Kako napraviti toplinsku pumpu za grijanje kuće vlastitim rukama: načelo rada i shema montaže

Prve verzije toplinskih crpki mogle su samo djelomično zadovoljiti potražnju za toplinskom energijom. Moderne sorte su učinkovitije i mogu se koristiti za sustave grijanja. Zato mnogi vlasnici kuća pokušavaju montirati toplinsku pumpu vlastitim rukama.

Reći ćemo vam kako odabrati najbolju opciju za toplinsku pumpu, uzimajući u obzir geo-podatke mjesta na kojem se planira ugraditi. Članak predložen za razmatranje detaljno opisuje princip uporabe sustava „zelene energije“, razlike su navedene. Na temelju naših savjeta, bez sumnje ćete se usredotočiti na učinkovit tip.

Za nezavisne majstore predstavljamo tehnologiju sastavljanja toplinske pumpe. Podaci predstavljeni u razmatranje nadopunjuju se vizualnim dijagramima, izborima fotografija i detaljnim video treningom u dva dijela.

Što je toplinska pumpa i kako djeluje?

Pojam toplinska pumpa odnosi se na skup specifične opreme. Glavna funkcija ove opreme je prikupljanje toplinske energije i njezin prijevoz potrošaču. Izvor takve energije može biti bilo koje tijelo ili medij s temperaturom od + 1 ° ili više stupnjeva.

U našem okolišu ima više nego dovoljno izvora niskotemperaturne topline. To su industrijski otpad poduzeća, termoelektrana i nuklearnih elektrana, kanalizacija itd. Za rad toplinskih pumpi u području grijanja kuća potrebna su tri neovisno obnovljena prirodna izvora - zrak, voda i zemljište.

Toplinske pumpe "crpe" energiju iz procesa koji se redovito događaju u okolišu. Proces se nikada ne zaustavlja, jer su ljudski kriteriji prepoznati kao neiscrpni

Navedena tri potencijalna dobavljača energije izravno su povezana s energijom sunca koja zagrijavanjem kreće zrak s vjetrom i prenosi toplinsku energiju u zemlju. Izbor izvora je glavni kriterij prema kojem su razvrstani sustavi toplinske pumpe.

Princip rada toplinskih crpki temelji se na sposobnosti tijela ili medija da toplinsku energiju prenose u drugo tijelo ili medij. Primatelji i dobavljači energije u sustavima toplinske crpke obično rade u paru.

Dakle, razlikujte sljedeće vrste toplinskih pumpi:

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

U ovom slučaju prva riječ definira vrstu medija u kojem sustav uklanja niskotemperaturnu toplinu. Drugi označava vrstu nosača na koji se prenosi ova toplinska energija. Dakle, u toplinskim pumpama voda - voda, toplina se uzima iz vodenog medija, a tekućina se koristi kao nosač topline.

Toplinske pumpe su strukturno tipa kompresije para. Oni izvlače toplinu iz prirodnih izvora, obrađuju je i prenose do potrošača (+)

Moderne toplinske pumpe koriste tri glavne izvor topline, Ovo je tlo, voda i zrak. Najjednostavnija od ovih opcija je zračna toplinska pumpa, Popularnost takvih sustava povezana je s njihovim prilično jednostavnim dizajnom i lakoćom instaliranja.

No, unatoč takvoj popularnosti, ove sorte imaju prilično nisku produktivnost. Osim toga, učinkovitost je nestabilna i ovisi o sezonskim fluktuacijama temperature.

S snižavanjem temperature njihov učinak značajno opada. Takve mogućnosti toplinske crpke mogu se smatrati dodatkom postojećem glavnom izvoru toplinske energije.

Opcije za uporabu opreme zemaljska toplinasmatraju se učinkovitijima. Tlo prima i akumulira toplinsku energiju ne samo od Sunca, već se stalno zagrijava energijom zemljine jezgre.

Odnosno, tlo je vrsta toplinske baterije, čija je snaga praktički neograničena. Štoviše, temperatura tla, posebno na određenoj dubini, je konstantna i varira neznatno.

Opseg energije dobivene toplinskim crpkama:

Stalnost temperature izvora važan je faktor stabilnog i učinkovitog rada ove vrste energetskih uređaja. Slične karakteristike imaju sustavi u kojima je vodeni okoliš glavni izvor toplinske energije. Sakupljač takvih crpki nalazi se ili u bušotini, gdje se nalazi u vodonosniku, ili u rezervoaru.

Prosječna godišnja temperatura izvora kao što su tlo i voda varira od + 7º do + 12º C. Takva temperatura je sasvim dovoljna za osiguravanje učinkovitog rada sustava.

Najučinkovitije su toplinske pumpe koje toplinsku energiju izvlače iz izvora sa stabilnim pokazateljima temperature, tj. iz vode i tla

Glavni strukturni elementi toplinskih pumpi

Da bi postrojenje za proizvodnju električne energije radilo prema načelima toplinske pumpe, u svom dizajnu moraju biti prisutne 4 glavne jedinice, to su:

• Kompresor.
• Isparivača.
• Kondenzator.
• Ventil za gas.

Važan konstrukcijski element toplinske pumpe je kompresor. Njegova glavna funkcija je povećati tlak i temperaturu para nastalih ključajući rashladnim sredstvom. Osobito se za klimatsku tehnologiju i toplinske pumpe koriste moderni kompresori za pomicanje.

Kao radna tekućina, koja vrši izravan prijenos toplinske energije, koriste se tekućine s niskim vrelištem. U pravilu se koriste amonijak i freoni (+)

Takvi kompresori dizajnirani su za rad na nižim temperaturama. Za razliku od drugih sorti, klizni kompresori stvaraju malo buke i djeluju i pri niskim vrelištima plina i pri visokim temperaturama kondenzacije. Nedvojbena prednost je njihova kompaktna veličina i niska specifična težina.

Gotovo svu energiju toplinske pumpe trošimo za transport toplinske energije izvana u unutrašnjost prostorije. Dakle, oko 1 energetska jedinica troši se na rad sustava u proizvodnji 4-6 jedinica (+)

Isparivač kao strukturni element je spremnik u kojem se tekuće rashladno sredstvo pretvara u paru. Rashladno sredstvo, koje kruži u zatvorenom krugu, prolazi kroz isparivač. U njemu se rashladno sredstvo zagrijava i pretvara u paru. Para niskog pritiska usmjerena je prema kompresoru.

U kompresoru su pare rashladnog sredstva izložene pritisku i njihova temperatura raste. Kompresor pumpa zagrijanu paru pod visokim tlakom prema kondenzatoru.

Kompresor komprimira medij koji kruži duž kruga, što rezultira povećanjem njegove temperature i tlaka. Tada komprimirani medij ulazi u izmjenjivač topline (kondenzator), gdje se hladi, prenoseći toplinu u vodu ili zrak

Sljedeći strukturni element sustava je kondenzator. Njegova je funkcija prijenos toplinske energije u unutarnji krug sustava grijanja.

Serijski uzorci industrijskih poduzeća opremljeni su pločicama s izmjenjivačima topline. Glavni materijal za takve kondenzatore je legirani čelik ili bakar.

Za samostalno napravljen izmjenjivač topline prikladna je bakrena cijev promjera pola inča. Debljina stijenke cijevi koje se koriste za proizvodnju izmjenjivača topline mora biti najmanje 1 mm

Termostatski ili na neki drugi način zatezni ventil instaliran je na početku onog dijela hidrauličkog kruga u kojem se cirkulirajući medij visokog tlaka pretvara u medij niskog tlaka. Preciznije, leptir za pare s kompresorom dijeli krug toplinske crpke na dva dijela: jedan s visokim parametrima tlaka, drugi s niskim.

Pri prolasku kroz ventil za širenje gasa, tekućina koja kruži u zatvorenom krugu djelomično isparava, zbog čega se tlak smanjuje s temperaturom. Tada ulazi u izmjenjivač topline u komunikaciju s okolinom. Tamo bilježi energiju medija i prenosi je nazad u sustav.

Leptirajući ventil kontrolira protok rashladnog sredstva prema isparivaču. Pri odabiru ventila moraju se uzeti u obzir parametri sustava. Ventil mora biti u skladu s ovim parametrima.

Pri prolasku kroz ventil za regulaciju topline, tekuća rashladna tekućina djelomično isparava, a temperatura polaza opada (+)

Izbor vrste toplinske pumpe

Glavni pokazatelj ovog sustava grijanja je snaga. Prije svega, financijski troškovi za kupnju opreme i izbor jednog ili drugog izvora niskotemperaturne topline ovisit će o kapacitetu. Što je veća snaga sustava toplinske crpke, to su veći troškovi komponenti.

Prije svega, to se odnosi na kapacitet kompresora, dubinu jažica za geotermalne sonde ili područje za postavljanje vodoravnog kolektora. Ispravni termodinamički proračuni svojevrsno su jamstvo da će sustav raditi učinkovito.

Ako se u blizini vašeg osobnog nalazišta nalazi ribnjak, najisplativiji i najproduktivniji izbor bit će toplinska pumpa voda-voda

Za početak, trebali biste proučiti područje koje je planirano za ugradnju crpke. Idealni uvjet bila bi prisutnost vode u ovom dijelu. korištenje opcije voda-voda značajno smanjiti obujam zemljanih radova.

Korištenje topline zemlje, naprotiv, uključuje veliki broj radova koji se odnose na iskopavanje. Sustavi koji koriste vodeni okoliš kao niskokvalitetna toplina smatraju se najučinkovitijim.

Uređaj toplinske pumpe koji izvlači toplinsku energiju iz tla uključuje impresivnu količinu zemljanih radova. Sakupljač je postavljen ispod razine sezonskog smrzavanja

Postoje dva načina korištenja toplinske energije tla. Prva uključuje bušenje bušotina promjera 100-168 mm. Dubina takvih bušotina, ovisno o parametrima sustava, može doseći 100 m ili više.

U te su bušotine postavljene posebne sonde. U drugoj se metodi koristi cijevni razdjelnik. Takav se kolektor nalazi pod zemljom u vodoravnoj ravnini. Za ovu opciju potrebno je dovoljno veliko područje.

Za polaganje kolektora, područja s vlažnim tlom smatraju se idealnim. Naravno, bušenje bušotina koštat će više od vodoravnog položaja rezervoara. Međutim, nema svako područje slobodnog prostora. Za jedan kW snage toplinske crpke potrebno je 30 do 50 m² površine.

Konstrukcija za prikupljanje toplinske energije jednim dubokim bušotinom može biti nešto jeftinija od kopanja jama. No, značajan plus je i značajna ušteda prostora, što je važno za vlasnike malih parcela

U slučaju prisutnosti visoko ležećeg horizonta podzemne vode, izmjenjivači topline mogu se postaviti u dva bušotina koja se nalaze na udaljenosti od oko 15 m jedan od drugog.

Odabir toplinske energije u takvim sustavima crpanjem podzemne vode u zatvorenoj petlji, čiji su dijelovi smješteni u bušotinama. Takav sustav zahtijeva ugradnju filtra i povremeno čišćenje izmjenjivača topline.

Najjednostavniji i najjeftiniji krug toplinske crpke zasnovan je na vađenju toplinske energije iz zraka.Jednom kada je to postala osnova za ugradnju hladnjaka, kasnije su, prema njegovim principima, razvijeni klima uređaji.

Najjednostavniji sustav toplinske crpke prima energiju iz zračne mase. Ljeti sudjeluje u grijanju, zimi u klimatizaciji. Nedostatak sustava je što je u neovisnom izvođenju jedinica s nedovoljnom snagom

Učinkovitost različitih vrsta opreme nije ista. Najniži pokazatelji su crpke koje koriste zrak. Osim toga, ovi pokazatelji izravno ovise o vremenskim uvjetima.

Sorte tla toplinske pumpe imaju stabilne performanse. Koeficijent učinkovitosti ovih sustava varira između 2,8 -3,3. Sustavi voda-voda su najučinkovitiji. To je prije svega zbog stabilnosti temperature izvora.

Treba napomenuti da što je dublji sakupljač pumpe smješten u rezervoaru, to će biti stabilnija temperatura. Za dobivanje kapaciteta sustava od 10 kW, trebate oko 300 metara cjevovoda.

Glavni parametar koji karakterizira učinkovitost toplinske pumpe je njezin koeficijent pretvorbe. Što je veći koeficijent pretvorbe, to je toplotnija pumpa učinkovitija.

Koeficijent pretvorbe toplinske crpke izražava se u odnosu omjera toplinskog toka i električne snage potrošene na kompresoru

Sastavite sami napravite toplinsku pumpu

Poznavajući akcijsku shemu i uređaj toplinske pumpe, sastavite i instalirajte sami alternativni sustav grijanja sasvim moguće. Prije početka rada potrebno je izračunati sve osnovne parametre budućeg sustava. Za izračunavanje parametara buduće crpke možete koristiti softver dizajniran za optimizaciju rashladnih sustava.

Najlakša opcija za izgradnju je sustav zrak-voda, Ne zahtijeva složeni rad na uređaju vanjskog kruga, koji je svojstven toplinskim crpkama za vodu i tlo. Za ugradnju će biti potrebna samo dva kanala, od kojih će jedan dovoditi zrak, a drugi će isprazniti potrošenu masu.

Najlakši način da to učinite sami je organizirati toplinsku pumpu s dovodom topline iz zračne mase. Vanjski ventilator puše zrak u isparivač

Osim ventilatora, morate dobiti kompresor potrebne snage. Za takvu jedinicu, kompresor kojim je opremljena obična oprema sasvim je prikladan split sustavi, Nije potrebno kupiti novu jedinicu.

Možete je ukloniti iz stare opreme ili koristiti pribor za stari hladnjak, Preporučljivo je koristiti spiralnu sortu. Ove mogućnosti kompresora, osim što imaju dovoljnu učinkovitost, stvaraju i visoke pritiske koji povećavaju temperaturu.

Da biste izgradili kondenzator, trebat će vam kapacitet i bakrena cijev. Od cijevi se izrađuje zavojnica. Za njegovu izradu koristi se bilo koje cilindrično tijelo željenog promjera. Namotavanjem bakrene cijevi na nju možete lako i brzo napraviti ovaj strukturni element.

Gotov svitak montiran je u spremniku prethodno prerezanom na pola. Za proizvodnju spremnika bolje je koristiti materijale otporne na korozijske procese. Nakon što stavite zavojnicu u nju, polovice spremnika su zavarene.

Površina zavojnice izračunava se prema sljedećoj formuli:

MT / 0,8 RT,

gdje je:

• MT - snagu toplinske energije koju sustav proizvodi.
• 0,8 - koeficijent toplinske vodljivosti u interakciji vode s materijalom svitka.
• RT - razlika u temperaturi vode na ulazu i izlazu.

Odabir bakrene cijevi za samostalnu proizvodnju zavojnice, morate obratiti pažnju na debljinu zida. Trebao bi biti najmanje 1 mm. Inače, prilikom navijanja, cijev će se deformirati. Cijev kroz koju se nalazi ulaz rashladnog sredstva nalazi se u gornjem dijelu spremnika.

Izmjenjivač topline od bakrene cijevi izrađuje se namotavanjem bakrene cijevi na cilindrični predmet. Što je veća površina svitka, to su veće performanse crpke

Isparivač toplinske pumpe može se izraditi u dvije verzije - u obliku spremnika s zavojnicom koja se nalazi u njemu i u obliku cijevi u cijevi. Budući da je temperatura tekućine u isparivaču mala, kapacitet se može napraviti od plastične bačve. U ovaj kapacitet postavlja se krug koji je izrađen od bakrene cijevi.

Za razliku od kondenzatora, zavojnica isparivača mora odgovarati promjeru i visini odabranog spremnika. Druga varijanta isparivača: cijev u cijevi. U ovoj izvedbi cijev za rashladno sredstvo postavlja se u plastičnu cijev većeg promjera, kroz koju voda cirkulira.

Duljina takve cijevi ovisi o planiranom kapacitetu crpke. Može biti od 25 do 40 metara. Takva cijev je zamotana.

Termostatski ventil odnosi se na spojeve i spojeve cijevi za zatvaranje. Igla se koristi kao element za zaključavanje ekspanzijskog ventila. Položaj elementa za zatvaranje ventila određuje se temperaturom u isparivaču.

Ovaj važan element sustava ima prilično kompliciran dizajn. Uključuje:

• Termoelement.
• Aperture.
• Kapilarna cijev.
• Termoballon.

Ti elementi mogu postati neupotrebljivi na visokim temperaturama. Stoga, tijekom radova na lemljenju, ventil treba izolirati azbestnom krpom. Upravljački ventil mora odgovarati kapacitetu isparivača.

Nakon izvođenja radova na proizvodnji glavnih konstrukcijskih dijelova, dolazi do presudnog trenutka spajanja cijele konstrukcije u jednu cjelinu. Najvažniji korak je postupak ubrizgavanja rashladnog sredstva ili rashladno sredstvo u sustav.

Neovisno o provođenju takve operacije malo je vjerojatno da će biti jednostavan za laika. Ovdje ćete se morati obratiti profesionalcima koji se bave popravkom i održavanjem HVAC opreme.

Radnici u ovom području u pravilu imaju potrebnu opremu. Osim punjenja rashladnog sredstva, mogu testirati i sustav. Samo-punjenje rashladnog sredstva može dovesti ne samo do propadanja strukture, već i do ozbiljnih ozljeda. Pored toga, potrebna je i posebna oprema za pokretanje sustava.

Kada se sustav pokrene, dolazi do najvećeg početnog opterećenja, koje je obično oko 40 A. Stoga, pokretanje sustava bez startnog releja nije moguće. Nakon prvog puštanja, treba podesiti tlak ventila i rashladnog sredstva.

Izbor rashladnog sredstva treba shvatiti ozbiljno. Napokon, ta se supstanca u osnovi smatra glavnim nositeljem korisne toplinske energije. Od postojećih modernih rashladnih sredstava najpopularniji su freoni. Riječ je o derivatima ugljikovodičnih spojeva u kojima je dio ugljikovih atoma zamijenjen drugim elementima.

Kao rezultat sastavljanja pojedinih elemenata toplinske pumpe, treba dobiti zatvorenu petlju duž koje cirkulira radni medij

Kao rezultat ovih radova, dobiven je sustav zatvorene petlje. U njemu će cirkulirati rashladno sredstvo, osiguravajući izbor i prijenos toplinske energije iz isparivača u kondenzator. Pri povezivanju toplinskih crpki na sustav opskrbe topline kuće, valja imati na umu da temperatura vode na izlazu iz kondenzatora ne prelazi 50-60 stupnjeva.

Zbog niske temperature toplinske energije koju generira toplinska pumpa, za potrošača topline trebaju se odabrati specijalizirani uređaji za grijanje. To mogu biti topli podni ili volumni radijatori niske inercije izrađeni od aluminija ili čelika s velikim zračenjem.

Domaće verzije toplinskih pumpi najprikladnije je uzeti u obzir kao pomoćnu opremu koja podržava i nadopunjuje rad glavnog izvora.

Svake godine se dizajniraju dizalice topline. Industrijski dizajni dizajnirani za kućnu upotrebu koriste učinkovitije površine za prijenos topline. Kao rezultat toga, performanse sustava stalno rastu.

Važan čimbenik koji potiče razvoj takve tehnologije za proizvodnju toplinske energije je komponenta okoliša. Takvi sustavi, osim što su prilično učinkoviti, ne zagađuju okoliš. Odsustvo otvorenog plamena čini njegovo djelovanje apsolutno sigurnim.

Zaključci i korisni video na temu

Video broj 1. Kako iz PEX cijevi napraviti najjednostavniju domaću toplinsku pumpu s izmjenjivačem topline:

Video broj 2. Nastavak brifinga:

Kao alternativni sustavi grijanja dugo se koriste toplinske pumpe. Ovi sustavi imaju pouzdanost, dug radni vijek i, što je važno, ekološki su prihvatljivi. Oni se ozbiljno počinju smatrati sljedećim korakom prema razvoju učinkovitih i sigurnih sustava grijanja.

Želite postaviti pitanje ili razgovarati o zanimljivoj metodi izgradnje toplinske pumpe, koja nije spomenuta u članku? Napišite komentare u donji blok.