Le prime versioni di pompe di calore potevano soddisfare solo parzialmente le esigenze di energia termica. Le varietà moderne sono più efficienti 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.
Vi diremo come scegliere l'opzione migliore per una pompa di calore, tenendo conto dei dati geografici dell'area in cui è prevista l'installazione. L'articolo proposto per la considerazione descrive in dettaglio il principio di funzionamento dei sistemi di utilizzo di "energia verde", le differenze sono elencate. Con il nostro consiglio, indubbiamente ti soffermerai sul tipo efficace.
Per i master indipendenti, presentiamo la tecnologia di assemblaggio della pompa di calore. Le informazioni presentate a titolo oneroso sono completate da diagrammi visivi, selezioni fotografiche e briefing video dettagliato in due parti.
Contenuto dell'articolo:
- Cos'è una pompa di calore e come funziona?
- I principali elementi di design delle pompe di calore
- Seleziona il tipo di pompa di calore
- Costruire una pompa di calore da soli
- Conclusioni e video utili sull'argomento
Cos'è una pompa di calore e come funziona?
Il termine pompa di calore si riferisce a una serie 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 che abbia una temperatura di + 1 ° o più gradi.
Nel nostro ambiente, le fonti di calore a bassa temperatura sono più che sufficienti. Si tratta di rifiuti industriali di imprese, centrali termiche e nucleari, liquami, ecc. Per il funzionamento delle pompe di calore nel settore del riscaldamento domestico sono necessarie tre fonti naturali autorigeneranti: aria, acqua, terra.
Le pompe di calore "assorbono" energia dai processi che si verificano regolarmente nell'ambiente. Il flusso di processi non si ferma mai, perché le fonti sono considerate inesauribili dai criteri umani.
I tre potenziali fornitori di energia elencati sono direttamente correlati all'energia del sole, che mediante il riscaldamento aziona l'aria con il vento e trasferisce energia termica alla terra. È la scelta della sorgente il criterio principale in base al quale vengono classificati i sistemi a pompa di calore.
Il principio di funzionamento delle pompe di calore si basa sulla capacità dei corpi o dei media di trasferire energia termica a un altro corpo o mezzo. I destinatari e i fornitori di energia nei sistemi a pompa di calore 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 determina il tipo di supporto in cui il sistema utilizza il calore a bassa temperatura. Il secondo indica il tipo di vettore a cui viene trasferita questa energia termica. Quindi, nelle pompe di calore l'acqua è acqua, il calore viene prelevato dal mezzo d'acqua e il liquido viene usato come trasportatore di calore.
Le pompe di calore di tipo costruttivo sono installazioni a compressione di vapore. Estraggono calore da fonti naturali, lo processano e lo trasportano ai consumatori (+)
Le moderne pompe di calore usano tre principali fonte di calore. Questo - il terreno, l'acqua e l'aria. La più semplice di queste opzioni è pompa di calore aria. La popolarità di tali sistemi è associata al loro design piuttosto semplice e alla facilità di installazione.
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La pompa di calore comprende un'unità interna ed esterna. La parte esterna è intesa per l'assunzione di energia naturale, interna per la sua elaborazione
L'unità pompa di calore aria-aria esterna è simile all'esterno di un condizionatore d'aria, utilizza principi simili.
Se si desidera aumentare le prestazioni del sistema di riscaldamento aria-aria, aumentare l'area del suo evaporatore
I sistemi termici che usano il calore dall'interno della terra sono molto più complessi e costosi da costruire. Tra loro ci sono lavorazioni verticali - pozzi
Per la costruzione di un sistema di evaporazione orizzontale che raccoglie calore dal terreno, sono necessarie ampie aree libere dalla costruzione.
I tubi dell'evaporatore possono essere posati in numerosi anelli nelle trincee. La cosa principale è scavare nel terreno il filmato richiesto del ricevitore di energia
Un pozzo per l'uso di energia idrica sotterranea è costruito secondo principi simili alle regole dei sistemi di evaporatori del dispositivo con l'apporto di energia a terra
Per il dispositivo dell'evaporatore verticale di una pompa di calore che utilizza l'energia dell'acqua, è necessario un serbatoio vicino di area sufficiente
Il principio standard del dispositivo a pompa di calore
Pompa di calore aria-aria esterna
Varietà di installazioni termiche aria-aria
Sistema di evaporazione orizzontale dell'acqua terra
La pompa del ricevitore di calore del dispositivo terra-aria
Evaporatore in trincee di terra selezionate
Pozzo d'acqua per pompa di calore acqua-acqua
Ricevitori orizzontali di energia idrica
Tuttavia, nonostante questa popolarità, queste varietà hanno una produttività piuttosto bassa. Inoltre, l'efficienza è instabile e dipende dalle fluttuazioni stagionali della temperatura.
Con la diminuzione della temperatura, le loro prestazioni diminuiscono significativamente. Tali varianti di pompe di calore possono essere considerate come un'aggiunta alla fonte principale esistente di energia termica.
Opzioni dell'attrezzatura usando calore al suolosono considerati più efficaci. Il suolo riceve e accumula energia termica non solo dal Sole, ma viene costantemente riscaldata dall'energia del nucleo terrestre.
Cioè, il terreno è una specie di accumulatore di calore, la cui capacità è praticamente illimitata. Inoltre, la temperatura del terreno, soprattutto a una certa profondità, è costante e varia in limiti insignificanti.
Portata di energia generata dalle pompe di calore:
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Le pompe di calore fungono da fornitori di energia per le esigenze dei circuiti di riscaldamento a bassa temperatura e dei sistemi di riscaldamento dell'acqua.
Le pompe di calore hanno trovato l'uso più attivo come fornitore di energia per i circuiti di riscaldamento dell'aria.
Le pompe di calore sono in grado di fornire al sistema un pavimento caldo con la quantità richiesta di temperatura richiesta per il refrigerante
La piccola pompa di calore di piccola o media potenza si adatta perfettamente all'acqua riscaldata per una piscina privata
Pompe di calore in riscaldamento e acqua calda
Applicazione nei circuiti di riscaldamento ad aria
Preparazione del trasportatore di calore per sistemi di riscaldamento a pavimento
Installazione termica nel riscaldamento dell'acqua della piscina
La costanza della temperatura della sorgente è un fattore importante per il funzionamento stabile ed efficiente di questo tipo di apparecchiature elettriche. Caratteristiche simili hanno sistemi in cui l'ambiente acquatico è la principale fonte di energia termica. Il collettore di tali pompe è situato nel pozzo, dove si trova nella falda acquifera o in un serbatoio.
La temperatura media annuale di tali fonti come il suolo e l'acqua varia da + 7º a + 12º C. Questa temperatura è abbastanza per garantire l'effettivo funzionamento del sistema.
Le più efficaci sono le pompe di calore che estraggono l'energia termica da fonti con indici di temperatura stabili, vale a dire da acqua e suolo
I principali elementi di design delle pompe di calore
Affinché l'impianto di generazione di energia funzioni secondo i principi di funzionamento della pompa di calore, il suo progetto deve comprendere 4 unità principali, queste sono:
- Compressor.
- Evaporatore.
- Condensatore.
- Valvola a farfalla.
Un elemento importante del design della pompa di calore è un compressore. La sua funzione principale è quella di aumentare la pressione e la temperatura dei vapori derivanti dall'ebollizione del refrigerante. In particolare, i moderni compressori scroll sono utilizzati per apparecchiature HVAC e pompe di calore.
I liquidi con un punto di ebollizione basso vengono utilizzati come mezzo di lavoro per il trasferimento diretto di energia termica. L'ammoniaca e i freon (+) sono generalmente usati.
Tali compressori sono progettati per funzionare a temperature inferiori allo zero. A differenza di altre varietà, i compressori scroll producono poco rumore e funzionano sia a basse temperature di ebollizione del gas che a temperature di condensazione elevate. Il vantaggio indiscusso sono le dimensioni compatte e il peso specifico ridotto.
Quasi tutta l'energia della pompa di calore viene spesa per il trasporto di energia termica dall'esterno nella stanza. Quindi, il lavoro dei sistemi richiede circa 1 unità di energia nella produzione di 4 - 6 unità (+)
L'evaporatore come elemento strutturale è un serbatoio in cui si verifica la conversione del refrigerante liquido in vapore. Il refrigerante, circolante in un circuito chiuso, passa attraverso l'evaporatore. In esso il refrigerante si riscalda e si trasforma in vapore. Il vapore risultante a bassa pressione è diretto verso il compressore.
In un compressore, i vapori di refrigerante sono sottoposti a pressione e la loro temperatura aumenta. Il compressore pompa il vapore riscaldato ad alta pressione verso il condensatore.
Il compressore comprime il mezzo circolante nel circuito, a causa del quale la sua temperatura e la pressione aumentano. Quindi il fluido compresso entra nello scambiatore di calore (condensatore), dove viene raffreddato, trasferendo calore all'acqua o all'aria
Il prossimo elemento strutturale del sistema è un condensatore. La sua funzione è ridotta al ritorno di energia termica al circuito interno dell'impianto di riscaldamento.
I campioni seriali fabbricati da imprese industriali sono dotati di scambiatori di calore a piastre. Il materiale principale per tali condensatori è l'acciaio legato o il rame.
Per scambiatore di calore autoprodotto adatto tubo di rame con un 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 comunque a induzione, è installata all'inizio di quella parte del circuito idraulico dove il mezzo circolante ad alta pressione viene convertito in un mezzo a bassa pressione. Più precisamente, un acceleratore in coppia con un compressore divide il circuito della pompa di calore in due parti: una con parametri di alta pressione, l'altra con valori bassi.
Quando passa attraverso una valvola a farfalla di espansione, il liquido che circola in un circuito chiuso evapora parzialmente, a causa del quale la pressione diminuisce con la temperatura. Quindi entra nello scambiatore di calore, comunicando con l'ambiente. Cattura l'energia del mezzo e la trasferisce al sistema.
Tramite la valvola a farfalla, il flusso di refrigerante viene controllato verso l'evaporatore. Quando si sceglie una valvola, i parametri del sistema devono essere presi in considerazione. La valvola deve essere conforme a questi parametri.
Passando attraverso la valvola di regolazione del calore, il fluido termovettore si espande parzialmente e la temperatura del flusso diminuisce (+)
Seleziona il tipo di pompa di calore
L'indicatore principale di questo sistema di riscaldamento è la potenza. Dal potere in primo luogo dipenderà dai costi finanziari per l'acquisto di attrezzature e la scelta di una o l'altra fonte di calore a bassa temperatura. Maggiore è la capacità del sistema di pompaggio a caldo, maggiore è il costo degli elementi componenti.
Prima di tutto, questo si riferisce alla capacità del compressore, alla profondità dei pozzi per le sonde geotermiche o all'area per ospitare il serbatoio orizzontale. I calcoli termodinamici corretti sono una sorta di garanzia che il sistema funzionerà in modo efficiente.
Se c'è un serbatoio d'acqua vicino all'area personale, la pompa di calore acqua-acqua sarà la scelta più economica e produttiva.
Innanzitutto, è necessario studiare l'area prevista per l'installazione della pompa. La condizione ideale è la presenza di un serbatoio in questo sito. Uso di tipo acqua-acqua ridurre significativamente la quantità di sterri.
L'utilizzo del calore della terra, al contrario, comporta un gran numero di lavori relativi allo scavo. I sistemi che utilizzano l'ambiente acquatico come calore di bassa qualità sono considerati i più efficienti.
Il dispositivo della pompa di calore, che estrae energia termica dal suolo, comporta una quantità impressionante di lavori di sterro. Un collettore è posto sotto il livello di congelamento stagionale.
Usa l'energia termica del suolo in due modi. Il primo riguarda 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 posizionate in questi pozzetti. Il secondo metodo utilizza un collettore di tubi. Un tale collettore è posto sottoterra in un piano orizzontale. Per questa opzione, hai bisogno di un'area abbastanza grande.
Per la posa del collettore, le aree con terreno bagnato sono considerate ideali. Naturalmente, la perforazione dei pozzi costerà più della posizione orizzontale del giacimento. Tuttavia, non tutti i siti hanno spazio libero. Per un kW di potenza della pompa di calore sono necessari da 30 a 50 m² di area.
Una struttura per l'assunzione di energia termica da un pozzo profondo potrebbe essere un po 'più economica rispetto a scavare una fossa. Ma un notevole vantaggio è il notevole risparmio di spazio, che è importante per i proprietari di piccole aree.
In caso di presenza sul sito di un orizzonte elevato di acque sotterranee, 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 falde acquifere in un circuito chiuso, parti delle quali si trovano nei pozzi. Un tale sistema deve installare un filtro e pulire periodicamente lo scambiatore di calore.
Lo schema di pompa di calore più semplice ed economico si basa sull'estrazione di energia termica dall'aria. Una volta che divenne la base per i frigoriferi del dispositivo, in seguito secondo i suoi principi sono stati sviluppati condizionatori d'aria.
Il sistema di pompa di calore più semplice ricava energia dalla massa d'aria. In estate partecipa al riscaldamento, in inverno all'aria condizionata. Il meno del sistema è che in una versione indipendente l'unità con potenza insufficiente
L'efficacia dei diversi tipi di questa attrezzatura non è la stessa. Gli indicatori più bassi hanno le pompe che utilizzano l'ambiente dell'aria. Inoltre, queste cifre dipendono direttamente dalle condizioni meteorologiche.
I tipi di terreno delle pompe di calore hanno prestazioni stabili. Il coefficiente di efficienza di questi sistemi varia nel range di 2.8-3.3. I sistemi più efficaci hanno acqua-acqua. 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 potenza del sistema di 10 kW, sono necessari circa 300 metri di tubazione.
Il parametro principale che caratterizza l'efficienza della pompa di calore è considerato il suo coefficiente di conversione. Maggiore è il fattore di conversione, più efficiente è la pompa di calore.
Il tasso di conversione della pompa di calore è espresso in termini di rapporto tra il flusso di calore e la potenza elettrica consumata dal compressore.
Costruire una pompa di calore da soli
Conoscendo lo schema di azione e il dispositivo della pompa di calore, assemblare e assemblare in modo indipendente sistema di riscaldamento alternativo abbastanza possibile. Prima di iniziare il lavoro, è necessario calcolare tutti i parametri di base del sistema futuro. Per calcolare i parametri della pompa futura, è possibile utilizzare il software progettato per ottimizzare i sistemi di raffreddamento.
L'opzione di costruzione più semplice è sistema aria-acqua. Non richiede lavori complessi sul dispositivo del circuito esterno, che è inerente alle varietà di pompe di calore dell'acqua e del terreno. Per l'installazione, saranno necessari solo due canali, uno dei quali verrà fornito con aria, il secondo verrà utilizzato per scaricare la massa dei rifiuti.
Il modo più semplice per farlo da soli è avere una pompa di calore con il calore prelevato dalla massa d'aria. Una ventola esterna soffia aria verso l'evaporatore.
Oltre al ventilatore, è necessario acquisire un compressore della potenza richiesta. Per tale unità è compressore abbastanza adatto, che sono dotati di convenzionale sistemi divisi. Non è necessario acquistare una nuova unità.
Puoi rimuoverlo dal vecchio equipaggiamento o usarlo. vecchi accessori del frigorifero. Si consiglia di utilizzare una versione a spirale. Queste opzioni del compressore, oltre a possedere un'efficienza sufficiente, creano un'alta pressione, che fornisce un aumento della temperatura.
Per costruire un condensatore, hai bisogno di un serbatoio e un tubo di rame. Dal tubo c'è una bobina. Per la sua fabbricazione utilizzare qualsiasi corpo cilindrico del diametro desiderato. Avendo avvolto su di esso un tubo di rame, puoi facilmente e velocemente realizzare questo elemento strutturale.
La bobina pronta viene montata in un pre-taglio a metà della capacità. Per la produzione di contenitori è meglio usare materiali resistenti ai processi di corrosione. Dopo aver inserito la bobina, le due 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, che dà il sistema.
- 0,8 - coefficiente di conducibilità termica nell'interazione dell'acqua con il materiale della bobina.
- RT - la differenza tra la temperatura dell'acqua in ingresso e quella in uscita.
Scegliendo un tubo di rame per l'auto-fabbricazione della bobina, è necessario prestare attenzione allo spessore delle pareti. Deve essere di almeno 1 mm. Altrimenti, quando si avvolge il tubo sarà deformato. Il tubo attraverso il quale si trova l'ingresso del refrigerante nella parte superiore del serbatoio.
Lo scambiatore di calore è realizzato in tubo di rame avvolgendo il tubo di rame sull'oggetto con una forma cilindrica. Maggiore è la superficie della bobina, maggiori sono le prestazioni della pompa
L'evaporatore della pompa di calore può essere realizzato in due versioni: nella forma di un serbatoio con una bobina e sotto forma di un tubo in un tubo. Poiché la temperatura del liquido nell'evaporatore è piccola, la capacità può essere fatta di un barile di plastica. In questo contenitore è posto il circuito, che è fatto di tubo di rame.
In contrasto con il condensatore, la bobina della serpentina dell'evaporatore deve corrispondere al diametro e all'altezza del contenitore selezionato. La seconda variante dell'evaporatore: un tubo nel tubo. In questa forma di realizzazione, il tubo refrigerante è posto in un tubo di plastica di diametro maggiore attraverso il quale circola l'acqua.
La lunghezza di tale tubo dipende dalla potenza della pompa pianificata. Può essere da 25 a 40 metri. Questo tubo è avvolto a spirale.
La valvola termostatica si riferisce alle valvole di intercettazione e controllo. Un ago viene utilizzato come elemento di blocco nella camera di espansione. La posizione della valvola è determinata dalla temperatura nell'evaporatore.
Questo è un elemento importante del sistema ha una struttura piuttosto complessa. Include:
- Termocoppia.
- Aperture.
- Tubo capillare.
- Termoballon.
Questi elementi possono diventare inutilizzabili alle alte temperature. Pertanto, durante i lavori sul sistema di saldatura, la valvola deve essere isolata con un panno di amianto. La valvola di controllo deve corrispondere alla capacità dell'evaporatore.
Dopo il lavoro sulla produzione di parti strutturali di base, il momento cruciale arriva per l'assemblaggio dell'intera struttura in una singola unità. La fase più cruciale è processo di iniezione del refrigerante o refrigerante nel sistema.
Effettuare autonomamente un'operazione del genere è difficilmente possibile per un semplice uomo per strada. Ci sarà bisogno di rivolgersi ai professionisti che si occupano di riparazione e manutenzione delle attrezzature climatiche.
I lavoratori in quest'area, di regola, hanno l'attrezzatura necessaria. Oltre a caricare il refrigerante, possono testare il funzionamento del sistema. L'iniezione di auto-refrigerante può portare non solo a cedimenti strutturali, ma anche a lesioni gravi. Inoltre, per avviare il sistema, è necessario anche un equipaggiamento speciale.
All'avvio del sistema, si verifica un picco di carico iniziale, che di solito è di circa 40 A. Pertanto, non è possibile avviare il sistema senza un relè di avvio. Dopo il primo avvio, è necessario regolare la valvola e la pressione del refrigerante.
La scelta del refrigerante dovrebbe essere presa sul serio. Dopotutto, questa sostanza 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 di idrocarburi in cui una parte di atomi di carbonio è sostituita da altri elementi.
Di conseguenza, l'assemblaggio dei singoli elementi della pompa di calore dovrebbe avere un circuito chiuso attraverso il quale circola il fluido di lavoro.
Come risultato di questo lavoro, è stato ottenuto un sistema a circuito chiuso. Il refrigerante circolerà in esso, assicurando la selezione e il trasferimento di energia termica dall'evaporatore al condensatore. Quando si collegano le pompe di calore al sistema di riscaldamento della casa, si deve tenere conto del fatto che la temperatura dell'acqua in uscita dal condensatore non supera i 50 - 60 gradi.
A causa della bassa temperatura dell'energia termica generata dalla pompa di calore, è necessario scegliere dispositivi di riscaldamento specializzati come consumatori di calore. Questo può essere un radiatore a pavimento a bassa temperatura o a basso volume in alluminio o acciaio con una grande area di irraggiamento.
Le versioni autoprodotte di pompe di calore sono le più appropriate da considerare come apparecchiature ausiliarie che supportano e integrano il lavoro della fonte principale.
Ogni anno i progetti di pompe di calore stanno migliorando. Nei progetti industriali destinati all'uso domestico vengono utilizzate 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 efficienti, non inquinano l'ambiente. L'assenza di una fiamma aperta lo rende assolutamente sicuro.
Conclusioni e video utili sull'argomento
Video # 1. Come realizzare la più semplice pompa di calore fatta in casa con uno scambiatore di calore della pipa PEX:
Video # 2. Istruzione continua:
Le pompe di calore sono state utilizzate come sistemi di riscaldamento alternativi per lungo tempo. Questi sistemi sono affidabili, hanno una lunga durata e, soprattutto, sono rispettosi dell'ambiente. Stanno seriamente iniziando a essere considerati come un altro passo verso lo sviluppo di sistemi di riscaldamento efficienti e sicuri.
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