhưng một điểm cộng đáng kể là tiết kiệm đáng kể không gian, điều này rất quan trọng đối với chủ sở hữu các mảnh đất nhỏ

Trong trường hợp có sự xuất hiện của một chân trời nước ngầm ở trên cao, các bộ trao đổi nhiệt có thể được bố trí trong hai giếng nằm ở khoảng cách khoảng 15 m với nhau.

Việc lựa chọn năng lượng nhiệt trong các hệ thống như vậy bằng cách bơm nước ngầm trong một vòng khép kín, một phần của chúng được đặt trong giếng. Một hệ thống như vậy đòi hỏi phải lắp đặt bộ lọc và làm sạch định kỳ bộ trao đổi nhiệt.

Mạch bơm nhiệt đơn giản và rẻ nhất dựa trên việc khai thác năng lượng nhiệt từ không khí.Một khi nó trở thành cơ sở cho việc lắp đặt tủ lạnh, sau đó, theo nguyên tắc của nó, điều hòa không khí đã được phát triển.

Hệ thống bơm nhiệt đơn giản nhất nhận năng lượng từ khối không khí. Vào mùa hè, cô tham gia sưởi ấm, vào mùa đông trong điều hòa. Nhược điểm của hệ thống là trong một thực thi độc lập, thiết bị không đủ năng lượng

Hiệu quả của các loại thiết bị không giống nhau. Các chỉ số thấp nhất là máy bơm sử dụng không khí. Ngoài ra, các chỉ số này phụ thuộc trực tiếp vào điều kiện thời tiết.

Các loại đất của máy bơm nhiệt có hiệu suất ổn định. Hệ số hiệu quả của các hệ thống này thay đổi trong khoảng 2,8 -3,3. Hệ thống nước-nước là hiệu quả nhất. Điều này chủ yếu là do sự ổn định của nhiệt độ nguồn.

Cần lưu ý rằng bộ thu bơm được đặt càng sâu trong hồ chứa, nhiệt độ sẽ càng ổn định. Để có được công suất hệ thống 10 kW, bạn cần khoảng 300 mét đường ống.

Thông số chính đặc trưng cho hiệu quả của bơm nhiệt là hệ số chuyển đổi của nó. Hệ số chuyển đổi càng cao, bơm nhiệt càng hiệu quả.

Hệ số chuyển đổi của bơm nhiệt được biểu thị bằng tỷ lệ của thông lượng nhiệt và năng lượng điện dành cho máy nén

Tự lắp ráp máy bơm nhiệt

Biết sơ đồ hành động và thiết bị bơm nhiệt, tự lắp ráp và lắp đặt hệ thống sưởi ấm thay thế hoàn toàn có thể Trước khi bắt đầu công việc, cần phải tính toán tất cả các tham số cơ bản của hệ thống trong tương lai. Để tính toán các thông số của máy bơm trong tương lai, bạn có thể sử dụng phần mềm được thiết kế để tối ưu hóa hệ thống làm mát.

Tùy chọn dễ nhất để xây dựng là hệ thống không khí. Nó không đòi hỏi công việc phức tạp trên thiết bị của mạch ngoài, vốn có trong các loại bơm nhiệt nước và đất. Để cài đặt, chỉ cần hai kênh, một trong số đó sẽ cung cấp không khí và kênh thứ hai sẽ xả khối lượng đã chi.

Cách dễ nhất để tự làm là sắp xếp một máy bơm nhiệt với một lượng nhiệt từ khối không khí. Một chiếc quạt ngoài trời thổi không khí vào thiết bị bay hơi

Ngoài quạt, bạn cần có một máy nén công suất cần thiết. Đối với một đơn vị như vậy, máy nén mà thiết bị thông thường được trang bị là khá phù hợp hệ thống phân chia. Không cần thiết phải mua một đơn vị mới.

Bạn có thể loại bỏ nó khỏi thiết bị cũ hoặc sử dụng phụ kiện cho tủ lạnh cũ. Đó là khuyến khích để sử dụng một loạt xoắn ốc. Các tùy chọn máy nén này, ngoài việc có đủ hiệu quả, tạo ra áp suất cao làm tăng nhiệt độ.

Để xây dựng một tụ điện, bạn sẽ cần một điện dung và một ống đồng. Một cuộn dây được làm từ một đường ống. Đối với sản xuất của nó, bất kỳ cơ thể hình trụ có đường kính mong muốn được sử dụng. Bằng cách cuộn một ống đồng trên nó, bạn có thể dễ dàng và nhanh chóng tạo ra yếu tố cấu trúc này.

Các cuộn hoàn thành được gắn trong một container trước đó cắt làm đôi. Đối với việc sản xuất container, tốt hơn là sử dụng vật liệu chống lại quá trình ăn mòn. Sau khi đặt một cuộn dây trong đó, một nửa của bể được hàn.

Diện tích cuộn được tính theo công thức sau:

MT / 0,8 RT,

trong đó:

• MT - sức mạnh của năng lượng nhiệt mà hệ thống tạo ra.
• 0,8 - hệ số dẫn nhiệt trong tương tác của nước với vật liệu của cuộn dây.
• RT - sự chênh lệch nhiệt độ của nước ở đầu vào và đầu ra.

Chọn một ống đồng để tự sản xuất một cuộn dây, bạn cần chú ý đến độ dày của tường. Nó nên có ít nhất 1 mm. Nếu không, khi cuộn dây, đường ống sẽ biến dạng. Đường ống thông qua đầu vào của chất làm lạnh được đặt ở phần trên của bể.

Một bộ trao đổi nhiệt ống đồng được thực hiện bằng cách cuộn một ống đồng lên một vật thể hình trụ. Diện tích bề mặt của cuộn dây càng lớn thì hiệu suất bơm càng cao

Thiết bị bay hơi bơm nhiệt có thể được chế tạo thành hai phiên bản - dưới dạng một thùng chứa với một cuộn dây nằm trong đó và ở dạng ống trong một đường ống. Vì nhiệt độ của chất lỏng trong thiết bị bay hơi nhỏ, công suất có thể được tạo ra từ một thùng nhựa. Trong khả năng này được đặt một mạch được làm bằng ống đồng.

Không giống như một bình ngưng, cuộn dây của cuộn dây bay hơi phải tương ứng với đường kính và chiều cao của bể được chọn. Biến thể thứ hai của thiết bị bay hơi: ống trong ống. Trong phương án này, ống làm lạnh được đặt trong một ống nhựa có đường kính lớn hơn, qua đó nước lưu thông.

Chiều dài của một đường ống như vậy phụ thuộc vào công suất bơm theo kế hoạch. Nó có thể từ 25 đến 40 mét. Một đường ống như vậy được cuộn.

Van tĩnh nhiệt dùng để chỉ các phụ kiện đường ống tắt và điều khiển. Một kim được sử dụng như một yếu tố khóa trong van mở rộng. Vị trí của phần tử ngắt van được xác định bởi nhiệt độ trong thiết bị bay hơi.

Yếu tố quan trọng này của hệ thống có thiết kế khá phức tạp. Nó bao gồm:

• Cặp nhiệt điện.
• Khẩu độ
• Ống mao dẫn.
• Bình giữ nhiệt.

Những yếu tố này có thể trở nên không sử dụng được ở nhiệt độ cao. Do đó, trong quá trình hàn, van nên được cách nhiệt bằng vải amiăng. Van điều khiển phải phù hợp với công suất của thiết bị bay hơi.

Sau khi thực hiện công việc sản xuất các bộ phận kết cấu chính, một thời điểm quan trọng đến là lắp ráp toàn bộ cấu trúc thành một đơn vị. Bước quan trọng nhất là quá trình phun môi chất lạnh hoặc làm mát vào hệ thống.

Độc lập tiến hành một hoạt động như vậy không chắc là giá cả phải chăng cho một giáo dân đơn giản. Tại đây bạn sẽ phải chuyển sang các chuyên gia đang tham gia vào việc sửa chữa và bảo trì thiết bị HVAC.

Công nhân trong lĩnh vực này, như một quy luật, có các thiết bị cần thiết. Ngoài việc sạc chất làm lạnh, họ có thể kiểm tra hệ thống. Tự nạp chất làm lạnh có thể dẫn đến không chỉ phá vỡ cấu trúc, mà còn gây thương tích nghiêm trọng. Ngoài ra, thiết bị đặc biệt cũng cần thiết để khởi động hệ thống.

Khi hệ thống khởi động, tải bắt đầu cực đại xảy ra, thường là khoảng 40 A. Do đó, khởi động hệ thống mà không có rơle khởi động là không thể. Sau lần khởi động đầu tiên, van và áp suất môi chất phải được điều chỉnh.

Việc lựa chọn chất làm lạnh nên được thực hiện nghiêm túc. Rốt cuộc, chính chất này được coi là chất mang năng lượng nhiệt chính hữu ích. Trong số các chất làm lạnh hiện đại hiện có, freon là phổ biến nhất. Đây là các dẫn xuất của các hợp chất hydrocarbon trong đó một phần của các nguyên tử carbon được thay thế bằng các nguyên tố khác.

Kết quả của việc lắp ráp các bộ phận riêng lẻ của bơm nhiệt, phải thu được một vòng kín dọc theo đó môi trường làm việc lưu thông

Kết quả của những công việc này, một hệ thống vòng kín đã thu được. Chất làm lạnh sẽ lưu thông trong đó, đảm bảo việc lựa chọn và truyền năng lượng nhiệt từ thiết bị bay hơi sang thiết bị ngưng tụ. Khi kết nối máy bơm nhiệt với hệ thống cung cấp nhiệt của một ngôi nhà, cần lưu ý rằng nhiệt độ của nước ở đầu ra của bình ngưng không vượt quá 50-60 độ.

Do nhiệt độ thấp của năng lượng nhiệt được tạo ra bởi bơm nhiệt, các thiết bị sưởi ấm chuyên dụng nên được chọn là người tiêu thụ nhiệt. Nó có thể là một sàn ấm hoặc bộ tản nhiệt quán tính thấp làm bằng nhôm hoặc thép với diện tích bức xạ lớn.

Các phiên bản máy bơm nhiệt sản xuất tại nhà thích hợp nhất để coi là thiết bị phụ trợ hỗ trợ và bổ sung cho công việc của nguồn chính.

Mỗi năm các thiết kế của bơm nhiệt đang được cải thiện. Thiết kế công nghiệp được thiết kế để sử dụng trong nước sử dụng bề mặt truyền nhiệt hiệu quả hơn. Do đó, hiệu suất hệ thống không ngừng phát triển.

Một yếu tố quan trọng kích thích sự phát triển của một công nghệ như vậy để sản xuất năng lượng nhiệt là thành phần môi trường. Các hệ thống như vậy, ngoài việc khá hiệu quả, không gây ô nhiễm môi trường. Sự vắng mặt của một ngọn lửa mở làm cho hoạt động của nó tuyệt đối an toàn.

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Video số 1. Cách chế tạo máy bơm nhiệt tự chế đơn giản nhất với bộ trao đổi nhiệt từ ống PEX:

Video số 2. Tiếp tục giao ban:

Là hệ thống sưởi ấm thay thế, bơm nhiệt đã được sử dụng từ lâu. Các hệ thống này có độ tin cậy, tuổi thọ dài và quan trọng là thân thiện với môi trường. Họ nghiêm túc bắt đầu được coi là bước tiếp theo để phát triển các hệ thống sưởi ấm hiệu quả và an toàn.

Bạn muốn hỏi một câu hỏi hoặc nói về một phương pháp thú vị để xây dựng một máy bơm nhiệt, không được đề cập trong bài viết? Hãy viết bình luận trong khối bên dưới.