Cum să faci o pompă de căldură pentru încălzirea unei case cu propriile mâini: principiu de funcționare și diagrame de asamblare

Primele versiuni de pompe de căldură au putut satisface doar parțial nevoile de energie termică.Soiurile moderne sunt mai eficiente și pot fi folosite pentru sistemele de încălzire. Acesta este motivul pentru care mulți proprietari încearcă să instaleze o pompă de căldură cu propriile mâini.

Vă vom spune cum să alegeți cea mai bună opțiune pentru o pompă de căldură, ținând cont de geodatele zonei în care este planificat să fie instalată. Articolul propus spre examinare descrie în detaliu principiul de funcționare a sistemelor de „energie verde” și enumeră diferențele. Cu sfaturile noastre, fără îndoială, vă veți stabili un tip eficient.

Pentru meseriașii independenți, vă prezentăm tehnologia de asamblare a unei pompe de căldură. Informațiile prezentate pentru a fi luate în considerare sunt completate de diagrame vizuale, selecții de fotografii și o instrucțiune 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 de a colecta energie termică și de a o transporta către consumator. Sursa unei astfel de energie poate fi orice corp sau mediu cu o temperatură de +1º sau mai multe grade.

Există mai mult decât suficiente surse de căldură la temperatură scăzută în mediul nostru. Acestea sunt deșeuri industriale de la întreprinderi, centrale termice și nucleare, canalizare etc. Pentru a funcționa pompele de căldură în încălzirea locuinței, sunt necesare trei surse naturale autoregenerabile - aer, apă și pământ.

Pompele de căldură atrag energie din procesele care au loc în mod regulat în mediu.Fluxul proceselor nu se oprește niciodată, deoarece sursele sunt recunoscute ca inepuizabile după criterii umane

Cei trei potențiali furnizori de energie enumerați sunt direct legați de energia soarelui, care, prin încălzire, mișcă aerul odată cu vântul și transferă energie termică către pământ. Alegerea sursei este principalul criteriu în funcție de care sunt clasificate sistemele cu pompe de căldură.

Principiul de funcționare al pompelor de căldură se bazează pe capacitatea corpurilor sau mediilor de a transfera energie termică către alt corp sau mediu. Receptorii și furnizorii de energie din sistemele cu pompe de căldură lucrează de obicei în perechi.

Se disting următoarele tipuri de pompe de căldură:

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

În acest caz, primul cuvânt determină tipul de mediu din care sistemul preia căldură la temperatură scăzută. Al doilea indică tipul de purtător către care este transferată această energie termică. Deci, în pompele de căldură, apa este apă, căldura este preluată din mediul acvatic și lichidul este folosit ca lichid de răcire.

Prin proiectare, pompele de căldură sunt unități de compresie a vaporilor. Ei extrag căldură din surse naturale, o procesează și o transportă către consumatori (+)

Pompele de căldură moderne folosesc trei principale sursa de energie termica. Acestea sunt solul, apa și aerul. Cea mai simplă dintre aceste opțiuni este sursa de aer pompa de caldura. Popularitatea unor astfel de sisteme se datorează designului lor destul de simplu și ușurinței 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 sezoniere de temperatură.

Pe măsură ce temperatura scade, performanța lor scade semnificativ. Astfel de opțiuni de pompă de căldură pot fi considerate ca un plus la sursa principală existentă de energie termică.

Opțiuni de echipamente folosind căldura solului, sunt considerate mai eficiente. Solul primește și acumulează energie termică nu numai de la Soare, ci este încălzit constant de energia miezului pământului.

Adică, solul este un fel de acumulator de căldură, a cărui putere este practic nelimitată. Mai mult, temperatura solului, mai ales la o anumită adâncime, este constantă și fluctuează în limite nesemnificative.

Domeniul de aplicare a energiei generate de pompele de căldură:

Constanța temperaturii sursei este un factor important în funcționarea stabilă și eficientă a acestui tip de echipament de putere. Sistemele în care mediul acvatic este principala sursă de energie termică au caracteristici similare. Colectorul unor astfel de pompe este situat fie într-un puț, unde ajunge într-un acvifer, fie într-un rezervor.

Temperatura medie anuală a surselor cum ar fi solul și apa variază de la +7° la + 12° C. Această temperatură este suficientă pentru a asigura funcționarea eficientă a sistemului.

Cele mai eficiente sunt pompele de căldură care extrag energie termică din surse cu indicatori stabili de temperatură, adică. din apa si sol

Elemente de bază de proiectare ale pompelor de căldură

Pentru ca instalația de producere a energiei să funcționeze conform principiilor de funcționare ale unei pompe de căldură, proiectarea acesteia trebuie să conțină 4 unități principale, acestea sunt:

• Compresor.
• Evaporator.
• Condensator.
• Clapetei de accelerație.

Un element important al designului pompei de căldură este compresorul. Funcția sa principală este de a crește presiunea și temperatura vaporilor formați ca urmare a fierberii agentului frigorific. Compresoarele scroll moderne sunt utilizate în special pentru echipamentele de climatizare și pompele de căldură.

Lichidele cu un punct de fierbere scăzut sunt folosite ca fluid de lucru care transferă direct energia termică. De regulă, se folosesc amoniacul și freonii (+)

Astfel de compresoare sunt proiectate pentru a funcționa la temperaturi sub zero. Spre deosebire de alte tipuri, compresoarele scroll produc puțin zgomot și funcționează atât la temperaturi scăzute de fierbere a gazului, cât și la temperaturi ridicate de condensare. Un avantaj incontestabil este dimensiunea lor compactă și greutatea specifică redusă.

Aproape toată energia unei pompe de căldură este cheltuită pentru transportul energiei termice din exterior în interiorul încăperii. Deci este nevoie de aproximativ 1 unitate de energie pentru a opera sistemele atunci când produc 4 - 6 unități (+)

Evaporatorul ca element structural este un recipient în care agentul frigorific lichid este transformat în vapori. Agentul frigorific, care circulă în circuit închis, trece prin evaporator. În el, agentul frigorific se încălzește și se transformă în abur.Aburul rezultat este direcționat către compresor sub presiune scăzută.

În compresor, vaporii de agent frigorific sunt presurizați și temperatura acestora crește. Compresorul pompează abur încălzit sub presiune mare către condensator.

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

Următorul element structural al sistemului este condensatorul. Funcția sa se reduce la eliberarea de energie termică în circuitul intern al sistemului de încălzire.

Probele în serie fabricate de întreprinderile industriale sunt echipate cu schimbătoare de căldură cu plăci. Materialul principal pentru astfel de condensatoare este oțelul aliat sau cuprul.

Pentru a vă face propriul schimbător de căldură, este potrivit un tub de cupru cu un diametru de jumătate de inch. Grosimea peretelui conductelor utilizate la fabricarea schimbătorului de căldură trebuie să fie de cel puțin 1 mm

Supapa termostatică sau de accelerație este instalată la începutul acelei părți a circuitului hidraulic în care mediul de circulație de înaltă presiune este transformat într-un mediu de joasă presiune. Mai exact, o clapetă de accelerație asociată cu un compresor împarte circuitul pompei de căldură în două părți: una cu parametri de presiune ridicată, cealaltă cu parametri de presiune scăzută.

La trecerea prin supapa de accelerație de expansiune, lichidul care circulă într-un circuit închis se evaporă parțial, drept urmare presiunea și temperatura scad. Apoi intră într-un schimbător de căldură care comunică cu mediul. Acolo captează energia mediului și o transferă înapoi în sistem.

Supapa de accelerație reglează debitul de agent frigorific către evaporator. Atunci când alegeți o supapă, trebuie să luați în considerare parametrii sistemului. Supapa trebuie să îndeplinească acești parametri.

La trecerea prin supapa de control al căldurii, lichidul de răcire se evaporă parțial și temperatura pe tur scade (+)

Selectarea unui tip de pompă de căldură

Principalul indicator al acestui sistem de încălzire este puterea. Costurile financiare ale achiziționării de echipamente și ale alegerii uneia sau altei surse de căldură la temperatură scăzută vor depinde în primul rând de putere. Cu cât puterea sistemului pompei de căldură este mai mare, cu atât costul componentelor este mai mare.

În primul rând, ne referim la puterea compresorului, la adâncimea puțurilor pentru sonde geotermale sau la zona de amplasare a unui colector orizontal. Calculele termodinamice corecte sunt un fel de garanție că sistemul va funcționa eficient.

Dacă există un iaz în apropierea proprietății personale, cea mai rentabilă și productivă alegere ar fi o pompă de căldură apă-apă.

În primul rând, ar trebui să studiați zona care este planificată pentru instalarea pompei. Condiția ideală ar fi prezența unui rezervor în această zonă. Utilizare opțiune tip apă-apă va reduce semnificativ volumul lucrărilor de excavare.

Utilizarea căldurii pământului, dimpotrivă, presupune un număr mare de lucrări legate de săpături. Sistemele care folosesc medii apoase ca căldură de calitate scăzută sunt considerate cele mai eficiente.

Proiectarea unei pompe de căldură care extrage energia termică din sol necesită o cantitate impresionantă de lucrări de excavare. Colectorul este așezat sub nivelul de îngheț sezonier

Energia termică a solului poate fi utilizată în două moduri. Prima presupune forarea puțurilor cu diametrul de 100-168 mm. Adâncimea unor astfel de puțuri, în funcție de parametrii sistemului, poate ajunge la 100 m sau mai mult.

În aceste godeuri sunt plasate sonde speciale. A doua metodă folosește un colector de țevi. Un astfel de colector este situat sub pământ într-un plan orizontal. Această opțiune necesită o suprafață destul de mare.

Zonele cu sol umed sunt considerate ideale pentru așezarea colectorului. Desigur, forarea puțurilor va costa mai mult decât poziționarea orizontală a rezervorului. Cu toate acestea, nu orice site are spațiu liber. Pentru un kW de putere a pompei de căldură aveți nevoie de o suprafață de la 30 la 50 m².

O structură pentru colectarea energiei termice cu o fântână adâncă se poate dovedi a fi puțin mai ieftină decât săparea unei gropi. Dar un plus semnificativ este economia semnificativă de spațiu, care este importantă pentru proprietarii de parcele mici

Dacă pe șantier există un orizont de apă subterană înalt, schimbătoarele de căldură pot fi instalate în două puțuri situate la o distanță de aproximativ 15 m una de alta.

Energia termică este colectată în astfel de sisteme prin pomparea apei subterane printr-un circuit închis, părți din care sunt amplasate în puțuri. Un astfel de sistem necesită instalarea unui filtru și curățarea periodică a schimbătorului de căldură.

Cea mai simplă și ieftină schemă de pompă de căldură se bazează pe extragerea energiei termice din aer. A devenit odată baza pentru frigidere; mai târziu, aparatele de aer condiționat au fost dezvoltate conform principiilor sale.

Cel mai simplu sistem de pompă de căldură primește energie din masa de aer. Vara se implica in incalzire, iarna in aer conditionat.Dezavantajul sistemului este că unitatea autonomă are o putere insuficientă

Eficiența diferitelor tipuri de acest echipament nu este aceeași. Pompele care folosesc aer au cea mai scăzută performanță. În plus, acești indicatori depind direct de condițiile meteorologice.

Tipurile de pompe de căldură bazate pe sol au performanțe stabile. Coeficientul de eficienta al acestor sisteme variaza intre 2,8 -3,3. Sistemele apă-apă sunt cele mai eficiente. Acest lucru se datorează, în primul rând, stabilității temperaturii sursei.

Trebuie remarcat faptul că, cu cât colectorul pompei este situat mai adânc în rezervor, cu atât temperatura va fi mai stabilă. Pentru a obține o putere a sistemului de 10 kW, sunt necesari aproximativ 300 de metri de conductă.

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

Coeficientul de conversie al unei pompe de căldură este exprimat prin raportul dintre fluxul de căldură și puterea electrică consumată pentru a funcționa compresorul

Asamblați singur o pompă de căldură

Cunoscând schema de funcționare și structura pompei de căldură, asamblați-o și instalați-o singur sistem alternativ de încălzire destul de posibil. Înainte de a începe lucrul, este necesar să se calculeze toți parametrii principali ai viitorului sistem. Pentru a calcula parametrii viitoarei pompe, puteți utiliza software conceput pentru a optimiza sistemele de răcire.

Cea mai ușoară opțiune de construit este sistem aer-apă. Nu necesită lucrări complexe la construcția unui circuit extern, care este inerent tipurilor de pompe de căldură de apă și sol. Pentru instalare, veți avea nevoie doar de două canale, dintre care unul va furniza aer, iar al doilea va descărca masa reziduală.

Cel mai simplu mod este să construiești o pompă de căldură cu propriile mâini, care extrage căldură din masa de aer. Un ventilator de exterior suflă aer în evaporator

Pe lângă ventilator, trebuie să obțineți un compresor cu puterea necesară. Pentru o astfel de unitate, compresorul care este echipat cu convențional sisteme split. Nu este necesar să cumpărați o unitate nouă.

Îl puteți elimina din echipamentul vechi sau îl puteți utiliza componente vechi ale frigiderului. Este recomandabil să folosiți varietatea spirală. Aceste opțiuni de compresor, pe lângă faptul că sunt destul de eficiente, creează presiuni mari care produc temperaturi mai ridicate.

Pentru a instala un condensator veți avea nevoie de un recipient și o țeavă de cupru. O bobină este făcută dintr-o țeavă. Pentru fabricarea sa se folosește orice corp cilindric cu diametrul necesar. Înfășurând o țeavă de cupru în jurul acesteia, puteți produce ușor și rapid acest element structural.

Bobina finită se montează într-un recipient tăiat în prealabil în jumătate. Pentru fabricarea containerelor, este mai bine să folosiți materiale care sunt rezistente la procesele de coroziune. După plasarea bobinei în ea, jumătățile rezervorului sunt sudate.

Aria bobinei se calculează folosind următoarea formulă:

MT/0,8 RT,

Unde:

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

Atunci când alegeți o țeavă de cupru pentru a face singur o bobină, trebuie să acordați atenție grosimii peretelui. Trebuie să fie de cel puțin 1 mm. În caz contrar, conducta va fi deformată în timpul înfășurării. Conducta prin care intră agentul frigorific se află în partea superioară a recipientului.

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

Evaporatorul cu pompă de căldură poate fi realizat în două versiuni - sub formă de recipient cu o bobină amplasată în el și sub formă de țeavă într-o țeavă. Deoarece temperatura lichidului din evaporator este scăzută, recipientul poate fi realizat dintr-un butoi de plastic. În acest recipient este plasat un circuit din conductă de cupru.

Spre deosebire de un condensator, serpentina bateriei evaporatorului trebuie să se potrivească cu diametrul și înălțimea recipientului selectat. A doua opțiune de evaporator: conductă în conductă. în acest exemplu de realizare, tubul de agent frigorific este plasat într-o conductă de plastic cu diametru mai mare prin care circulă apa.

Lungimea unei astfel de conducte depinde de puterea planificată a pompei. Poate fi de la 25 la 40 de metri. O astfel de țeavă este rulată într-o spirală.

Supapa termostatică se referă la fitingurile de închidere și control ale conductelor. Un ac este folosit ca element de închidere 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 complex. Include:

• Termocuplu.
• Diafragmă.
• Tub capilar.
• Balon termic.

Aceste elemente pot deveni inutilizabile la temperaturi ridicate.Prin urmare, în timpul lucrărilor de lipire a sistemului, supapa trebuie izolată cu țesătură de azbest. Supapa de control trebuie să se potrivească cu capacitatea evaporatorului.

După efectuarea lucrărilor la fabricarea pieselor structurale principale, momentul crucial vine la asamblarea întregii structuri într-un singur bloc. Cea mai critică etapă este procesul de injectare a agentului frigorific sau lichid de răcire în sistem.

Este puțin probabil ca o persoană obișnuită să poată efectua o astfel de operațiune în mod independent. Aici va trebui să apelezi la profesioniști care repara și întrețin echipamentele de climatizare.

Muncitorii din acest domeniu au de obicei echipamentele necesare. Pe lângă încărcarea agentului frigorific, aceștia pot testa funcționarea sistemului. Injectarea personală a agentului frigorific poate duce nu numai la defecțiuni structurale, ci și la vătămări grave. În plus, este nevoie de echipamente speciale pentru a rula sistemul.

Când sistemul pornește, apare o sarcină maximă de pornire, de obicei în jur de 40 A. Prin urmare, pornirea sistemului fără un releu de pornire este imposibilă. După prima pornire, este necesară reglarea supapei și a presiunii agentului frigorific.

Alegerea agentului frigorific trebuie luată foarte în serios. La urma urmei, această substanță este considerată în esență principalul „purtător” al energiei termice utile. Dintre agenții frigorifici moderni existenți, freonii sunt cei mai populari. Aceștia sunt derivați ai compușilor de hidrocarburi în care unii dintre atomii de carbon sunt înlocuiți cu alte elemente.

Ca urmare a asamblării elementelor individuale ale pompei de căldură, ar trebui să se obțină o buclă închisă prin care circulă mediul de lucru

În urma acestei lucrări, a fost obținut un sistem în buclă închisă. Agentul frigorific va circula in el, asigurand selectia si transferul energiei termice de la evaporator la condensator. La conectarea pompelor de căldură la sistemul de încălzire a locuinței, trebuie luat în considerare faptul că temperatura apei care iese din condensator nu depășește 50 - 60 de grade.

Datorită temperaturii scăzute a energiei termice generate de pompa de căldură, ca consumator de căldură trebuie selectate dispozitive de încălzire specializate. Aceasta poate fi o pardoseală caldă sau radiatoare volumetrice cu inerție redusă din aluminiu sau oțel cu o zonă mare de radiație.

Opțiunile de pompă de căldură de casă sunt considerate cel mai adecvat ca echipamente auxiliare care sprijină și completează funcționarea sursei principale.

În fiecare an, designul pompelor de căldură este îmbunătățit. Modele industriale destinate uzului casnic, suprafețe de transfer de căldură mai eficiente. Ca urmare, performanța sistemului crește constant.

Un factor important care stimulează dezvoltarea unei astfel de tehnologii pentru producerea energiei termice este componenta de mediu. Astfel de sisteme, pe lângă faptul că sunt destul de eficiente, nu poluează mediul. Absența flăcării deschise face ca funcționarea acestuia să fie absolut sigură.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul #1. Cum să faci o pompă de căldură simplă de casă cu un schimbător de căldură din țevi PEX:

Videoclipul #2. Continuarea instrucțiunii:

Pompele de căldură au fost folosite ca sisteme alternative de încălzire de ceva timp.Aceste sisteme sunt fiabile, au o durată de viață lungă și, cel mai important, sunt ecologice. Ele încep să fie considerate serios ca următorul pas către dezvoltarea unor sisteme de încălzire eficiente și sigure.

Doriți să puneți o întrebare sau să vorbiți despre o modalitate interesantă de a construi o pompă de căldură care nu este menționată în articol? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos.