Come realizzare una pompa di calore per riscaldare una casa con le tue mani: il principio di funzionamento e schema di assemblaggio

Le prime versioni di pompe di calore potevano soddisfare solo parzialmente la domanda di energia termica. Le varietà moderne sono più efficaci e possono essere utilizzate per i sistemi di riscaldamento. Ecco perché molti proprietari di case stanno provando a montare una pompa di calore con le proprie mani.

Ti diremo come scegliere l'opzione migliore per la pompa di calore, tenendo conto dei dati geografici del sito in cui è prevista l'installazione. L'articolo proposto in considerazione descrive in dettaglio il principio dell'uso dei sistemi di "energia verde", le differenze sono elencate. Sulla base dei nostri consigli, senza dubbio ti concentrerai sul tipo efficace.

Per i fai-da-te, forniamo la tecnologia di assemblaggio della pompa di calore. Le informazioni presentate a titolo oneroso sono integrate da diagrammi visivi, selezioni fotografiche e formazione video dettagliata in due parti.

Che cos'è una pompa di calore e come funziona?

Il termine pompa di calore si riferisce a un set di attrezzature specifiche. La funzione principale di questa apparecchiatura è la raccolta di energia termica e il suo trasporto al consumatore. La fonte di tale energia può essere qualsiasi corpo o mezzo con una temperatura di + 1º o più gradi.

Ci sono più che sufficienti fonti di calore a bassa temperatura nel nostro ambiente. Si tratta di rifiuti industriali di imprese, centrali termiche e nucleari, fognature, ecc. Per il funzionamento di pompe di calore nel settore del riscaldamento domestico, sono necessarie tre fonti naturali ripristinate in modo indipendente: aria, acqua e terra.

Le pompe di calore “assorbono” energia dai processi che si verificano regolarmente nell'ambiente. Il processo non si ferma mai, perché le fonti sono riconosciute inesauribili da criteri umani

I tre potenziali fornitori di energia elencati sono direttamente collegati all'energia del sole che, riscaldando, sposta l'aria con il vento e trasferisce l'energia termica sulla terra. È la scelta della fonte che è il criterio principale in base al quale vengono classificati i sistemi di pompe di calore.

Il principio di funzionamento delle pompe di calore si basa sulla capacità di corpi o mezzi di trasferire energia termica a un altro corpo o mezzo. Destinatari e fornitori di energia nei sistemi di pompaggio termico di solito lavorano in coppia.

Quindi, distinguere i seguenti tipi di pompe di calore:

• L'aria è acqua.
• La terra è acqua
• L'acqua è aria.
• L'acqua è acqua.
• La terra è aria.
• Acqua - Acqua
• L'aria è aria.

In questo caso, la prima parola definisce il tipo di mezzo in cui il sistema rimuove il calore a bassa temperatura. Il secondo indica il tipo di vettore a cui viene trasmessa questa energia termica. Quindi, nelle pompe di calore acqua - acqua, il calore viene prelevato dal mezzo acquoso e il liquido viene utilizzato come vettore di calore.

Le pompe di calore sono unità di compressione del vapore di tipo strutturale. Estraggono il calore da fonti naturali, lo elaborano e lo trasportano ai consumatori (+)

Le moderne pompe di calore utilizzano tre principali fonte di calore. Questo è suolo, acqua e aria. La più semplice di queste opzioni è pompa di calore ad aria. La popolarità di tali sistemi è associata al loro design piuttosto semplice e alla facilità di installazione.

Tuttavia, nonostante tale popolarità, queste varietà hanno una produttività piuttosto bassa. Inoltre, l'efficienza è instabile e dipende dalle variazioni stagionali della temperatura.

Con la diminuzione della temperatura, le loro prestazioni diminuiscono significativamente. Tali opzioni per le pompe di calore possono essere considerate un'aggiunta alla fonte principale esistente di energia termica.

Opzioni per l'utilizzo dell'attrezzatura calore del terrenosono considerati più efficaci. Il suolo riceve e accumula energia termica non solo dal Sole, ma viene costantemente riscaldato dall'energia del nucleo terrestre.

Cioè, il terreno è una specie di batteria termica, la cui potenza è praticamente illimitata. Inoltre, la temperatura del suolo, specialmente a una certa profondità, è costante e varia in modo insignificante.

Portata di energia generata dalle pompe di calore:

La costanza della temperatura della sorgente è un fattore importante per il funzionamento stabile ed efficiente di questo tipo di apparecchiature elettriche. Caratteristiche simili sono possedute da sistemi in cui l'ambiente acquatico è la principale fonte di energia termica. Il collettore di tali pompe si trova nel pozzo, dove si trova nella falda acquifera, o in un serbatoio.

La temperatura media annuale di fonti come il suolo e l'acqua varia da + 7º a + 12º C. Tale temperatura è abbastanza per garantire l'effettivo funzionamento del sistema.

Le più efficaci sono le pompe di calore che estraggono energia termica da fonti con indicatori di temperatura stabili, ad es. dall'acqua e dal suolo

I principali elementi strutturali delle pompe di calore

Affinché l'impianto di generazione di energia funzioni secondo i principi della pompa di calore, nella sua progettazione devono essere presenti 4 unità principali, che sono:

• Compressor.
• Evaporatore.
• Condensatore.
• Valvola a farfalla.

Un elemento importante nella progettazione della pompa di calore è il compressore. La sua funzione principale è quella di aumentare la pressione e la temperatura dei vapori derivanti dall'ebollizione del refrigerante. Per la tecnologia climatica e le pompe di calore, in particolare, vengono utilizzati compressori scroll moderni.

Come fluido di lavoro, effettuando il trasferimento diretto di energia termica, vengono utilizzati liquidi con un basso punto di ebollizione. Di norma, vengono utilizzati ammoniaca e freon (+)

Tali compressori sono progettati per funzionare a temperature inferiori a zero. A differenza di altre varietà, i compressori scroll producono poco rumore e funzionano sia a bassi punti di ebollizione del gas che a elevate temperature di condensazione. L'indubbio vantaggio sono le dimensioni compatte e il basso peso specifico.

Quasi tutta l'energia della pompa di calore viene spesa per il trasporto di energia termica dall'esterno all'interno della stanza. Quindi circa 1 unità di energia viene spesa per il funzionamento di sistemi nella produzione di 4-6 unità (+)

L'evaporatore come elemento strutturale è un contenitore in cui il refrigerante liquido viene convertito in vapore. Il refrigerante, che circola in un circuito chiuso, passa attraverso l'evaporatore. In esso, il refrigerante si riscalda e si trasforma in vapore. Il vapore a bassa pressione è diretto verso il compressore.

Nel compressore, i vapori del refrigerante sono esposti alla pressione e la loro temperatura aumenta. Il compressore pompa il vapore riscaldato ad alta pressione verso il condensatore.

Il compressore comprime il mezzo che circola lungo il circuito, a seguito del quale la sua temperatura e pressione aumentano. Quindi il mezzo compresso entra nello scambiatore di calore (condensatore), dove viene raffreddato, trasferendo il calore in acqua o aria

Il prossimo elemento strutturale del sistema è un condensatore. La sua funzione è quella di trasferire energia termica al circuito interno del sistema di riscaldamento.

I campioni seriali prodotti da imprese industriali sono dotati di scambiatori di calore a piastre. Il materiale principale per tali condensatori è acciaio legato o rame.

Per lo scambiatore di calore fatto da sé, è adatto un tubo di rame del diametro di mezzo pollice. Lo spessore delle pareti dei tubi utilizzati per la fabbricazione dello scambiatore di calore deve essere di almeno 1 mm

Una valvola termostatica o altrimenti strozzata viene installata all'inizio di quella parte del circuito idraulico in cui il mezzo ad alta pressione circolante viene convertito in un mezzo a bassa pressione. Più precisamente, l'acceleratore abbinato al compressore divide il circuito della pompa di calore in due parti: una con parametri di alta pressione, l'altra con bassa.

Quando si passa attraverso una valvola a farfalla di espansione, il fluido che circola in un circuito chiuso evapora parzialmente, a seguito del quale la pressione diminuisce con la temperatura. Quindi entra nello scambiatore di calore in comunicazione con l'ambiente. Lì, cattura l'energia del mezzo e la trasferisce di nuovo al sistema.

La valvola a farfalla controlla il flusso di refrigerante verso l'evaporatore. Quando si sceglie una valvola, è necessario considerare i parametri di sistema. La valvola deve rispettare questi parametri.

Quando si passa attraverso una valvola di controllo del calore, il liquido refrigerante evapora parzialmente e la temperatura di mandata diminuisce (+)

Selezione del tipo di pompa di calore

L'indicatore principale di questo sistema di riscaldamento è l'alimentazione. Innanzitutto, i costi finanziari per l'acquisto di attrezzature e la scelta di una o un'altra fonte di calore a bassa temperatura dipenderanno dalla capacità. Maggiore è la potenza del sistema a pompa di calore, maggiore è il costo dei componenti.

Innanzitutto, si riferisce alla capacità del compressore, alla profondità dei pozzi per sonde geotermiche o all'area per posizionare un collettore orizzontale. I calcoli termodinamici corretti sono una sorta di garanzia che il sistema funzionerà in modo efficiente.

Se c'è un laghetto vicino al tuo sito personale, la scelta più economica e produttiva sarà una pompa di calore acqua-acqua

Per cominciare, dovresti studiare l'area che è prevista per l'installazione della pompa. Una condizione ideale sarebbe la presenza di uno specchio d'acqua in questa sezione. l'uso di opzioni di tipo acqua-acqua ridurre significativamente il volume di movimento terra.

L'utilizzo del calore della terra, al contrario, comporta un gran numero di lavori legati allo scavo. I sistemi che utilizzano l'ambiente acquatico come calore di bassa qualità sono considerati i più efficienti.

Il dispositivo di una pompa di calore che estrae energia termica dal suolo, comporta una notevole quantità di terra. Il collettore è posto al di sotto del livello di congelamento stagionale

Esistono due modi per utilizzare l'energia termica del suolo. Il primo prevede la perforazione di pozzi con un diametro di 100-168 mm. La profondità di tali pozzi, a seconda dei parametri del sistema, può raggiungere 100 m o più.

Sonde speciali sono poste in questi pozzi. Nel secondo metodo, viene utilizzato un collettore per tubi. Tale collettore si trova sottoterra su un piano orizzontale. Per questa opzione, è necessaria un'area sufficientemente ampia.

Per la posa del collettore, le aree con terreno umido sono considerate ideali. Naturalmente, i pozzi di perforazione costeranno più della posizione orizzontale del serbatoio. Tuttavia, non tutte le aree dispongono di spazio libero. Per un kW di potenza della pompa di calore, sono necessari da 30 a 50 m² di superficie.

Una costruzione per la raccolta di energia termica con un pozzo profondo può essere leggermente più economica rispetto allo scavo di una fossa. Ma un vantaggio significativo è il notevole risparmio di spazio, che è importante per i proprietari di piccoli appezzamenti

In caso di presenza di un orizzonte di acque sotterranee ad alta quota, gli scambiatori di calore possono essere disposti in due pozzi situati a una distanza di circa 15 m l'uno dall'altro.

La selezione di energia termica in tali sistemi pompando le acque sotterranee in un circuito chiuso, le cui parti si trovano in pozzi. Tale sistema richiede l'installazione di un filtro e la pulizia periodica dello scambiatore di calore.

Il circuito della pompa di calore più semplice ed economico si basa sull'estrazione di energia termica dall'aria.Una volta diventata la base per l'installazione di frigoriferi, in seguito, secondo i suoi principi, sono stati sviluppati i condizionatori d'aria.

Il più semplice sistema di pompaggio termico riceve energia dalla massa d'aria. In estate, partecipa al riscaldamento, in inverno all'aria condizionata. Lo svantaggio del sistema è che in un'esecuzione indipendente l'unità ha una potenza insufficiente

L'efficacia dei vari tipi di apparecchiature non è la stessa. Gli indicatori più bassi sono le pompe che utilizzano aria. Inoltre, questi indicatori dipendono direttamente dalle condizioni meteorologiche.

Le varietà di terreno delle pompe di calore hanno prestazioni stabili. Il coefficiente di efficienza di questi sistemi varia tra 2,8 -3,3. I sistemi acqua-acqua sono i più efficaci. Ciò è dovuto principalmente alla stabilità della temperatura della sorgente.

Va notato che più profondo è il collettore della pompa nel serbatoio, più stabile sarà la temperatura. Per ottenere una capacità del sistema di 10 kW, sono necessari circa 300 metri della tubazione.

Il parametro principale che caratterizza l'efficienza della pompa di calore è il suo coefficiente di conversione. Maggiore è il coefficiente di conversione, più efficiente è la pompa di calore.

Il coefficiente di conversione della pompa di calore è espresso in termini di rapporto tra flusso di calore e potenza elettrica spesa sul compressore

Gruppo pompa di calore fai-da-te

Conoscere lo schema di azione e il dispositivo della pompa di calore, assemblare e installare da soli sistema di riscaldamento alternativo molto probabilmente. Prima di iniziare il lavoro, è necessario calcolare tutti i parametri di base del futuro sistema. Per calcolare i parametri della futura pompa, è possibile utilizzare un software progettato per ottimizzare i sistemi di raffreddamento.

L'opzione più semplice da costruire è sistema aria-acqua. Non richiede lavori complessi sul dispositivo del circuito esterno, che è inerente alle varietà di pompe di calore per acqua e suolo. Per l'installazione, saranno necessari solo due canali, uno dei quali fornirà aria e il secondo scaricherà la massa spesa.

Il modo più semplice per farlo da soli è organizzare una pompa di calore con una presa di calore dalla massa d'aria. Una ventola esterna soffia aria all'evaporatore

Oltre alla ventola, è necessario disporre di un compressore della potenza richiesta. Per tale unità, il compressore di cui è dotata l'attrezzatura ordinaria è abbastanza adatto sistemi divisi. Non è necessario acquistare una nuova unità.

È possibile rimuoverlo da vecchie apparecchiature o utilizzare accessori per un vecchio frigorifero. Si consiglia di utilizzare una varietà a spirale. Queste opzioni di compressore, oltre ad avere un'efficienza sufficiente, creano alte pressioni che aumentano la temperatura.

Per costruire un condensatore, avrai bisogno di una capacità e un tubo di rame. Una bobina è fatta da un tubo. Per la sua fabbricazione, viene utilizzato qualsiasi corpo cilindrico del diametro desiderato. Avvolgendo un tubo di rame su di esso, puoi realizzare facilmente e rapidamente questo elemento strutturale.

La bobina finita è montata in un contenitore precedentemente tagliato a metà. Per la fabbricazione di contenitori, è meglio utilizzare materiali resistenti ai processi di corrosione. Dopo aver posizionato una bobina al suo interno, le metà del serbatoio vengono saldate.

L'area della bobina viene calcolata utilizzando la seguente formula:

MT / 0,8 RT,

dove:

• MT - la potenza dell'energia termica prodotta dal sistema.
• 0,8 - il coefficiente di conducibilità termica nell'interazione dell'acqua con il materiale della bobina.
• RT - la differenza di temperatura dell'acqua all'ingresso e all'uscita.

Scegliendo un tubo di rame per l'autoproduzione di una bobina, è necessario prestare attenzione allo spessore della parete. Dovrebbe essere di almeno 1 mm. Altrimenti, durante l'avvolgimento, il tubo si deformerà. Il tubo attraverso il quale si trova l'ingresso del refrigerante nella parte superiore del serbatoio.

Uno scambiatore di calore a tubo di rame viene realizzato avvolgendo un tubo di rame su un oggetto cilindrico. Maggiore è la superficie della bobina, maggiori sono le prestazioni della pompa

L'evaporatore a pompa di calore può essere realizzato in due versioni: sotto forma di un contenitore con una bobina posizionata al suo interno e sotto forma di un tubo in un tubo. Poiché la temperatura del liquido nell'evaporatore è piccola, la capacità può essere ottenuta da un barilotto di plastica. In questa capacità viene inserito un circuito costituito da un tubo di rame.

A differenza di un condensatore, la bobina della batteria dell'evaporatore deve corrispondere al diametro e all'altezza del serbatoio selezionato. La seconda variante dell'evaporatore: tubo in tubo. In questa forma di realizzazione, il tubo del refrigerante viene inserito in un tubo di plastica di diametro maggiore, attraverso il quale circola acqua.

La lunghezza di tale tubo dipende dalla capacità della pompa pianificata. Può essere dai 25 ai 40 metri. Tale tubo è arrotolato.

La valvola termostatica si riferisce ai raccordi per tubi di intercettazione e controllo. Un ago viene utilizzato come elemento di bloccaggio nella valvola di espansione. La posizione dell'elemento di intercettazione della valvola è determinata dalla temperatura nell'evaporatore.

Questo importante elemento del sistema ha un design piuttosto complicato. Include:

• Termocoppia.
• Aperture.
• Tubo capillare.
• Termoballon.

Questi elementi possono diventare inutilizzabili alle alte temperature. Pertanto, durante i lavori di saldatura, la valvola deve essere isolata con un panno di amianto. La valvola di controllo deve corrispondere alla capacità dell'evaporatore.

Dopo aver eseguito i lavori per la fabbricazione delle parti strutturali principali, arriva un momento cruciale dell'assemblaggio dell'intera struttura in un'unica unità. Il passo più cruciale è processo di iniezione del refrigerante o liquido di raffreddamento nel sistema.

È improbabile che condurre in modo indipendente un'operazione del genere sia conveniente per un semplice profano. Qui dovrai rivolgerti ai professionisti che si occupano della riparazione e della manutenzione delle apparecchiature HVAC.

I lavoratori in quest'area, di norma, dispongono delle attrezzature necessarie. Oltre a caricare il refrigerante, possono testare il sistema. L'autocaricamento del refrigerante può portare non solo alla rottura della struttura, ma anche a gravi lesioni. Inoltre, per avviare il sistema sono necessarie anche attrezzature speciali.

All'avvio del sistema, si verifica un carico iniziale di picco, che di solito è di circa 40 A. Pertanto, non è possibile avviare il sistema senza un relè di avvio. Dopo il primo avvio, la valvola e la pressione del refrigerante devono essere regolate.

La scelta del refrigerante dovrebbe essere presa sul serio. Dopo tutto, è questa sostanza che è essenzialmente considerata il principale "vettore" di energia termica utile. Dei refrigeranti moderni esistenti, i freon sono i più popolari. Questi sono derivati ​​di composti idrocarburici in cui parte degli atomi di carbonio è sostituita da altri elementi.

Come risultato dell'assemblaggio dei singoli elementi della pompa di calore, si dovrebbe ottenere un circuito chiuso lungo il quale circola il mezzo di lavoro

Come risultato di questi lavori, è stato ottenuto un sistema a circuito chiuso. Il refrigerante circolerà al suo interno, garantendo la selezione e il trasferimento di energia termica dall'evaporatore al condensatore. Quando si collegano le pompe di calore al sistema di alimentazione del calore di una casa, è necessario notare che la temperatura dell'acqua all'uscita del condensatore non supera i 50-60 gradi.

A causa della bassa temperatura dell'energia termica generata dalla pompa di calore, gli apparecchi di riscaldamento specializzati dovrebbero essere selezionati come consumatori di calore. Può essere un pavimento caldo o un volume di radiatori a bassa inerzia in alluminio o acciaio con un'ampia area di radiazione.

Le versioni fatte in casa delle pompe di calore sono le più appropriate da considerare come apparecchiature ausiliarie che supportano e completano il lavoro della fonte principale.

Ogni anno vengono migliorati i progetti di pompe di calore. I progetti industriali progettati per uso domestico utilizzano superfici di trasferimento del calore più efficienti. Di conseguenza, le prestazioni del sistema sono in costante aumento.

Un fattore importante che stimola lo sviluppo di tale tecnologia per la produzione di energia termica è la componente ambientale. Tali sistemi, oltre ad essere abbastanza efficaci, non inquinano l'ambiente. L'assenza di una fiamma libera rende il suo funzionamento assolutamente sicuro.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video n. 1. Come realizzare la più semplice pompa di calore fatta in casa con uno scambiatore di calore dai tubi PEX:

Video n. 2. Briefing continuo:

Come sistemi di riscaldamento alternativi, le pompe di calore sono state a lungo utilizzate. Questi sistemi hanno affidabilità, lunga durata e, soprattutto, sono ecologici. Cominciano seriamente a essere considerati come il prossimo passo verso lo sviluppo di sistemi di riscaldamento efficienti e sicuri.

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