Les premières versions de pompes à chaleur ne pouvaient répondre que partiellement aux besoins en énergie thermique. Les variétés modernes sont plus efficaces et peuvent être utilisées pour les systèmes de chauffage. C'est pourquoi de nombreux propriétaires tentent de monter une pompe à chaleur de leurs propres mains.
Nous vous expliquerons comment choisir la meilleure option pour une pompe à chaleur, en tenant compte des données géographiques de la zone où il est prévu de l’installer. L'article proposé à l'examen décrit en détail le principe de fonctionnement des systèmes d'utilisation de «l'énergie verte», les différences sont répertoriées. Avec nos conseils, vous allez sans doute vous attarder sur le type efficace.
Pour les maîtres indépendants, nous présentons la technologie de montage de la pompe à chaleur. Les informations présentées pour examen sont complétées par des diagrammes visuels, des sélections de photos et un briefing vidéo détaillé en deux parties.
Contenu de l'article:
- Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur et comment ça marche?
- Les principaux éléments de conception des pompes à chaleur
- Sélectionnez le type de pompe à chaleur
- Construire soi-même une pompe à chaleur
- Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Qu'est-ce qu'une pompe à chaleur et comment ça marche?
Le terme pompe à chaleur désigne un ensemble d'équipements spécifiques. La fonction principale de cet équipement est la collecte de l'énergie thermique et son transport vers le consommateur. La source de cette énergie peut être n’importe quel corps ou milieu ayant une température de + 1º ou plus.
Dans notre environnement, les sources de chaleur à basse température sont plus que suffisantes. Il s’agit des déchets industriels des entreprises, des centrales thermiques et nucléaires, des eaux usées, etc. Pour le fonctionnement des pompes à chaleur dans le domaine du chauffage domestique, trois sources naturelles à régénération automatique sont nécessaires: l’air, l’eau, la terre.
Les pompes à chaleur «tirent» de l’énergie des processus qui se produisent régulièrement dans l’environnement. Le flux de processus ne s'arrête jamais, car les sources sont considérées comme inépuisables par des critères humains.
Les trois fournisseurs d’énergie potentiels énumérés sont directement liés à l’énergie du soleil, qui, grâce au chauffage, entraîne l’air du vent et transfère de l’énergie thermique à la terre. Le choix de la source est le critère principal selon lequel les systèmes de pompes à chaleur sont classés.
Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur repose sur la capacité des corps ou des fluides à transférer de l'énergie thermique à un autre corps ou à un autre fluide. Les destinataires et les fournisseurs d'énergie dans les systèmes de pompes à chaleur travaillent généralement par paires.
Vous devez donc distinguer les types de pompes à chaleur suivants:
- L'air c'est de l'eau.
- La terre est de l'eau.
- L'eau c'est l'air.
- L'eau c'est de l'eau.
- La Terre est l'air.
- Eau - eau
- L'air est l'air.
Dans ce cas, le premier mot détermine le type de support dans lequel le système utilise la chaleur à basse température. La seconde indique le type de support sur lequel cette énergie thermique est transférée. Ainsi, dans les pompes à chaleur, l’eau est de l’eau, la chaleur provient de l’eau et le liquide est utilisé comme caloporteur.
Les pompes à chaleur de type constructif sont des installations à compression de vapeur. Ils extraient la chaleur de sources naturelles, la traitent et la transportent aux consommateurs (+)
Les pompes à chaleur modernes utilisent trois principaux source de chaleur. Ceci - le sol, l'eau et l'air. La plus simple de ces options est pompe à chaleur air. La popularité de tels systèmes est liée à leur conception plutôt simple et à leur facilité d'installation.
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La pompe à chaleur comprend une unité intérieure et extérieure. La partie extérieure est destinée à l'apport énergétique naturel, interne pour son traitement
L'unité de pompe à chaleur air-air externe est similaire à l'extérieur d'un climatiseur, elle utilise des principes similaires.
Si vous souhaitez augmenter les performances du système de chauffage air-air, augmentez la surface de son évaporateur.
Les systèmes thermiques utilisant la chaleur de l’intérieur de la Terre sont beaucoup plus complexes et coûteux à construire. Parmi eux se trouvent des travaux verticaux - puits
Pour la construction d’un système d’évaporateur horizontal qui capte la chaleur du sol, de grandes surfaces libres de tout bâtiment sont nécessaires.
Les tubes de l'évaporateur peuvent être posés dans de nombreuses boucles dans les tranchées. L'essentiel est de creuser dans le sol les images nécessaires du récepteur d'énergie
Un puits destiné à l’utilisation de l’énergie des eaux souterraines est construit selon des principes similaires aux règles des systèmes à évaporateur à apport d’énergie du sol
Pour le dispositif de l'évaporateur vertical d'une pompe à chaleur qui utilise l'énergie de l'eau, vous avez besoin d'un réservoir suffisamment grand situé à proximité.
Le principe standard du dispositif de pompe à chaleur
Unité de pompe à chaleur air-air externe
Variété d'installation thermique air-air
Système d'évaporateur horizontal de la terre-eau
La pompe de réception de chaleur de l'appareil sol-air
Evaporateur dans des tranchées de terre sélectionnées
Puits d'eau pour pompe à chaleur eau / eau
Récepteurs horizontaux d'eau
Cependant, malgré cette popularité, ces variétés ont une productivité plutôt faible. De plus, l'efficacité est instable et dépend des fluctuations saisonnières de la température.
Avec la baisse de la température, leurs performances diminuent considérablement. De telles variantes de pompes à chaleur peuvent être considérées comme un complément à la principale source d’énergie thermique existante.
Options d'équipement utilisant chaleur du solsont considérés comme plus efficaces. Le sol reçoit et accumule de l’énergie thermique non seulement du Soleil, il est constamment chauffé par l’énergie du noyau de la Terre.
En d’autres termes, le sol est une sorte d’accumulateur de chaleur dont la capacité est pratiquement illimitée. De plus, la température du sol, en particulier à une certaine profondeur, est constante et varie dans des limites non significatives.
Portée de l'énergie générée par les pompes à chaleur:
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Les pompes à chaleur servent de fournisseurs d’énergie aux besoins des circuits de chauffage à basse température et des systèmes de chauffage de l’eau.
Les pompes à chaleur ont trouvé l'utilisation la plus active en tant que fournisseur d'énergie pour les circuits de chauffage de l'air.
Les pompes à chaleur sont en mesure de fournir au système un plancher chaud avec la quantité requise de liquide de refroidissement à la température requise
La pompe à chaleur de petite taille, de puissance petite ou moyenne, s’adapte parfaitement à l’eau chauffée pour une piscine privée
Pompes à chaleur en chauffage et eau chaude
Application dans les circuits de chauffage de l'air
Préparation de caloporteur pour les systèmes de chauffage par le sol
Installation thermique dans le chauffage de l'eau de la piscine
La constance de la température source est un facteur important dans le fonctionnement stable et efficace de ce type d’équipement. Des caractéristiques similaires ont des systèmes dans lesquels le milieu aquatique est la principale source d’énergie thermique. Le collecteur de telles pompes est situé soit dans le puits, soit dans l'aquifère, soit dans un réservoir.
La température annuelle moyenne de sources telles que le sol et l’eau varie de + 7 ° C à + 12 ° C. Cette température est suffisante pour assurer le fonctionnement efficace du système.
Les plus efficaces sont les pompes à chaleur qui extraient l’énergie thermique de sources présentant des indices de température stables, c.-à-d. de l'eau et du sol
Les principaux éléments de conception des pompes à chaleur
Pour que la centrale fonctionne selon les principes de fonctionnement de la pompe à chaleur, sa conception doit comporter 4 unités principales, à savoir:
- Compresseur.
- Évaporateur
- Condenseur
- Papillon.
Un compresseur est un élément important de la conception de la pompe à chaleur. Sa fonction principale est d'augmenter la pression et la température des vapeurs résultant de l'ébullition du réfrigérant. Les compresseurs Scroll modernes sont notamment utilisés pour les équipements de CVC et les pompes à chaleur.
Les liquides à bas point d'ébullition sont utilisés comme fluide de travail qui effectue le transfert direct d'énergie thermique. L'ammoniac et les fréons (+) sont généralement utilisés.
Ces compresseurs sont conçus pour fonctionner à des températures inférieures à zéro. Contrairement aux autres modèles, les compresseurs Scroll produisent peu de bruit et fonctionnent à la fois en ébullition de gaz et en condensation. L'avantage incontestable est leur taille compacte et leur faible poids spécifique.
Presque toute l'énergie de la pompe à chaleur est utilisée pour transporter l'énergie thermique de l'extérieur dans la pièce. Ainsi, le travail des systèmes prend environ 1 unité d'énergie dans la production de 4 - 6 unités (+)
L’évaporateur en tant qu’élément structurel est un réservoir dans lequel se produit la conversion du réfrigérant liquide en vapeur. Le fluide frigorigène, circulant dans un circuit fermé, traverse l'évaporateur. Le fluide frigorigène se réchauffe et se transforme en vapeur. La vapeur résultante sous basse pression est dirigée vers le compresseur.
Dans un compresseur, les vapeurs de réfrigérant sont soumises à une pression et leur température augmente. Le compresseur pompe la vapeur chauffée sous haute pression vers le condenseur.
Le compresseur comprime le fluide circulant dans le circuit, ce qui augmente sa température et sa pression. Ensuite, le milieu comprimé entre dans l'échangeur de chaleur (condenseur), où il est refroidi, transférant la chaleur dans de l'eau ou de l'air
L'élément structurel suivant du système est un condensateur. Sa fonction est réduite au retour d'énergie thermique au circuit interne du système de chauffage.
Les échantillons de série fabriqués par les entreprises industrielles sont équipés d'échangeurs de chaleur à plaques. Le matériau principal de ces condensateurs est l'acier allié ou le cuivre.
Tube en cuivre approprié pour un échangeur thermique auto-fabriqué avec un diamètre de un demi-pouce. L'épaisseur de paroi des tuyaux utilisés pour la fabrication de l'échangeur de chaleur doit être d'au moins 1 mm
Une vanne thermostatique, ou autre type étrangleur, est installée au début de la partie du circuit hydraulique où le fluide de circulation à haute pression est converti en un fluide à basse pression. Plus précisément, un papillon associé à un compresseur divise le circuit de pompe à chaleur en deux parties: l’une avec les paramètres de pression élevés, l’autre avec les paramètres bas.
Lors du passage dans un papillon des gaz d’expansion, le liquide circulant dans un circuit fermé s’évapore partiellement, ce qui entraîne une chute de pression avec la température. Puis entre dans l'échangeur de chaleur, communiquant avec l'environnement. Il capte l'énergie du support et la restitue dans le système.
À l'aide du papillon des gaz, le débit de réfrigérant est contrôlé vers l'évaporateur. Lors du choix d'une vanne, les paramètres du système doivent être pris en compte. La vanne doit respecter ces paramètres.
En passant par la vanne de régulation thermique, le fluide caloporteur s’évapore partiellement et la température de départ diminue (+)
Sélectionnez le type de pompe à chaleur
Le principal indicateur de ce système de chauffage est la puissance. L’électricité dépendra en premier lieu des coûts financiers liés à l’achat d’équipement et du choix de l’une ou l’autre source de chaleur à basse température. Plus la capacité du système de pompe à chaleur est élevée, plus le coût des composants est élevé.
Tout d’abord, il s’agit de la capacité du compresseur, de la profondeur des puits pour les sondes géothermiques ou de la superficie pouvant accueillir le réservoir horizontal. Des calculs thermodynamiques appropriés sont une sorte de garantie que le système fonctionnera efficacement.
S'il y a un réservoir d'eau à côté de la zone personnelle, la pompe à chaleur eau à eau sera le choix le plus rentable et le plus productif.
Pour commencer, il est nécessaire d'étudier un site qui est prévu pour l'installation de la pompe. La condition idéale est la présence d'un réservoir sur ce site. Utilisation de type d'eau réduire considérablement la quantité de terrassement.
L'utilisation de la chaleur de la terre implique au contraire un grand nombre de travaux liés à l'excavation. Les systèmes qui utilisent l'environnement aquatique comme source de chaleur à faible teneur sont considérés comme les plus efficaces.
Le dispositif de la pompe à chaleur, qui extrait l’énergie thermique du sol, nécessite une quantité impressionnante de terrassement. Un collecteur est déposé en dessous du niveau de congélation saisonnier.
Utilisez l'énergie thermique du sol de deux manières. La première consiste à forer des puits d'un diamètre de 100 à 168 mm. La profondeur de tels puits, en fonction des paramètres du système, peut atteindre 100 m ou plus.
Des sondes spéciales sont placées dans ces puits. La deuxième méthode utilise un collecteur de tuyaux. Un tel collecteur est placé sous terre dans un plan horizontal. Pour cette option, vous avez besoin d'une surface suffisamment grande.
Pour la pose du capteur, les zones avec sol humide sont considérées comme idéales. Naturellement, le forage de puits coûtera plus cher que l’emplacement horizontal du réservoir. Cependant, tous les sites ne disposent pas d'espace libre. Pour un kW de puissance de pompe à chaleur, vous avez besoin de 30 à 50 m² de surface.
Une installation permettant de puiser l’énergie thermique d’un puits profond peut être un peu moins chère que de creuser une fosse. Mais un avantage important est les importantes économies d'espace, qui sont importantes pour les propriétaires de petites zones.
Dans le cas de la présence sur le site d'un horizon de nappe phréatique de hauteur élevée, des échangeurs de chaleur peuvent être disposés dans deux puits situés à une distance d'environ 15 m l'un de l'autre.
Le choix de l'énergie thermique dans de tels systèmes en pompant les eaux souterraines en boucle fermée, dont certaines parties sont situées dans des puits. Un tel système nécessite l'installation d'un filtre et le nettoyage périodique de l'échangeur thermique.
Le système de pompe à chaleur le plus simple et le moins cher est basé sur l'extraction de l'énergie thermique de l'air. Une fois qu’il est devenu la base des réfrigérateurs à dispositif, des climatiseurs ont ensuite été développés conformément à ses principes.
Le système de pompe à chaleur le plus simple utilise l'énergie de la masse d'air. En été, elle participe au chauffage, en hiver à la climatisation. Le point négatif du système est que dans une version indépendante, l'unité avec une puissance insuffisante
L'efficacité des différents types de cet équipement n'est pas la même. Les indicateurs les plus bas indiquent que les pompes utilisent l’air. De plus, ces chiffres dépendent directement des conditions météorologiques.
Les types de sol des pompes à chaleur ont des performances stables. Le coefficient d'efficacité de ces systèmes varie de 2,8 à 3,3. Les systèmes les plus efficaces ont l'eau-eau. Cela est dû principalement à la stabilité de la température source.
Il est à noter que plus le collecteur de la pompe est situé en profondeur dans le réservoir, plus la température sera stable. Pour obtenir une puissance système de 10 kW, vous avez besoin d'environ 300 mètres de pipeline.
Le paramètre principal caractérisant l'efficacité de la pompe à chaleur est considéré comme son coefficient de conversion. Plus le facteur de conversion est élevé, plus la pompe à chaleur est considérée comme efficace.
Le taux de conversion de la pompe à chaleur est exprimé par le rapport entre le flux de chaleur et la puissance électrique consommée par le compresseur.
Construire soi-même une pompe à chaleur
Connaître le schéma d'action et le dispositif de la pompe à chaleur, assembler et assembler indépendamment système de chauffage alternatif tout à fait possible. Avant de commencer à travailler, il est nécessaire de calculer tous les paramètres de base du futur système. Pour calculer les paramètres de la future pompe, vous pouvez utiliser le logiciel conçu pour optimiser les systèmes de refroidissement.
L'option de construction la plus simple est système air-eau. Il ne nécessite pas de travail complexe sur le dispositif du circuit externe, ce qui est inhérent aux variétés de pompes à chaleur pour l’eau et le sol. Pour l'installation, il ne faudra que deux canaux, l'un alimenté en air, le second servant à évacuer la masse de déchets.
Le moyen le plus simple de le faire vous-même est d’avoir une pompe à chaleur dont la chaleur est extraite de la masse d’air. Un ventilateur extérieur souffle de l'air dans l'évaporateur.
En plus du ventilateur, vous devez acquérir un compresseur de la puissance requise. Pour une telle unité est un compresseur tout à fait approprié, qui sont équipés de systèmes split. Il n'est pas nécessaire d'acheter une nouvelle unité.
Vous pouvez le retirer de votre ancien équipement ou l’utiliser. vieux accessoires de réfrigérateur. Il est conseillé d'utiliser une version en spirale. Ces options de compresseur, en plus de posséder une efficacité suffisante, créent une pression élevée, ce qui augmente la température.
Pour construire un condensateur, il vous faut un réservoir et un tuyau en cuivre. Du tuyau est une bobine. Pour sa fabrication en utilisant n'importe quel corps cylindrique du diamètre souhaité. Après avoir enroulé un tuyau de cuivre dessus, vous pouvez facilement et rapidement fabriquer cet élément structurel.
La bobine Ready est montée dans une prédécoupe de moitié. Pour la fabrication de conteneurs est préférable d'utiliser des matériaux résistants aux processus de corrosion. Après avoir placé la bobine dedans, les moitiés du réservoir sont soudées.
La surface de la bobine est calculée à l'aide de la formule suivante:
MT / 0.8 RT,
où:
- Mt - la puissance de l'énergie thermique, ce qui donne au système.
- 0,8 - coefficient de conductivité thermique dans l'interaction de l'eau avec le matériau de la bobine.
- RT - la différence entre les températures d'entrée et de sortie de l'eau.
En choisissant un tuyau de cuivre pour l'auto-fabrication de la bobine, vous devez faire attention à l'épaisseur des murs. Il doit être d'au moins 1 mm. Sinon, lors de l'enroulement du tuyau sera déformé. Le tuyau à travers lequel l'entrée de réfrigérant est situé au sommet du réservoir.
L'échangeur de chaleur est constitué d'un tube de cuivre en enroulant le tube de cuivre sur l'objet de forme cylindrique. Plus la surface de la bobine est grande, plus les performances de la pompe sont élevées
L'évaporateur de la pompe à chaleur peut être fabriqué en deux versions: sous la forme d'un réservoir avec un serpentin et sous la forme d'un tuyau dans un tuyau. Étant donné que la température du liquide dans l'évaporateur est faible, la capacité peut être constituée d'un cylindre en plastique. Dans ce conteneur est placé le circuit, qui est fait de tuyau de cuivre.
Contrairement au condenseur, le serpentin du serpentin de l'évaporateur doit correspondre au diamètre et à la hauteur du récipient sélectionné. La deuxième variante de l'évaporateur: un tuyau dans le tuyau. Dans ce mode de réalisation, le tuyau de réfrigérant est placé dans un tuyau en plastique d'un diamètre plus grand à travers lequel l'eau circule.
La longueur d'un tel tuyau dépend de la puissance prévue de la pompe. Cela peut aller de 25 à 40 mètres. Ce tube est enroulé dans une spirale.
La vanne thermostatique fait référence aux vannes d'arrêt et de contrôle. Une aiguille est utilisée comme élément de verrouillage dans la chambre de détente. La position de la vanne est déterminée par la température dans l'évaporateur.
Ceci est un élément important du système a une structure assez complexe. Il comprend:
- Thermocouple
- Ouverture.
- Tube capillaire.
- Thermoball.
Ces éléments peuvent devenir inutilisables à haute température. Par conséquent, lors des travaux sur le système de soudage, la vanne doit être isolée avec un chiffon en amiante. La vanne de régulation doit correspondre à la capacité de l'évaporateur.
Après des travaux sur la fabrication de pièces structurelles de base, le moment crucial est venu d’assembler l’ensemble de la structure en une seule unité. L'étape la plus cruciale est procédé d'injection de réfrigérant ou de liquide de refroidissement dans le système.
Mener une telle opération de manière indépendante n’est guère envisageable pour un simple citoyen de la rue. Il faudra faire appel à des professionnels de la réparation et de la maintenance des équipements climatiques.
En règle générale, les travailleurs de cette zone disposent du matériel nécessaire. En plus de charger le réfrigérant, ils peuvent tester le fonctionnement du système. L'injection d'auto-réfrigérant peut entraîner non seulement une défaillance structurelle, mais également des blessures graves. De plus, pour démarrer le système, vous avez également besoin d'un équipement spécial.
Lors du démarrage du système, la charge de démarrage maximale est généralement de l'ordre de 40 A. Par conséquent, le démarrage du système sans relais de démarrage n'est pas possible. Après le premier démarrage, il est nécessaire de régler la vanne et la pression du réfrigérant.
Le choix du réfrigérant doit être pris au sérieux. Après tout, cette substance est essentiellement considérée comme le principal «vecteur» d’énergie thermique utile. Parmi les réfrigérants modernes existants, les fréons sont les plus populaires. Ce sont des dérivés de composés hydrocarbonés dans lesquels une partie des atomes de carbone est remplacée par d'autres éléments.
En conséquence, l’assemblage des différents éléments de la pompe à chaleur doit avoir une boucle fermée à travers laquelle le fluide de travail circule.
À la suite de ce travail, un système en boucle fermée a été obtenu. Le réfrigérant y circulera, assurant la sélection et le transfert de l’énergie thermique de l’évaporateur au condenseur. Lors du raccordement des pompes à chaleur au système d'alimentation en chaleur de la maison, il convient de prendre en compte le fait que la température de l'eau à la sortie du condenseur ne dépasse pas 50 - 60 degrés.
En raison de la basse température de l'énergie thermique générée par la pompe à chaleur, vous devez choisir des appareils de chauffage spécialisés en tant que consommateur de chaleur. Il peut s’agir d’un plancher chaud ou de radiateurs à faible inertie en aluminium ou en acier avec une grande zone de rayonnement.
Les versions auto-fabriquées de pompes à chaleur sont les plus appropriées à considérer comme des équipements auxiliaires qui soutiennent et complètent le travail de la source principale.
Chaque année, la conception des pompes à chaleur s’améliore. Dans les modèles industriels destinés à un usage domestique, des surfaces de transfert de chaleur plus efficaces sont utilisées. En conséquence, les performances du système augmentent constamment.
La composante environnementale est un facteur important qui stimule le développement d'une telle technologie pour la production d'énergie thermique. Ces systèmes, en plus d'être assez efficaces, ne polluent pas l'environnement. L'absence de flamme nue rend le travail absolument sûr.
Conclusions et vidéo utile sur le sujet
Vidéo n ° 1. Comment fabriquer la pompe à chaleur maison la plus simple avec un échangeur de chaleur en tuyau PEX:
Vidéo n ° 2. Instruction continue:
Les pompes à chaleur sont utilisées depuis longtemps comme systèmes de chauffage alternatifs. Ces systèmes sont fiables, ont une longue durée de vie et sont avant tout écologiques. Ils commencent sérieusement à être considérés comme une étape supplémentaire dans la mise au point de systèmes de chauffage efficaces et sûrs.
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