Tepelné čerpadlo pro vytápění domácností rukama: zařízení, princip provozu, schéma

První verze tepelných čerpadel by mohla jen částečně uspokojit potřeby tepelné energie. Moderní odrůdy jsou účinnější a lze je použít pro vytápění. To je důvod, proč se mnozí majitelé domů snaží namontovat tepelné čerpadlo vlastníma rukama.

Řekneme vám, jak si vybrat nejlepší variantu pro tepelné čerpadlo, s přihlédnutím k geo-datům oblasti, kde se má instalovat. Článek navržený k posouzení podrobně popisuje princip fungování systémů využívajících „zelenou energii“, rozdíly jsou uvedeny. S naší radou se budete bezpochyby zabývat efektivním typem.

U nezávislých mistrů prezentujeme technologii montáže tepelného čerpadla. Prezentované informace jsou doplněny vizuálními diagramy, výběry fotografií a podrobnou videozáznamem ve dvou částech.

Co je tepelné čerpadlo a jak funguje?

Termín tepelné čerpadlo se týká sady specifických zařízení. Hlavní funkcí tohoto zařízení je sběr tepelné energie a její přeprava ke spotřebiteli. Zdrojem takové energie může být jakékoliv těleso nebo médium, které má teplotu + 1 ° nebo více stupňů.

V našem prostředí jsou zdroje nízkoteplotního tepla více než dostačující. Jedná se o průmyslové odpady podniků, tepelných a jaderných elektráren, kanalizace atd. Pro provoz tepelných čerpadel v oblasti vytápění domácností jsou potřeba tři samoregenerační přírodní zdroje - vzduch, voda, půda.

Tři potenciální dodavatelé energie jsou přímo spojeni s energií Slunce, která prostřednictvím ohřevu pohání vzduch větrem a přenáší tepelnou energii na Zemi. Hlavním kritériem, podle kterého jsou systémy tepelného čerpadla klasifikovány, je volba zdroje.

Princip činnosti tepelných čerpadel je založen na schopnosti těles nebo médií přenášet tepelnou energii do jiného těla nebo média. Příjemci a dodavatelé energie v systémech tepelných čerpadel obvykle pracují ve dvojicích.

Rozlišujte následující typy tepelných čerpadel:

• Vzduch je voda.
• Země je voda.
• Voda je vzduch.
• Voda je voda.
• Země je vzduch.
• Voda - voda
• Vzduch je vzduch.

V tomto případě první slovo určuje typ média, ve kterém má systém nízkoteplotní teplo. Druhá označuje typ nosiče, na který se tato tepelná energie přenáší. V tepelných čerpadlech je tedy voda voda, teplo je odebíráno z vodního média a kapalina je používána jako nosič tepla.

Moderní tepelná čerpadla používají tři hlavní zdroj tepla. To - půda, voda a vzduch. Nejjednodušší z těchto možností je vzduchové tepelné čerpadlo. Popularita těchto systémů je spojena s jejich poměrně jednoduchým designem a snadnou instalací.

Nicméně, přes tuto popularitu, tyto odrůdy mají spíše nízkou produktivitu. Kromě toho je účinnost nestabilní a závisí na sezónních výkyvech teploty.

S klesající teplotou výrazně klesá jejich výkon. Tyto varianty tepelných čerpadel lze považovat za doplnění stávajícího hlavního zdroje tepelné energie.

Možnosti vybavení pomocí zemní teplopovažovány za účinnější. Půda přijímá a hromadí tepelnou energii nejen ze Slunce, ale je neustále ohřívána energií zemského jádra.

To znamená, že půda je druhem akumulátoru tepla, jehož kapacita je prakticky neomezená. Navíc teplota půdy, zejména v určité hloubce, je konstantní a mění se v nevýznamných mezích.

Rozsah energie generované tepelnými čerpadly:

Stabilita zdrojové teploty je důležitým faktorem stabilního a efektivního provozu tohoto typu energetického zařízení. Podobné charakteristiky mají systémy, ve kterých je vodní prostředí hlavním zdrojem tepelné energie. Kolektor těchto čerpadel je umístěn buď ve studni, kde je umístěn ve vodonosném potrubí nebo v nádrži.

Průměrná roční teplota těchto zdrojů, jako je půda a voda, se pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Tato teplota je dostačující k zajištění účinného provozu systému.

Hlavní konstrukční prvky tepelných čerpadel

Aby mohla elektrárna pracovat podle principů provozu tepelného čerpadla, musí její konstrukce zahrnovat 4 hlavní jednotky, kterými jsou:

• Kompresor.
• Výparník
• Kondenzátor
• Škrticí klapka.

Důležitým prvkem konstrukce tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavní funkcí je zvýšení tlaku a teploty par vznikajících při varu chladiva. Pro HVAC zařízení a tepelná čerpadla se používají zejména moderní svitkové kompresory.

Tyto kompresory jsou konstruovány pro provoz při teplotách pod nulou. Na rozdíl od jiných odrůd, šnekové kompresory produkují malý hluk a pracují jak při nízkých teplotách varu plynu, tak při vysokých teplotách kondenzace. Nespornou výhodou je jejich kompaktní velikost a nízká měrná hmotnost.

Výparník jako konstrukční prvek je nádrž, ve které dochází k přeměně kapalného chladiva na páry. Chladivo, cirkulující v uzavřeném okruhu, prochází výparníkem. V něm se chladivo ohřívá a mění se na páru. Výsledné páry pod nízkým tlakem směřují k kompresoru.

V kompresoru jsou páry chladiva vystaveny tlaku a jejich teplota stoupá. Kompresor čerpá ohřívanou páru pod vysokým tlakem do kondenzátoru.

Dalším konstrukčním prvkem systému je kondenzátor. Jeho funkce je omezena na návrat tepelné energie do vnitřního okruhu topného systému.

Sériové vzorky vyráběné průmyslovými podniky jsou vybaveny deskovými výměníky tepla. Hlavním materiálem pro tyto kondenzátory je legovaná ocel nebo měď.

Na začátku této části hydraulického okruhu, kde je vysokotlaké cirkulační médium přeměněno na médium s nízkým tlakem, je nainstalován ventil termostatu nebo jinak sytič. Přesněji řečeno, škrtící klapka spřažená s kompresorem rozděluje okruh tepelného čerpadla na dvě části: jednu s vysokotlakými parametry, druhou s nízkými.

Při průchodu expanzním škrtícím ventilem se kapalina cirkulující v uzavřeném okruhu částečně vypařuje, v důsledku čehož tlak klesá s teplotou. Poté vstupuje do výměníku tepla, komunikuje s okolím. Zachycuje energii média a přenáší ji zpět do systému.

Pomocí škrtícího ventilu je průtok chladiva regulován směrem k výparníku. Při volbě ventilu je třeba vzít v úvahu parametry systému. Ventil musí splňovat tyto parametry.

Vyberte typ tepelného čerpadla

Hlavním indikátorem tohoto topného systému je výkon. Od výkonu v první řadě bude záležet na finančních nákladech na nákup zařízení a výběru jednoho nebo jiného zdroje nízkoteplotního tepla. Čím vyšší je kapacita tepelného čerpacího systému, tím větší jsou náklady na konstrukční prvky.

Především se jedná o kapacitu kompresoru, hloubku vrtů pro geotermální sondy nebo oblast pro uložení horizontální nádrže. Správné termodynamické výpočty jsou zárukou, že systém bude fungovat efektivně.

Nejprve byste měli prostudovat oblast, která je plánována pro instalaci čerpadla. Ideálním stavem je přítomnost rezervoáru na tomto místě. Použití voda-voda významně snížit množství zemních prací.

Použití tepla země, naopak, zahrnuje velké množství prací souvisejících s výkopem. Systémy, které využívají vodní prostředí jako teplo nízké kvality, jsou považovány za nejúčinnější.

Použijte tepelnou energii půdy dvěma způsoby. První zahrnuje vrtání vrtů o průměru 100-168 mm. Hloubka těchto jamek může v závislosti na parametrech systému dosáhnout 100 m nebo více.

V těchto jamkách jsou umístěny speciální sondy. Druhá metoda využívá kolektor trubek. Takový kolektor je umístěn pod zemí v horizontální rovině. Pro tuto možnost potřebujete dostatek prostoru.

Pro pokládku kolektoru jsou prostory s mokrým povrchem považovány za ideální. Samozřejmě, že vrtání vrtů bude stát více než horizontální umístění nádrže. Ne každý web však má volné místo. Pro jeden kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete od 30 do 50 m² plochy.

V případě přítomnosti vysoko položeného horizontu podzemních vod mohou být výměníky tepla uspořádány ve dvou studnách umístěných ve vzdálenosti asi 15 m od sebe.

Výběr tepelné energie v těchto systémech čerpáním podzemní vody v uzavřené smyčce, jejíž části jsou umístěny v studnách. Takový systém musí instalovat filtr a pravidelně čistit výměník tepla.

Nejjednodušší a nejlevnější schéma tepelného čerpadla je založeno na odsávání tepelné energie ze vzduchu. Jakmile se stal základem pro zařízení chladničky, později podle svých zásad byly vyvinuty klimatizační zařízení.

Účinnost různých typů tohoto zařízení není stejná. Nejnižší indikátory mají čerpadla používající vzduchové prostředí. Tyto údaje jsou navíc přímo závislé na povětrnostních podmínkách.

Půdní typy tepelných čerpadel mají stabilní výkon. Koeficient účinnosti těchto systémů se pohybuje v rozmezí 2,8-3,3. Nejúčinnější systémy mají vodu-vodu. To je dáno především stabilitou teploty zdroje.

Je třeba poznamenat, že čím hlouběji je kolektor čerpadla umístěn v nádrži, tím stabilnější bude teplota. Pro dosažení výkonu systému 10 kW potřebujete asi 300 metrů potrubí.

Hlavním parametrem charakterizujícím účinnost tepelného čerpadla je jeho konverzní koeficient. Čím vyšší je koeficient přeměny, tím účinnější je tepelné čerpadlo.

Budování tepelného čerpadla

Znát schéma činnosti a zařízení tepelného čerpadla, sestavit a sestavit samostatně alternativní systém vytápění možné. Před zahájením práce je nutné spočítat všechny základní parametry budoucího systému. Pro výpočet parametrů budoucího čerpadla můžete použít software určený k optimalizaci chladicích systémů.

Nejjednodušší konstrukční možností je vzduch-voda. Nevyžaduje složitou práci na zařízení externího okruhu, která je vlastní vodním a zemním variantám tepelných čerpadel. Pro instalaci budou potřeba pouze dva kanály, z nichž jeden bude zásobován vzduchem, druhý bude použit k vypouštění odpadní hmoty.

Kromě ventilátoru musíte získat kompresor s požadovaným výkonem. Pro takovou jednotku je vhodný kompresor, který je vybaven konvenčními dělené systémy. Není nutné kupovat novou jednotku.

Můžete ji odstranit ze starého zařízení nebo použít. staré chladničky příslušenství. Doporučuje se použít spirální verzi. Tyto možnosti kompresoru, kromě dostatečné účinnosti, vytvářejí vysoký tlak, který zajišťuje zvýšení teploty.

K vybudování kondenzátoru potřebujete nádrž a měděnou trubku. Z potrubí je cívka. Pro jeho výrobu s použitím jakéhokoliv válcového tělesa požadovaného průměru. S navinutým měděným potrubím můžete tento konstrukční prvek snadno a rychle vyrobit.

Připravená cívka je namontována v předřezu na poloviční kapacitu. Pro výrobu kontejnerů je lepší použít materiály odolné vůči korozním procesům. Po umístění cívky do ní jsou poloviny nádrže svařeny.

Plocha cívky se vypočítá podle následujícího vzorce:

MT / 0,8 RT,

kde:

• Mt - výkon tepelné energie, který dodává systému.
• 0,8 - koeficient tepelné vodivosti v interakci vody s materiálem cívky.
• RT - rozdíl mezi teplotou vstupní a výstupní vody.

Výběr měděné trubky pro vlastní výrobu cívky, musíte věnovat pozornost tloušťce stěn. Musí být nejméně 1 mm. Jinak se při navíjení trubka deformuje. Trubka, skrze kterou je přívod chladiva umístěn v horní části nádrže.

Výparník tepelného čerpadla může být vyroben ve dvou provedeních - ve formě nádrže s cívkou v ní a ve formě trubky v potrubí. Protože teplota kapaliny ve výparníku je malá, kapacita může být vyrobena z plastového válce. V této nádobě je umístěn okruh, který je vyroben z měděné trubky.

Na rozdíl od kondenzátoru musí cívka výparníku odpovídat průměru a výšce zvolené nádoby. Druhá varianta výparníku: potrubí v potrubí. V tomto provedení je potrubí chladiva umístěno v plastové trubce o větším průměru, skrze kterou cirkuluje voda.

Délka takové trubky závisí na plánovaném výkonu čerpadla. To může být od 25 do 40 metrů. Tato trubka je stočena do spirály.

Termostatický ventil se vztahuje na uzavírací a regulační ventily. V expanzní komoře je jako blokovací prvek použita jehla. Poloha ventilu je určena teplotou ve výparníku.

To je důležitý prvek systému má poměrně složitou strukturu. Zahrnuje:

• Termočlánek.
• Clona.
• Kapilární trubice.
• Thermoball.

Tyto prvky mohou být při vysokých teplotách nepoužitelné. Proto by měl být při práci na pájecím systému izolován azbestový hadřík. Regulační ventil musí odpovídat výkonu výparníku.

Po práci na výrobě základních konstrukčních dílů přichází rozhodující moment pro sestavení celé konstrukce do jednoho celku. Nejdůležitější fází je vstřikování chladiva nebo chladicí kapaliny v systému.

Nezávislé provedení takové operace je pro jednoduchého muže na ulici sotva možné. Bude se muset obrátit na profesionály, kteří se zabývají opravou a údržbou klimatických zařízení.

Pracovníci v této oblasti mají zpravidla potřebné vybavení. Kromě nabíjení chladiva mohou testovat provoz systému. Vstřikování samo-chladiva může vést nejen ke konstrukčním poruchám, ale ik vážným zraněním. Kromě toho, pro spuštění systému, budete také potřebovat speciální vybavení.

Při spouštění systému dochází ke špičkovému startovacímu zatížení, které je obvykle kolem 40 A. Proto není možné spustit systém bez spouštěcího relé. Po prvním uvedení do provozu je nutné seřídit ventil a tlak chladiva.

Volba chladiva by měla být brána vážně. Tato látka je v podstatě považována za hlavní „nosič“ užitečné tepelné energie. Ze stávajících moderních chladiv jsou nejoblíbenější freony. Jedná se o deriváty uhlovodíkových sloučenin, ve kterých je část atomů uhlíku nahrazena jinými prvky.

Výsledkem této práce byl systém uzavřené smyčky. V něm bude cirkulovat chladivo, které zajistí výběr a přenos tepelné energie z výparníku do kondenzátoru. Při připojování tepelných čerpadel k domácímu systému zásobování teplem je třeba vzít v úvahu, že teplota vody opouštějící kondenzátor nepřesahuje 50 - 60 stupňů.

Vzhledem k nízké teplotě tepelné energie generované tepelným čerpadlem je třeba jako spotřebiče tepla zvolit specializovaná topná zařízení. Mohou to být teplá podlaha nebo objemové setrvačníky z hliníku nebo oceli s velkou radiační plochou.

Samoobslužné verze tepelných čerpadel jsou nejvhodnější považovat za pomocné zařízení, které podporuje a doplňuje práci hlavního zdroje.

Každý rok se zlepšují návrhy tepelných čerpadel. V průmyslových vzorech určených pro domácí použití se používají účinnější plochy pro přenos tepla. Výsledkem je, že výkon systému neustále roste.

Důležitým faktorem, který stimuluje vývoj takové technologie pro výrobu tepelné energie, je environmentální složka. Tyto systémy kromě toho, že jsou poměrně účinné, neznečišťují životní prostředí. Absence otevřeného plamene ho činí naprosto bezpečným.

Závěry a užitečné video na toto téma

Video č. 1. Jak udělat nejjednodušší domácí tepelné čerpadlo s výměníkem tepla z PEX potrubí:

Video č. 2. Pokračující instrukce:

Tepelná čerpadla jsou dlouhodobě používána jako alternativní systémy vytápění. Tyto systémy jsou spolehlivé, mají dlouhou životnost a, co je důležité, jsou šetrné k životnímu prostředí. Vážně začínají být považovány za další krok směrem k vývoji účinných a bezpečných systémů vytápění.

Chcete se zeptat na zajímavou metodu výstavby tepelného čerpadla, které není v článku zmíněno? Napište komentář do rámečku níže.