Како направити топлотну пумпу за грејање куће својим рукама: принцип рада и дијаграми монтаже

Прве верзије топлотних пумпи могле су само делимично да задовоље потребе за топлотном енергијом.Савремене сорте су ефикасније и могу се користити за системе грејања. Због тога многи власници кућа покушавају да инсталирају топлотну пумпу сопственим рукама.

Рећи ћемо вам како да изаберете најбољу опцију за топлотну пумпу, узимајући у обзир геоподатке подручја где се планира инсталирати. Чланак који је предложен за разматрање детаљно описује принцип рада система „зелене енергије“ и наводи разлике. Уз наше савете, несумњиво ћете се определити за ефикасан тип.

За самосталне мајсторе представљамо технологију склапања топлотне пумпе. Информације представљене на разматрање допуњене су визуелним дијаграмима, избором фотографија и детаљним видео упутством у два дела.

Шта је топлотна пумпа и како функционише?

Термин топлотна пумпа се односи на скуп специфичне опреме. Главна функција ове опреме је прикупљање топлотне енергије и транспорт до потрошача. Извор такве енергије може бити било које тело или окружење са температуром од +1º или више степени.

Извора нискотемпературне топлоте у нашој средини има више него довољно. То је индустријски отпад из предузећа, термо и нуклеарних електрана, канализације итд. За рад топлотних пумпи у грејању дома потребна су три природна извора која се саморегенеришу - ваздух, вода и земља.

Топлотне пумпе црпе енергију из процеса који се редовно дешавају у окружењу.Ток процеса никада не престаје, јер су извори препознати као неисцрпни по људским критеријумима

Три наведена потенцијална добављача енергије директно су повезана са енергијом сунца, које загревањем покреће ваздух са ветром и преноси топлотну енергију на земљу. Управо је избор извора главни критеријум по коме се класификују системи топлотних пумпи.

Принцип рада топлотних пумпи заснива се на способности тела или медија да преносе топлотну енергију другом телу или окружењу. Пријемници и добављачи енергије у системима топлотних пумпи обично раде у пару.

Разликују се следеће врсте топлотних пумпи:

• Ваздух је вода.
• Земља је вода.
• Вода је ваздух.
• Вода је вода.
• Земља је ваздух.
• Вода - вода
• Ваздух је ваздух.

У овом случају, прва реч одређује врсту медијума из којег систем узима топлоту ниске температуре. Други означава врсту носача на који се ова топлотна енергија преноси. Дакле, у топлотним пумпама вода је вода, топлота се узима из водене средине и течност се користи као расхладно средство.

По дизајну, топлотне пумпе су јединице за компресију паре. Извлаче топлоту из природних извора, прерађују је и транспортују до потрошача (+)

Модерне топлотне пумпе користе три главне извор топлотне енергије. То су земља, вода и ваздух. Најједноставнија од ових опција је топлотна пумпа извора ваздуха. Популарност таквих система је због њиховог прилично једноставног дизајна и лакоће инсталације.

Међутим, упркос таквој популарности, ове сорте имају прилично ниску продуктивност. Поред тога, ефикасност је нестабилна и зависи од сезонских температурних флуктуација.

Како температура пада, њихове перформансе значајно опадају. Такве опције топлотне пумпе могу се сматрати додатком постојећем главном извору топлотне енергије.

Опције опреме користећи топлота земље, сматрају се ефикаснијим. Земљиште прима и акумулира топлотну енергију не само од Сунца, већ се стално загрева енергијом земљиног језгра.

То јест, тло је нека врста акумулатора топлоте, чија је снага практично неограничена. Штавише, температура земљишта, посебно на некој дубини, је константна и флуктуира у безначајним границама.

Обим примене енергије коју производе топлотне пумпе:

Константност температуре извора је важан фактор за стабилан и ефикасан рад ове врсте енергетске опреме. Сличне карактеристике имају и системи у којима је водена средина главни извор топлотне енергије. Колектор таквих пумпи се налази или у бунару, где завршава у водоносном слоју, или у резервоару.

Просечна годишња температура извора као што су земља и вода варира од +7º до +12º Ц. Ова температура је сасвим довољна да обезбеди ефикасан рад система.

Најефикасније су топлотне пумпе које извлаче топлотну енергију из извора са стабилним индикаторима температуре, тј. из воде и земље

Основни елементи дизајна топлотних пумпи

Да би инсталација за производњу енергије радила по принципима рада топлотне пумпе, њен дизајн мора да садржи 4 главне јединице, а то су:

• Компресор.
• Испаривач.
• кондензатор.
• Гаса вентил.

Важан елемент дизајна топлотне пумпе је компресор. Његова главна функција је да повећа притисак и температуру пара насталих као резултат кључања расхладног средства. Савремени сцролл компресори се посебно користе за опрему за контролу климе и топлотне пумпе.

Као радни флуид који директно преноси топлотну енергију користе се течности са ниском тачком кључања. По правилу се користе амонијак и фреони (+)

Такви компресори су дизајнирани за рад на температурама испод нуле. За разлику од других типова, спирални компресори производе мало буке и раде на ниским температурама кључања гаса и високим температурама кондензације. Несумњива предност је њихова компактна величина и мала специфична тежина.

Скоро сва енергија топлотне пумпе се троши на транспорт топлотне енергије споља у унутрашњост просторије. Дакле, потребна је око 1 јединица енергије за рад система када се производи 4 - 6 јединица (+)

Испаривач као структурни елемент је посуда у којој се течно расхладно средство претвара у пару. Расхладно средство, које циркулише у затвореном кругу, пролази кроз испаривач. У њему се расхладно средство загрева и претвара у пару.Настала пара се усмерава ка компресору под ниским притиском.

У компресору су паре расхладног средства под притиском и њихова температура расте. Компресор пумпа загрејану пару под високим притиском ка кондензатору.

Компресор компримира медијум који циркулише дуж кола, што доводи до повећања његове температуре и притиска. Затим компримовани медијум улази у измењивач топлоте (кондензатор), где се хлади, преносећи топлоту на воду или ваздух

Следећи структурни елемент система је кондензатор. Његова функција се своди на ослобађање топлотне енергије у унутрашње коло система грејања.

Серијски узорци произведени од стране индустријских предузећа опремљени су плочастим измењивачима топлоте. Главни материјал за такве кондензаторе је легирани челик или бакар.

Да бисте направили сопствени измењивач топлоте, погодна је бакарна цев пречника пола инча. Дебљина зида цеви које се користе за производњу измењивача топлоте мора бити најмање 1 мм

Термостатски или на други начин пригушни вентил се поставља на почетку оног дела хидрауличког кола где се циркулациони медијум високог притиска претвара у медијум ниског притиска. Тачније, гас упарен са компресором дели круг топлотне пумпе на два дела: један са параметрима високог притиска, други са параметрима ниског притиска.

Приликом проласка кроз експанзиони пригушни вентил, течност која циркулише у затвореном кругу делимично испарава, услед чега притисак и температура падају. Затим улази у измењивач топлоте који комуницира са околином. Тамо хвата енергију околине и преноси је назад у систем.

Пригушни вентил регулише проток расхладног средства према испаривачу. Приликом избора вентила, морате узети у обзир параметре система. Вентил мора задовољити ове параметре.

Приликом проласка кроз вентил за контролу топлоте, течност за хлађење делимично испарава и температура протока опада (+)

Избор типа топлотне пумпе

Главни индикатор овог система грејања је снага. Финансијски трошкови куповине опреме и одабира једног или другог извора нискотемпературне топлоте првенствено ће зависити од снаге. Што је већа снага система топлотне пумпе, то је већа цена компоненти.

Ту пре свега мислимо на снагу компресора, дубину бунара за геотермалне сонде или на површину за постављање хоризонталног колектора. Исправни термодинамички прорачуни су нека врста гаранције да ће систем функционисати ефикасно.

Ако у близини вашег личног имања постоји рибњак, најисплативији и најпродуктивнији избор би била топлотна пумпа вода-вода

Прво, требало би да проучите подручје које је планирано за уградњу пумпе. Идеално стање би било присуство резервоара на овом подручју. Употреба опција типа вода-вода значајно ће смањити обим радова на ископавању.

Коришћење топлоте земље, напротив, подразумева велики број радова везаних за ископавање. Системи који користе водене медије као топлоту ниског степена сматрају се најефикаснијим.

Дизајн топлотне пумпе која извлачи топлотну енергију из земље захтева импресивну количину радова на ископавању. Колектор се поставља испод нивоа сезонског смрзавања

Топлотна енергија земљишта може се користити на два начина. Први укључује бушење бунара пречника 100-168 мм. Дубина таквих бунара, у зависности од параметара система, може да достигне 100 м или више.

У ове бунаре се постављају посебне сонде. Друга метода користи цевни колектор. Такав колектор се налази под земљом у хоризонталној равни. Ова опција захтева прилично велику површину.

Подручја са влажним земљиштем сматрају се идеалним за полагање колектора. Наравно, бушење бунара коштаће више од хоризонталног позиционирања резервоара. Међутим, нема сваки сајт слободан простор. За један кВ снаге топлотне пумпе потребно је од 30 до 50 м² површине.

Структура за сакупљање топлотне енергије са једним дубоким бунаром може се показати нешто јефтинијом од копања јаме. Али значајан плус је значајна уштеда простора, што је важно за власнике малих парцела

Ако на локацији постоји високо постављен хоризонт подземне воде, измењивачи топлоте се могу уградити у два бунара који се налазе на удаљености од око 15 м један од другог.

Топлотна енергија се сакупља у таквим системима пумпањем подземне воде кроз затворени круг, чији се делови налазе у бунарима. Такав систем захтева уградњу филтера и периодично чишћење измењивача топлоте.

Најједноставнија и најјефтинија шема топлотне пумпе заснива се на извлачењу топлотне енергије из ваздуха. Некада је постао основа за фрижидере, а касније су по његовим принципима развијени и клима уређаји.

Најједноставнији систем топлотне пумпе добија енергију из ваздушне масе. Лети је укључен у грејање, зими у климатизацију.Недостатак система је што самостална јединица нема довољно снаге

Ефикасност различитих врста ове опреме није иста. Пумпе које користе ваздух имају најниже перформансе. Поред тога, ови индикатори директно зависе од временских услова.

Типови топлотних пумпи на земљи имају стабилне перформансе. Коефицијент ефикасности ових система варира између 2,8 -3,3. Системи вода-вода су најефикаснији. Ово је, пре свега, због стабилности температуре извора.

Треба напоменути да што се дубље налази колектор пумпе у резервоару, то ће температура бити стабилнија. За добијање снаге система од 10 кВ потребно је око 300 метара цевовода.

Главни параметар који карактерише ефикасност топлотне пумпе је њен коефицијент конверзије. Што је фактор конверзије већи, то је топлотна пумпа ефикаснија.

Коефицијент конверзије топлотне пумпе се изражава кроз однос топлотног тока и електричне енергије која се троши за рад компресора

Састављање топлотне пумпе сами

Познавајући радну шему и структуру топлотне пумпе, сами је саставите и инсталирајте алтернативни систем грејања врло могуће. Пре почетка рада потребно је израчунати све главне параметре будућег система. Да бисте израчунали параметре будуће пумпе, можете користити софтвер дизајниран за оптимизацију система за хлађење.

Најлакша опција за изградњу је систем ваздух-вода. Не захтева сложен рад на изградњи спољашњег кола, који је својствен воденим и земаљским типовима топлотних пумпи. За уградњу ће вам требати само два канала, од којих ће један доводити ваздух, а други ће испуштати отпадну масу.

Најлакши начин је да направите топлотну пумпу сопственим рукама која извлачи топлоту из ваздушне масе. Спољни вентилатор дува ваздух у испаривач

Поред вентилатора, потребно је набавити и компресор потребне снаге. За такву јединицу, компресор који је опремљен конвенционалним сплит системи. Није потребно купити нову јединицу.

Можете га уклонити са старе опреме или користити старе компоненте фрижидера. Препоручљиво је користити спиралну сорту. Ове опције компресора, поред тога што су прилично ефикасне, стварају високе притиске који производе више температуре.

Да бисте инсталирали кондензатор, биће вам потребан контејнер и бакарна цев. Намотај се прави од цеви. За његову производњу користи се било које цилиндрично тело потребног пречника. Намотавањем бакарне цеви око њега можете лако и брзо произвести овај структурни елемент.

Готова завојница се монтира у контејнер који је претходно пресечен на пола. За производњу контејнера боље је користити материјале који су отпорни на процесе корозије. Након постављања завојнице у њега, половине резервоара су заварене.

Површина намотаја се израчунава помоћу следеће формуле:

МТ/0,8 РТ,

Где:

• МТ - снага топлотне енергије коју систем производи.
• 0,8 — коефицијент топлотне проводљивости када вода ступа у интеракцију са материјалом завојнице.
• РТ — разлика у температури воде на улазу и излазу.

Када бирате бакарну цев за сами израду намотаја, морате обратити пажњу на дебљину зида. Мора бити најмање 1 мм. У супротном, цев ће бити деформисана током намотавања. Цев кроз коју улази расхладно средство налази се у горњем делу посуде.

Бакарни цевни размењивач топлоте се прави намотавањем бакарне цеви на предмет цилиндричног облика. Што је већа површина завојнице, то су перформансе пумпе веће

Испаривач топлотне пумпе може се направити у две верзије - у облику посуде са завојницом која се налази у њему и у облику цеви у цеви. Пошто је температура течности у испаривачу ниска, контејнер се може направити од пластичног бурета. У овај контејнер је постављено коло од бакарне цеви.

За разлику од кондензатора, калем намотаја испаривача мора одговарати пречнику и висини изабраног контејнера. Друга опција испаривача: цев у цеви. У овој изведби, цев за расхладно средство је постављена у пластичну цев већег пречника кроз коју циркулише вода.

Дужина такве цеви зависи од планиране снаге пумпе. Може бити од 25 до 40 метара. Таква цев је умотана у спиралу.

Термостатски вентил се односи на запорне и контролне цевне арматуре. Игла се користи као елемент за затварање у експанзионом вентилу. Положај запорног елемента вентила је одређен температуром у испаривачу.

Овај важан елемент система има прилично сложен дизајн. Садржи:

• Тхермоцоупле.
• дијафрагма.
• Капиларна цев.
• Термални балон.

Ови елементи могу постати неупотребљиви на високим температурама.Због тога, током лемљења на систему, вентил треба изоловати азбестном тканином. Контролни вентил мора одговарати капацитету испаривача.

Након извођења радова на изради главних конструктивних делова, долази до пресудног тренутка када се цела конструкција саставља у један блок. Најкритичнија фаза је процес убризгавања расхладног средства или расхладну течност у систем.

Мало је вероватно да ће обична особа моћи самостално да изврши такву операцију. Овде ћете морати да се обратите професионалцима који поправљају и одржавају опрему за контролу климе.

Радници у овој области обично имају неопходну опрему. Поред пуњења расхладног средства, они могу тестирати рад система. Сами убризгавање расхладног средства може довести не само до квара структуре, већ и до озбиљних повреда. Поред тога, за рад система потребна је и посебна опрема.

Када се систем покрене, долази до вршног стартног оптерећења, обично око 40 А. Стога је покретање система без стартног релеја немогуће. Након првог пуштања у рад, потребно је подешавање вентила и притиска расхладног средства.

Избор расхладног средства треба схватити веома озбиљно. На крају крајева, ова супстанца се у суштини сматра главним „носачем“ корисне топлотне енергије. Од постојећих савремених расхладних средстава, фреони су најпопуларнији. То су деривати угљоводоничних једињења у којима су неки атоми угљеника замењени другим елементима.

Као резултат склапања појединачних елемената топлотне пумпе, треба да се добије затворена петља кроз коју циркулише радни медиј.

Као резултат овог рада добијен је систем затворене петље. У њему ће циркулисати расхладно средство, обезбеђујући избор и пренос топлотне енергије од испаривача до кондензатора. Приликом повезивања топлотних пумпи на систем грејања куће, треба водити рачуна да температура воде која излази из кондензатора не прелази 50 - 60 степени.

Због ниске температуре топлотне енергије коју генерише топлотна пумпа, као потрошач топлоте морају се изабрати специјализовани уређаји за грејање. Ово може бити топли под или волуметријски радијатори ниске инерције од алуминијума или челика са великом површином зрачења.

Опције кућне топлотне пумпе најприкладније се сматрају помоћном опремом која подржава и допуњује рад главног извора.

Сваке године дизајн топлотне пумпе се побољшава. Индустријски дизајни намењени за употребу у домаћинству користе ефикасније површине за пренос топлоте. Као резултат, перформансе система се стално повећавају.

Важан фактор који стимулише развој такве технологије за производњу топлотне енергије је еколошка компонента. Овакви системи, осим што су прилично ефикасни, не загађују животну средину. Одсуство отвореног пламена чини његов рад апсолутно безбедним.

Закључци и користан видео на тему

Видео #1. Како направити једноставну домаћу топлотну пумпу са измењивачем топлоте од ПЕКС цеви:

Видео #2. Наставак инструкције:

Топлотне пумпе се већ дуже време користе као алтернативни системи грејања.Ови системи су поуздани, имају дуг радни век и, што је најважније, еколошки су прихватљиви. Почињу да се озбиљно разматрају као следећи корак ка развоју ефикасних и сигурних система грејања.

Да ли желите да поставите питање или да нам кажете о занимљивом начину изградње топлотне пумпе који није поменут у чланку? Молимо напишите коментаре у блок испод.