Tepelné čerpadlo pre vykurovanie domácností rukami: zariadenie, princíp činnosti, schéma

Prvé verzie tepelných čerpadiel mohli len čiastočne uspokojiť potreby tepelnej energie. Moderné odrody sú efektívnejšie a dajú sa použiť pre vykurovacie systémy. To je dôvod, prečo sa mnohí majitelia domov snaží pripojiť tepelné čerpadlo vlastnými rukami.

Uvedieme vám, ako si vybrať tú najlepšiu možnosť pre tepelné čerpadlo, berúc do úvahy geo-údaje o oblasti, v ktorej sa má inštalovať. V článku navrhnutom na posúdenie je podrobne opísaný princíp fungovania systémov „zelenej energie“, rozdiely sú uvedené. S našou radou, budete bezpochyby prebrať na efektívny typ.

Pre nezávislých majstrov prezentujeme technológiu montáže tepelného čerpadla. Informácie prezentované na posúdenie sú doplnené vizuálnymi diagramami, výberom fotografií a podrobným videozáznamom v dvoch častiach.

Čo je tepelné čerpadlo a ako funguje?

Pojem tepelné čerpadlo označuje súbor špecifických zariadení. Hlavnou funkciou tohto zariadenia je zber tepelnej energie a jej preprava spotrebiteľovi. Zdrojom takejto energie môže byť akékoľvek teleso alebo médium, ktoré má teplotu + 1 ° alebo viac stupňov.

V našom prostredí sú zdroje tepla s nízkou teplotou viac ako dosť. Ide o priemyselné odpady podnikov, tepelných a jadrových elektrární, kanalizácie atď. Na prevádzku tepelných čerpadiel v oblasti vykurovania domácností sú potrebné tri samoregenerujúce prírodné zdroje - vzduch, voda, pôda.

Traja uvedení potenciálni dodávatelia energie priamo súvisia s energiou Slnka, ktorá prostredníctvom vykurovania poháňa vzduch vetrom a prenáša tepelnú energiu na zem. Hlavným kritériom, podľa ktorého sú systémy tepelného čerpadla klasifikované, je výber zdroja.

Princíp činnosti tepelných čerpadiel je založený na schopnosti telies alebo médií prenášať tepelnú energiu na iné teleso alebo médium. Príjemcovia a dodávatelia energie v systémoch tepelných čerpadiel zvyčajne pracujú vo dvojiciach.

Rozlišujte tieto typy tepelných čerpadiel:

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

V tomto prípade prvé slovo určuje typ média, v ktorom má systém nízkoteplotné teplo. Druhá označuje typ nosiča, na ktorý sa táto tepelná energia prenáša. V tepelných čerpadlách je teda voda voda, teplo sa odoberá z vodného média a ako nosič tepla sa používa kvapalina.

Moderné tepelné čerpadlá používajú tri hlavné zdroj tepla. To - pôda, voda a vzduch. Najjednoduchšie z týchto možností je vzduchové tepelné čerpadlo. Popularita takýchto systémov je spojená s ich pomerne jednoduchým dizajnom a jednoduchosťou inštalácie.

Napriek tejto popularite však tieto odrody majú pomerne nízku produktivitu. Okrem toho je účinnosť nestabilná a závisí od sezónnych výkyvov teploty.

S klesajúcou teplotou výrazne klesá ich výkon. Takéto varianty tepelných čerpadiel možno považovať za dodatok k existujúcemu hlavnému zdroju tepelnej energie.

Možnosti vybavenia pomocou zemné teplopovažujú za účinnejšie. Pôda prijíma a akumuluje tepelnú energiu nielen zo Slnka, ale je neustále ohrievaná energiou zemského jadra.

To znamená, že pôda je druh akumulátora tepla, ktorého kapacita je prakticky neobmedzená. Okrem toho je teplota pôdy, najmä v určitej hĺbke, konštantná a mení sa v nevýznamných medziach.

Rozsah energie vyrobenej tepelnými čerpadlami: \ t

Stabilita zdrojovej teploty je dôležitým faktorom stabilnej a efektívnej prevádzky tohto typu energetického zariadenia. Podobné charakteristiky majú systémy, v ktorých je vodné prostredie hlavným zdrojom tepelnej energie. Kolektor takýchto čerpadiel je umiestnený buď v studni, kde sa nachádza vo vodonosnej vrstve, alebo v nádrži.

Priemerná ročná teplota týchto zdrojov, ako je pôda a voda, sa pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Táto teplota je dostatočná na zabezpečenie efektívnej prevádzky systému.

Hlavné konštrukčné prvky tepelných čerpadiel

Aby mohla elektráreň pracovať v súlade s princípmi prevádzky tepelného čerpadla, musí mať 4 hlavné jednotky, a to: \ t

• Kompresor.
• Výparník.
• Kondenzátor.
• Škrtiaca klapka.

Dôležitým prvkom konštrukcie tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavnou funkciou je zvýšenie tlaku a teploty výparov v dôsledku varu chladiva. Najmä moderné špirálové kompresory sa používajú pre vzduchotechnické zariadenia a tepelné čerpadlá.

Takéto kompresory sú navrhnuté na prevádzku pri teplotách pod nulou. Na rozdiel od iných druhov, špirálové kompresory produkujú malý hluk a pracujú pri nízkych teplotách varu plynu a vysokých kondenzačných teplotách. Nepochybnou výhodou je ich kompaktná veľkosť a nízka merná hmotnosť.

Výparník ako konštrukčný prvok je nádrž, v ktorej dochádza k premene kvapalného chladiva na pary. Chladivo, cirkulujúce v uzavretom okruhu, prechádza cez výparník. V ňom sa chladivo zohrieva a mení sa na paru. Výsledné pary pod nízkym tlakom smerujú do kompresora.

V kompresore sú výpary chladiva vystavené tlaku a ich teplota stúpa. Kompresor čerpá ohrievanú paru pod vysokým tlakom smerom ku kondenzátoru.

Ďalším konštrukčným prvkom systému je kondenzátor. Jeho funkcia je znížená na návrat tepelnej energie do vnútorného okruhu vykurovacieho systému.

Sériové vzorky vyrábané priemyselnými podnikmi sú vybavené doskovými výmenníkmi tepla. Hlavným materiálom pre takéto kondenzátory je legovaná oceľ alebo meď.

Na začiatku tej časti hydraulického okruhu, kde sa vysokotlakové cirkulačné médium premieňa na nízkotlakové médium, je nainštalovaný termostatický ventil alebo iná tlmivka. Presnejšie, škrtiaca klapka spojená s kompresorom rozdeľuje okruh tepelného čerpadla na dve časti: jednu s vysokotlakovými parametrami, druhú s nízkymi.

Pri prechode expanzným škrtiacim ventilom sa kvapalina cirkulujúca v uzavretom okruhu čiastočne odparuje, v dôsledku čoho tlak klesá s teplotou. Potom vstupuje do výmenníka tepla, komunikuje s prostredím. Zachytáva energiu média a prenáša ho späť do systému.

Pomocou škrtiacej klapky je prietok chladiva regulovaný smerom k výparníku. Pri výbere ventilu je potrebné vziať do úvahy parametre systému. Ventil musí spĺňať tieto parametre.

Vyberte typ tepelného čerpadla

Hlavným indikátorom tohto vykurovacieho systému je výkon. Od výkonu na prvom mieste bude závisieť na finančných nákladoch na nákup zariadenia a výber jedného alebo iného zdroja nízkoteplotného tepla. Čím vyššia je kapacita tepelného čerpacieho systému, tým vyššie sú náklady na komponenty.

V prvom rade ide o kapacitu kompresora, hĺbku vrtov pre geotermálne sondy alebo oblasť pre umiestnenie horizontálnej nádrže. Správne termodynamické výpočty sú zárukou, že systém bude fungovať efektívne.

Ak chcete začať s je potrebné študovať miesto, ktoré je plánované pre inštaláciu čerpadla. Ideálnym stavom je prítomnosť zásobníka na tomto mieste. Použitie typu voda-voda výrazne znížiť množstvo zemných prác.

Použitie tepla zeme, naopak, zahŕňa veľké množstvo prác súvisiacich s výkopom. Systémy, ktoré využívajú vodné prostredie ako teplo s nízkou kvalitou, sa považujú za najefektívnejšie.

Použite tepelnú energiu pôdy dvoma spôsobmi. Prvým je vŕtanie studní s priemerom 100-168 mm. Hĺbka týchto jamiek môže v závislosti od parametrov systému dosiahnuť 100 m alebo viac.

V týchto jamkách sú umiestnené špeciálne sondy. Druhá metóda využíva zberač rúrok. Takýto kolektor je umiestnený v podzemí v horizontálnej rovine. Pre túto možnosť potrebujete dostatočne veľkú plochu.

Na pokládku kolektora sa považujú priestory s mokrým povrchom za ideálne. Prirodzene, vŕtanie studní bude stáť viac ako horizontálne umiestnenie nádrže. Avšak nie každá stránka má voľné miesto. Pre jeden kW výkonu tepelného čerpadla potrebujete od 30 do 50 m² plochy.

V prípade prítomnosti vysoko položeného horizontu podzemnej vody môžu byť výmenníky tepla usporiadané v dvoch studniach umiestnených vo vzdialenosti asi 15 m od seba.

Výber tepelnej energie v takýchto systémoch čerpaním podzemnej vody v uzavretej slučke, ktorej časti sú umiestnené v studniach. Takýto systém musí inštalovať filter a pravidelne čistiť výmenník tepla.

Najjednoduchšia a najlacnejšia schéma tepelného čerpadla je založená na extrakcii tepelnej energie zo vzduchu. Akonáhle sa stal základom pre zariadenia chladničky, neskôr podľa jeho princípov boli vyvinuté klimatizácia.

Účinnosť rôznych typov tohto zariadenia nie je rovnaká. Najnižšie ukazovatele majú čerpadlá využívajúce vzduchové prostredie. Okrem toho sú tieto údaje priamo závislé od poveternostných podmienok.

Tepelné čerpadlá majú stabilný výkon. Koeficient účinnosti týchto systémov sa pohybuje v rozmedzí 2,8 až 3,3. Najúčinnejšie systémy majú vodu-vodu. Je to spôsobené predovšetkým stabilitou teploty zdroja.

Treba poznamenať, že čím hlbšie je kolektor čerpadla v nádrži, tým stabilnejšia bude teplota. Na dosiahnutie výkonu systému 10 kW potrebujete približne 300 metrov potrubia.

Hlavný parameter charakterizujúci účinnosť tepelného čerpadla sa považuje za jeho konverzný koeficient. Čím vyšší je konverzný faktor, tým účinnejšie je tepelné čerpadlo.

Budovanie tepelného čerpadla

Poznať schému činnosti a zariadenia tepelného čerpadla, zostavovať a montovať nezávisle alternatívny vykurovací systém celkom možné. Pred začatím práce je potrebné vypočítať všetky základné parametre budúceho systému. Na výpočet parametrov budúceho čerpadla môžete použiť softvér určený na optimalizáciu chladiacich systémov.

Najjednoduchšia konštrukčná možnosť je vzduch-voda. Nevyžaduje zložitú prácu na zariadení vonkajšieho okruhu, ktorá je vlastná vodným a pozemným druhom tepelných čerpadiel. Pre inštaláciu budú potrebné iba dva kanály, z ktorých jeden bude zásobovaný vzduchom, druhý bude použitý na vypúšťanie odpadovej hmoty.

Okrem ventilátora musíte získať kompresor s požadovaným výkonom. Pre takúto jednotku je celkom vhodný kompresor, ktorý je vybavený bežnými rozdelené systémy. Nie je potrebné kupovať novú jednotku.

Môžete ho vybrať zo starého zariadenia alebo ho použiť. staré chladničky príslušenstvo. Odporúča sa použiť špirálovú verziu. Tieto možnosti kompresora okrem toho, že majú dostatočnú účinnosť, vytvárajú vysoký tlak, ktorý zabezpečuje zvýšenie teploty.

Na vybudovanie kondenzátora potrebujete nádrž a medené potrubie. Z rúry je cievka. Na jeho výrobu sa používa valcové teleso požadovaného priemeru. S navinutým medeným potrubím na ňom môžete tento konštrukčný prvok ľahko a rýchlo vyrobiť.

Pripravená cievka je namontovaná v predrezaní na polovičnú kapacitu. Na výrobu kontajnerov je lepšie používať materiály odolné voči korózii. Po umiestnení cievky do nej sú polovice nádrže zvárané.

Plocha cievky sa vypočíta podľa tohto vzorca:

MT / 0,8 RT,

kde:

• MT - výkon tepelnej energie, ktorý dáva systému.
• 0,8 - koeficient tepelnej vodivosti v interakcii vody s materiálom cievky.
• RT - rozdiel medzi teplotou vstupnej a výstupnej vody.

Výber medenej rúrky pre vlastnú výrobu cievky, musíte venovať pozornosť hrúbke stien. Musí byť najmenej 1 mm. V opačnom prípade sa pri navíjaní rúra deformuje. Rúra, cez ktorú sa nachádza prívod chladiva, sa nachádza na hornej strane nádrže.

Výparník tepelného čerpadla môže byť vyhotovený v dvoch variantoch - vo forme nádrže s cievkou v nej a vo forme rúry v potrubí. Pretože teplota kvapaliny vo výparníku je malá, kapacita môže byť vyrobená z plastového valca. V tomto kontajneri je umiestnený okruh, ktorý je vyrobený z medenej rúrky.

Na rozdiel od kondenzátora musí cievka výparníkovej cievky zodpovedať priemeru a výške zvolenej nádoby. Druhý variant výparníka: rúra v potrubí. V tomto uskutočnení je potrubie s chladivom umiestnené v plastovom potrubí s väčším priemerom, ktorým cirkuluje voda.

Dĺžka takého potrubia závisí od plánovaného výkonu čerpadla. Môže byť od 25 do 40 metrov. Táto trubica je navinutá do špirály.

Termostatický ventil sa vzťahuje na uzatváracie a regulačné ventily. V expanznej komore je ako blokovací prvok použitá ihla. Poloha ventilu je určená teplotou vo výparníku.

To je dôležitý prvok systému má pomerne zložitú štruktúru. Zahŕňa:

• Termočlánok.
• Aperture.
• Kapilárna trubica.
• Termoballon.

Tieto prvky sa pri vysokých teplotách môžu stať nepoužiteľnými. Preto počas práce na spájkovacom systéme by mal byť ventil izolovaný azbestovou tkaninou. Regulačný ventil musí zodpovedať výkonu výparníka.

Po práci na výrobe základných konštrukčných častí je rozhodujúci moment pre montáž celej konštrukcie do jedného celku. Najdôležitejšou fázou je vstrekovania chladiva alebo chladiacej kvapaliny v systéme.

Samotné vykonávanie takejto operácie je pre jednoduchého muža na ulici sotva možné. Bude sa musieť obrátiť na odborníkov, ktorí sa zaoberajú opravou a údržbou klimatických zariadení.

Pracovníci v tejto oblasti majú spravidla potrebné vybavenie. Okrem nabíjania chladiva môžu testovať prevádzku systému. Samo-chladiace vstrekovanie môže viesť nielen k štrukturálnym poruchám, ale aj k vážnym zraneniam. Okrem toho, na spustenie systému, budete tiež potrebovať špeciálne vybavenie.

Pri spúšťaní systému sa objavuje maximálna počiatočná záťaž, ktorá je zvyčajne okolo 40 A. Preto nie je možné spustenie systému bez spúšťacieho relé. Po prvom uvedení do prevádzky je potrebné nastavenie ventilu a tlak chladiva.

Voľba chladiva by sa mala brať vážne. Koniec koncov, táto látka je v podstate považovaná za hlavný "nosič" užitočnej tepelnej energie. Z existujúcich moderných chladív sú najobľúbenejšie freóny. Ide o deriváty uhľovodíkových zlúčenín, v ktorých je časť atómov uhlíka nahradená inými prvkami.

Výsledkom tejto práce bol systém uzavretej slučky. V ňom bude cirkulovať chladivo, ktoré zabezpečí výber a prenos tepelnej energie z výparníka do kondenzátora. Pri pripájaní tepelných čerpadiel k systému vykurovania by sa malo vziať do úvahy, že teplota vody, ktorá opúšťa kondenzátor, nepresahuje 50 - 60 stupňov.

Vzhľadom na nízku teplotu tepelnej energie generovanej tepelným čerpadlom musíte ako spotrebič tepla zvoliť špeciálne vykurovacie zariadenia. Môže ísť o teplé podlahové alebo objemové nízko zotrvačné radiátory vyrobené z hliníka alebo ocele s veľkou radiačnou plochou.

Samoobslužné verzie tepelných čerpadiel sú najvhodnejšie ako pomocné zariadenia, ktoré podporujú a dopĺňajú prácu hlavného zdroja.

Návrhy tepelných čerpadiel sa každoročne zlepšujú. V priemyselných vzoroch určených na domáce použitie sa používajú účinnejšie plochy na prenos tepla. Výsledkom je, že výkon systému sa neustále zvyšuje.

Dôležitým faktorom, ktorý stimuluje rozvoj takejto technológie na výrobu tepelnej energie, je environmentálna zložka. Takéto systémy okrem toho, že sú pomerne účinné, neznečisťujú životné prostredie. Absencia otvoreného plameňa ho robí absolútne bezpečným.

Závery a užitočné video na túto tému

Video č. 1. Ako urobiť najjednoduchšie domáce tepelné čerpadlo s výmenníkom tepla z PEX potrubia:

Video č. 2. Pokračujúci pokyn:

Tepelné čerpadlá sú dlhodobo využívané ako alternatívne vykurovacie systémy. Tieto systémy sú spoľahlivé, majú dlhú životnosť a, čo je dôležité, sú šetrné k životnému prostrediu. Vážne sa začínajú považovať za ďalší krok smerom k rozvoju efektívnych a bezpečných vykurovacích systémov.

Chcete položiť otázku alebo povedať o zaujímavej metóde výstavby tepelného čerpadla, ktoré nie je uvedené v článku? Napíšte poznámky do poľa nižšie.