Kako narediti toplotno črpalko za ogrevanje hiše z lastnimi rokami: princip delovanja in montažni diagrami

Prve izvedbe toplotnih črpalk so lahko le delno zadovoljile potrebe po toplotni energiji.Sodobne sorte so učinkovitejše in se lahko uporabljajo za ogrevalne sisteme. Zato mnogi lastniki poskušajo namestiti toplotno črpalko z lastnimi rokami.

Povedali vam bomo, kako izbrati najboljšo možnost za toplotno črpalko ob upoštevanju geopodatkov območja, kjer je predvidena namestitev. Članek, predlagan za obravnavo, podrobno opisuje princip delovanja sistemov »zelene energije« in navaja razlike. Z našimi nasveti se boste nedvomno odločili za učinkovito vrsto.

Za samostojne mojstre predstavljamo tehnologijo sestave toplotne črpalke. Informacije, predstavljene za obravnavo, dopolnjujejo vizualni diagrami, izbor fotografij in podrobna video navodila v dveh delih.

Kaj je toplotna črpalka in kako deluje?

Izraz toplotna črpalka se nanaša na sklop posebne opreme. Glavna naloga te opreme je zbiranje toplotne energije in njen transport do potrošnika. Vir takšne energije je lahko katero koli telo ali okolje s temperaturo +1º ali več stopinj.

Virov nizkotemperaturne toplote je v našem okolju več kot dovolj. To so industrijski odpadki iz podjetij, termo in jedrskih elektrarn, kanalizacija itd. Za delovanje toplotnih črpalk pri ogrevanju stanovanj so potrebni trije samoregenerativni naravni viri - zrak, voda in zemlja.

Toplotne črpalke črpajo energijo iz procesov, ki se redno dogajajo v okolju.Tok procesov se nikoli ne ustavi, saj so viri po človeških kriterijih prepoznani kot neizčrpni

Trije našteti potencialni dobavitelji energije so neposredno povezani z energijo sonca, ki s segrevanjem premika zrak z vetrom in prenaša toplotno energijo na zemljo. Prav izbira vira je glavno merilo, po katerem razvrščamo sisteme toplotnih črpalk.

Princip delovanja toplotnih črpalk temelji na sposobnosti teles ali medijev, da prenesejo toplotno energijo na drugo telo ali okolje. Prejemniki in dobavitelji energije v sistemih toplotnih črpalk običajno delujejo v parih.

Ločimo naslednje vrste toplotnih črpalk:

• Zrak je voda.
• Zemlja je voda.
• Voda je zrak.
• Voda je voda.
• Zemlja je zrak.
• Voda - voda
• Zrak je zrak.

V tem primeru prva beseda določa vrsto medija, iz katerega sistem odvzema nizkotemperaturno toploto. Drugi označuje vrsto nosilca, na katerega se prenaša ta toplotna energija. Torej, pri toplotnih črpalkah je voda voda, toplota se jemlje iz vodnega okolja, tekočina pa se uporablja kot hladilno sredstvo.

Po zasnovi so toplotne črpalke parno kompresijske enote. Toploto pridobivajo iz naravnih virov, predelujejo in transportirajo do porabnikov (+)

Sodobne toplotne črpalke uporabljajo tri glavne vir toplotne energije. To so prst, voda in zrak. Najenostavnejša od teh možnosti je toplotna črpalka zračni vir. Priljubljenost takšnih sistemov je posledica dokaj preproste zasnove in enostavne namestitve.

Kljub takšni priljubljenosti pa imajo te sorte precej nizko produktivnost. Poleg tega je učinkovitost nestabilna in odvisna od sezonskih temperaturnih nihanj.

Ko temperatura pade, se njihova učinkovitost znatno zmanjša. Takšne možnosti toplotne črpalke lahko štejemo kot dodatek obstoječemu glavnemu viru toplotne energije.

Možnosti uporabe opreme toplota tal, veljajo za bolj učinkovite. Tla sprejemajo in akumulirajo toplotno energijo ne le od sonca, nenehno se segrevajo z energijo zemeljskega jedra.

To pomeni, da je zemlja nekakšen akumulator toplote, katerega moč je praktično neomejena. Poleg tega je temperatura tal, zlasti na določeni globini, konstantna in niha v nepomembnih mejah.

Področje uporabe energije, pridobljene s toplotnimi črpalkami:

Konstantnost temperature vira je pomemben dejavnik pri stabilnem in učinkovitem delovanju te vrste energetske opreme. Podobne značilnosti imajo sistemi, v katerih je vodno okolje glavni vir toplotne energije. Zbiralnik takšnih črpalk se nahaja v vodnjaku, kjer se konča v vodonosniku, ali v rezervoarju.

Povprečna letna temperatura virov, kot sta zemlja in voda, se giblje od +7º do +12º C. Ta temperatura je povsem dovolj za učinkovito delovanje sistema.

Najučinkovitejše so toplotne črpalke, ki pridobivajo toplotno energijo iz virov s stabilnimi temperaturnimi indikatorji, tj. iz vode in zemlje

Osnovni konstrukcijski elementi toplotnih črpalk

Da bi energetska naprava delovala po načelih delovanja toplotne črpalke, mora njena zasnova vsebovati 4 glavne enote, to so:

• Kompresor.
• Uparjalnik.
• Kondenzator.
• Dušilni ventil.

Pomemben element zasnove toplotne črpalke je kompresor. Njegova glavna naloga je povečati tlak in temperaturo hlapov, ki nastanejo kot posledica vrenja hladilnega sredstva. Sodobni spiralni kompresorji se uporabljajo zlasti za klimatske naprave in toplotne črpalke.

Tekočine z nizkim vreliščem se uporabljajo kot delovna tekočina, ki neposredno prenaša toplotno energijo. Praviloma se uporabljajo amoniak in freoni (+)

Takšni kompresorji so zasnovani za delovanje pri temperaturah pod ničlo. Za razliko od drugih tipov spiralni kompresorji proizvajajo malo hrupa in delujejo tako pri nizkih temperaturah vrelišča plina kot pri visokih temperaturah kondenzacije. Nedvomna prednost je njihova kompaktna velikost in majhna specifična teža.

Skoraj vsa energija toplotne črpalke se porabi za prenos toplotne energije od zunaj v prostor. Torej je potrebna približno 1 enota energije za delovanje sistemov pri proizvodnji 4-6 enot (+)

Uparjalnik kot konstrukcijski element je posoda, v kateri se tekoče hladilno sredstvo pretvori v paro. Hladilno sredstvo, ki kroži v zaprtem krogu, prehaja skozi uparjalnik. V njem se hladilno sredstvo segreje in spremeni v paro.Nastala para se pod nizkim tlakom usmeri proti kompresorju.

V kompresorju so hlapi hladilnega sredstva pod pritiskom in njihova temperatura se poveča. Kompresor črpa segreto paro pod visokim pritiskom proti kondenzatorju.

Kompresor stisne medij, ki kroži vzdolž tokokroga, kar povzroči povečanje njegove temperature in tlaka. Nato stisnjen medij vstopi v toplotni izmenjevalnik (kondenzator), kjer se ohladi in prenaša toploto na vodo ali zrak.

Naslednji strukturni element sistema je kondenzator. Njegova funkcija je zmanjšana na sproščanje toplotne energije v notranji tokokrog ogrevalnega sistema.

Serijski vzorci, ki jih proizvajajo industrijska podjetja, so opremljeni s ploščnimi izmenjevalniki toplote. Glavni material za takšne kondenzatorje je legirano jeklo ali baker.

Za izdelavo lastnega izmenjevalnika toplote je primerna bakrena cev s premerom pol palca. Debelina stene cevi, ki se uporablja za izdelavo izmenjevalnika toplote, mora biti najmanj 1 mm

Termostatski ali drugače dušilni ventil je nameščen na začetku tistega dela hidravličnega tokokroga, kjer se visokotlačni obtočni medij pretvori v nizkotlačni medij. Natančneje, dušilka v paru s kompresorjem deli tokokrog toplotne črpalke na dva dela: enega z visokotlačnimi parametri, drugega z nizkotlačnimi parametri.

Pri prehodu skozi ekspanzijski dušilni ventil tekočina, ki kroži v zaprtem krogu, delno izhlapi, zaradi česar se tlak in temperatura znižata. Nato vstopi v izmenjevalnik toplote, ki komunicira z okoljem. Tam zajame energijo okolja in jo prenese nazaj v sistem.

Dušilni ventil uravnava pretok hladilnega sredstva proti uparjalniku. Pri izbiri ventila morate upoštevati parametre sistema. Ventil mora ustrezati tem parametrom.

Pri prehodu skozi regulacijski ventil toplote hladilna tekočina delno izhlapi in temperatura dotoka se zniža (+)

Izbira vrste toplotne črpalke

Glavni indikator tega ogrevalnega sistema je moč. Finančni stroški nakupa opreme in izbire enega ali drugega vira nizkotemperaturne toplote bodo odvisni predvsem od moči. Večja kot je moč sistema toplotne črpalke, višji so stroški komponent.

V prvi vrsti mislimo na moč kompresorja, globino vrtin za geotermalne sonde ali površino za postavitev horizontalnega kolektorja. Pravilni termodinamični izračuni so nekakšno zagotovilo, da bo sistem deloval učinkovito.

Če je v bližini vaše lastnine ribnik, bi bila najbolj stroškovno učinkovita in produktivna izbira toplotna črpalka voda-voda.

Najprej morate preučiti območje, ki je predvideno za namestitev črpalke. Idealen pogoj bi bila prisotnost rezervoarja na tem območju. Uporaba možnost tipa voda-voda bo znatno zmanjšal obseg izkopavanj.

Nasprotno, uporaba toplote zemlje vključuje veliko število del, povezanih z izkopavanjem. Sistemi, ki uporabljajo vodni medij kot toploto nizke stopnje, veljajo za najučinkovitejše.

Zasnova toplotne črpalke, ki črpa toplotno energijo iz zemlje, zahteva impresivno količino izkopa. Kolektor je položen pod sezonsko ledišče

Toplotno energijo tal lahko uporabimo na dva načina. Prvi vključuje vrtanje vrtin s premerom 100-168 mm. Globina takšnih vrtin, odvisno od parametrov sistema, lahko doseže 100 m ali več.

V te vrtine so nameščene posebne sonde. Druga metoda uporablja cevni zbiralnik. Tak kolektor se nahaja pod zemljo v vodoravni ravnini. Ta možnost zahteva precej veliko območje.

Območja z vlažno zemljo veljajo za idealna za polaganje kolektorja. Seveda bo vrtanje vrtin stalo več kot vodoravna namestitev rezervoarja. Vendar pa vsako spletno mesto nima prostega prostora. Za en kW moči toplotne črpalke potrebujete od 30 do 50 m² površine.

Zgradba za zbiranje toplotne energije z eno globoko vrtino se lahko izkaže za nekoliko cenejšo od kopanja jame. Toda pomemben plus je pomemben prihranek prostora, kar je pomembno za lastnike majhnih parcel

Če je na lokaciji visoko ležeči horizont podzemne vode, se lahko izmenjevalniki toplote namestijo v dveh vodnjakih, ki se nahajajo na razdalji približno 15 m drug od drugega.

Toplotna energija se v takšnih sistemih zbira s črpanjem podzemne vode skozi zaprt krog, katerega deli se nahajajo v vodnjakih. Takšen sistem zahteva namestitev filtra in občasno čiščenje izmenjevalnika toplote.

Najenostavnejša in najcenejša shema toplotne črpalke temelji na pridobivanju toplotne energije iz zraka. Nekoč je postal osnova za hladilnike, kasneje pa so po njegovih principih razvili klimatske naprave.

Najenostavnejši sistem toplotne črpalke pridobiva energijo iz zračne mase. Poleti je vključen v ogrevanje, pozimi pa v klimo.Pomanjkljivost sistema je, da ima samostojna enota premajhno moč

Učinkovitost različnih vrst te opreme ni enaka. Črpalke, ki uporabljajo zrak, imajo najmanjšo zmogljivost. Poleg tega so ti kazalniki neposredno odvisni od vremenskih razmer.

Zemeljske vrste toplotnih črpalk imajo stabilno delovanje. Koeficient učinkovitosti teh sistemov se giblje med 2,8 -3,3. Najučinkovitejši so sistemi voda-voda. To je predvsem posledica stabilnosti temperature vira.

Upoštevati je treba, da globlje kot je razdelilnik črpalke v rezervoarju, bolj stabilna bo temperatura. Za pridobitev sistemske moči 10 kW je potrebnih približno 300 metrov cevovoda.

Glavni parameter, ki označuje učinkovitost toplotne črpalke, je njen pretvorbeni koeficient. Višji kot je pretvorbeni faktor, bolj učinkovita je toplotna črpalka.

Koeficient pretvorbe toplotne črpalke je izražen z razmerjem med toplotnim tokom in električno močjo, porabljeno za delovanje kompresorja.

Samostojna montaža toplotne črpalke

Ob poznavanju sheme delovanja in strukture toplotne črpalke jo sestavite in montirajte sami alternativni sistem ogrevanja čisto možno. Pred začetkom dela je potrebno izračunati vse glavne parametre prihodnjega sistema. Za izračun parametrov bodoče črpalke lahko uporabite programsko opremo, namenjeno optimizaciji hladilnih sistemov.

Najlažja možnost za gradnjo je sistem zrak-voda. Ne zahteva kompleksnega dela pri izdelavi zunanjega tokokroga, ki je značilen za vodne in zemeljske toplotne črpalke. Za namestitev boste potrebovali le dva kanala, od katerih bo eden dovajal zrak, drugi pa odvajal odpadno maso.

Najlažji način je zgraditi toplotno črpalko z lastnimi rokami, ki pridobiva toploto iz zračne mase. Zunanji ventilator piha zrak v uparjalnik

Poleg ventilatorja morate dobiti kompresor potrebne moči. Za takšno enoto je kompresor, ki je opremljen s konvencionalnim split sistemi. Ni potrebno kupiti nove enote.

Lahko ga odstranite iz stare opreme ali pa ga uporabite stare komponente hladilnika. Priporočljivo je, da uporabite spiralno sorto. Te možnosti kompresorja poleg tega, da so precej učinkovite, ustvarjajo visoke tlake, ki povzročajo višje temperature.

Za namestitev kondenzatorja boste potrebovali posodo in bakreno cev. Tuljava je narejena iz cevi. Za njegovo izdelavo se uporablja katero koli cilindrično telo zahtevanega premera. Z navijanjem bakrene cevi okoli njega lahko preprosto in hitro izdelate ta strukturni element.

Končana tuljava je nameščena v posodo, ki je bila predhodno prerezana na pol. Za izdelavo posod je bolje uporabiti materiale, ki so odporni na korozijske procese. Po namestitvi tuljave vanj se polovice rezervoarja zvarijo.

Površina tuljave se izračuna po naslednji formuli:

MT/0,8 RT,

Kje:

• MT - moč toplotne energije, ki jo sistem proizvede.
• 0,8 — koeficient toplotne prevodnosti pri interakciji vode z materialom tuljave.
• RT — razlika v temperaturah vode na vstopu in izstopu.

Ko sami izberete bakreno cev za izdelavo tuljave, morate biti pozorni na debelino stene. Mora biti vsaj 1 mm. V nasprotnem primeru se bo cev med navijanjem deformirala. Cev, skozi katero vstopa hladilno sredstvo, se nahaja v zgornjem delu posode.

Toplotni izmenjevalnik iz bakrene cevi je izdelan z navijanjem bakrene cevi na predmet cilindrične oblike. Večja kot je površina tuljave, večja je zmogljivost črpalke

Uparjalnik toplotne črpalke je možno izdelati v dveh izvedbah - v obliki posode s tuljavo v njej in v obliki cevi v cevi. Ker je temperatura tekočine v uparjalniku nizka, lahko posodo izdelamo iz plastičnega soda. V to posodo je nameščeno vezje iz bakrene cevi.

Za razliko od kondenzatorja mora tuljava tuljave uparjalnika ustrezati premeru in višini izbrane posode. Druga možnost uparjalnika: cev v cevi. V tej izvedbi je cev za hladilno sredstvo nameščena v plastični cevi večjega premera, po kateri kroži voda.

Dolžina takšne cevi je odvisna od načrtovane moči črpalke. Lahko je od 25 do 40 metrov. Takšna cev je zvita v spiralo.

Termostatski ventil se nanaša na zaporne in regulacijske cevovodne armature. Kot zapiralni element v ekspanzijskem ventilu se uporablja igla. Položaj zapornega elementa ventila določa temperatura v uparjalniku.

Ta pomemben element sistema ima precej zapleteno zasnovo. Vključuje:

• Termočlen.
• Diafragma.
• Kapilarna cev.
• Termalni balon.

Ti elementi lahko postanejo neuporabni pri visokih temperaturah.Zato je treba med spajkanjem na sistemu ventil izolirati z azbestno tkanino. Regulacijski ventil mora ustrezati zmogljivosti uparjalnika.

Po izvedbi dela pri izdelavi glavnih konstrukcijskih delov pride ključni trenutek pri sestavljanju celotne konstrukcije v en blok. Najbolj kritična faza je postopek vbrizgavanja hladilnega sredstva ali hladilno tekočino v sistem.

Navadna oseba verjetno ne bo mogla samostojno izvesti takšne operacije. Tu se boste morali obrniti na strokovnjake, ki popravljajo in vzdržujejo opremo za klimatsko napravo.

Delavci na tem področju imajo običajno potrebno opremo. Poleg polnjenja hladiva lahko testirajo delovanje sistema. Če sami vbrizgate hladilno sredstvo, lahko povzročite ne le strukturno okvaro, ampak tudi resne poškodbe. Poleg tega je za delovanje sistema potrebna posebna oprema.

Ko se sistem zažene, se pojavi največja zagonska obremenitev, običajno okoli 40 A. Zato je zagon sistema brez zagonskega releja nemogoč. Po prvem zagonu je potrebna nastavitev ventila in tlaka hladilnega sredstva.

K izbiri hladilnega sredstva je treba pristopiti zelo resno. Navsezadnje je ta snov v bistvu glavni "nosilec" koristne toplotne energije. Od obstoječih sodobnih hladilnih sredstev so freoni najbolj priljubljeni. To so derivati ​​ogljikovodikovih spojin, v katerih so nekateri ogljikovi atomi nadomeščeni z drugimi elementi.

S sestavljanjem posameznih elementov toplotne črpalke naj bi dobili zaprto zanko, po kateri kroži delovni medij.

Kot rezultat tega dela je bil pridobljen sistem z zaprto zanko. V njem bo krožilo hladilno sredstvo, ki bo zagotavljalo izbiro in prenos toplotne energije iz uparjalnika v kondenzator. Pri priključitvi toplotnih črpalk na ogrevalni sistem doma je treba upoštevati, da temperatura vode, ki izhaja iz kondenzatorja, ne presega 50 - 60 stopinj.

Zaradi nizke temperature toplotne energije, ki jo proizvaja toplotna črpalka, je treba kot porabnika toplote izbrati specializirane kurilne naprave. To so lahko topla tla ali volumetrični radiatorji z nizko vztrajnostjo iz aluminija ali jekla z velikim območjem sevanja.

Možnosti domače toplotne črpalke je najprimerneje obravnavati kot pomožno opremo, ki podpira in dopolnjuje delovanje glavnega vira.

Vsako leto se konstrukcije toplotnih črpalk izboljšujejo. Industrijski modeli, namenjeni domači uporabi, uporabljajo učinkovitejše površine za prenos toplote. Posledično se zmogljivost sistema nenehno povečuje.

Pomemben dejavnik, ki spodbuja razvoj takšne tehnologije za proizvodnjo toplotne energije, je okoljska komponenta. Takšni sistemi poleg tega, da so precej učinkoviti, ne onesnažujejo okolja. Zaradi odsotnosti odprtega ognja je njegovo delovanje popolnoma varno.

Zaključki in uporaben video na to temo

Video #1. Kako narediti preprosto domačo toplotno črpalko z izmenjevalnikom toplote iz PEX cevi:

Video #2. Nadaljevanje navodil:

Toplotne črpalke se že kar nekaj časa uporabljajo kot alternativni sistem ogrevanja.Ti sistemi so zanesljivi, imajo dolgo življenjsko dobo in, kar je pomembno, okolju prijazni. Začenjajo se jih resno obravnavati kot naslednji korak k razvoju učinkovitih in varnih ogrevalnih sistemov.

Želite postaviti vprašanje ali nam povedati o zanimivem načinu izdelave toplotne črpalke, ki ni omenjen v članku? Napišite komentarje v spodnji blok.