Prve različice toplotnih črpalk so lahko le delno zadovoljile potrebe po toplotni energiji. Sodobne sorte so učinkovitejše in se lahko uporabljajo za ogrevalne sisteme. To je razlog, zakaj mnogi lastniki stanovanj poskušajo namestiti toplotno črpalko z lastnimi rokami.
Povedali vam bomo, kako izbrati najboljšo možnost za toplotno črpalko, pri tem pa upoštevajte geopodatke območja, kjer je načrtovana vgradnja. Predlagani članek podrobno opisuje načelo delovanja sistemov uporabe »zelene energije«, razlike pa so navedene. Z našim nasvetom boste nedvomno razmišljali o učinkoviti vrsti.
Za neodvisne mojstre predstavljamo tehnologijo montaže toplotne črpalke. Informacije, predstavljene za obravnavo, so dopolnjene z vizualnimi diagrami, fotografskimi izbirami in podrobnimi video sestanki v dveh delih.
Vsebina članka:
- Kaj je toplotna črpalka in kako deluje?
- Glavni elementi oblikovanja toplotnih črpalk
- Izberite vrsto toplotne črpalke
- Sami zgradite toplotno črpalko
- Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi
Kaj je toplotna črpalka in kako deluje?
Izraz toplotna črpalka se nanaša na vrsto posebne opreme. Glavna naloga te opreme je zbiranje toplotne energije in njen prevoz do potrošnika. Vir te energije je lahko katerokoli telo ali medij, ki ima temperaturo + 1 ° ali več stopinj.
V našem okolju so viri nizko-temperaturne toplote več kot dovolj. To so industrijski odpadki podjetij, termoelektrarne in jedrske elektrarne, odplake itd. Za delovanje toplotnih črpalk na področju ogrevanja stanovanj so potrebni trije obnovljivi naravni viri - zrak, voda, zemljišče.
Toplotne črpalke »črpajo« energijo iz procesov, ki se redno pojavljajo v okolju. Pretok procesov se nikoli ne ustavi, ker se človeški viri štejejo za neizčrpne.
Našteti trije potencialni ponudniki energije so neposredno povezani z energijo sonca, ki s pomočjo ogrevanja poganja zrak z vetrom in prenaša toplotno energijo na zemljo. Izbira vira je glavno merilo, po katerem so razvrščeni sistemi toplotnih črpalk.
Načelo delovanja toplotnih črpalk temelji na sposobnosti telesa ali medija za prenos toplotne energije na drugo telo ali medij. Prejemniki in dobavitelji energije v sistemih toplotnih črpalk običajno delujejo v parih.
Razlikujte naslednje vrste toplotnih črpalk:
- Zrak je voda.
- Zemlja je voda.
- Voda je zrak.
- Voda je voda.
- Zemlja je zrak.
- Voda - voda
- Zrak je zrak.
V tem primeru prva beseda določa vrsto medija, v katerem sistem sprejema nizko temperaturno toploto. Druga oznacuje vrsto nosilca, na katerega se prenese ta toplotna energija. Torej, v toplotnih črpalkah je voda voda, toplota se vzame iz vodnega medija in tekočina se uporablja kot nosilec toplote.
Toplotne črpalke konstrukcijskega tipa so instalacije za komprimiranje hlapov. Pridobivajo toploto iz naravnih virov, jo predelujejo in transportirajo do potrošnikov (+)
Sodobne toplotne črpalke uporabljajo tri glavne toplotni vir. To - zemlja, voda in zrak. Najlažji od teh možnosti je zračna toplotna črpalka. Priljubljenost takšnih sistemov je povezana z njihovo precej preprosto zasnovo in enostavnostjo namestitve.
Galerija slik
Fotografija iz
Toplotna črpalka vključuje notranjo in zunanjo enoto. Zunanji del je namenjen naravnemu vnosu energije, notranji za njegovo predelavo
Zunanja enota toplotna črpalka zrak-zrak je podobna zunanji strani klimatske naprave, uporablja podobna načela.
Če želite povečati učinkovitost ogrevalnega sistema zrak-zrak, povečajte površino njegovega uparjalnika.
Toplotni sistemi, ki uporabljajo toploto iz notranjosti zemlje, so bistveno bolj kompleksni in dražji za gradnjo. Med njimi so vertikalna dela - vrtine
Za izgradnjo horizontalnih sistemov izparilnikov, ki odnašajo toploto iz tal, so potrebna velika območja brez gradbenih objektov.
Uparjalne cevi se lahko položijo v številne zanke v jarkih. Glavna stvar je, da se v zemljo kopajo zahtevani posnetki sprejemnika energije
Vodnjak za rabo energije podzemne vode je zgrajen v skladu z načeli, podobnimi pravilom naprave izparilnikov z zemeljskim vnosom energije
Za napravo vertikalnega uparjalnika toplotne črpalke, ki uporablja energijo vode, potrebujete bližnji rezervoar zadostne površine
Standardno načelo naprave toplotne črpalke
Zunanja toplotna črpalka zrak-zrak
Različna termična instalacija zrak-zrak
Horizontalni izparilni sistem zemlje-vode
Naprava toplotnega sprejemnika črpalka zemlja-zrak
Uparjalnik v izbranih zemeljskih jarkih
Vodnjak za toplotno črpalko voda-voda
Horizontalni sprejemniki vodne energije
Kljub tej priljubljenosti pa imajo te sorte dokaj nizko produktivnost. Poleg tega je učinkovitost nestabilna in je odvisna od sezonskih nihanj temperature.
Z zmanjševanjem temperature se njihova zmogljivost znatno zmanjšuje. Take variante toplotnih črpalk lahko obravnavamo kot dodatek obstoječemu glavnemu viru toplotne energije.
Možnosti uporabe opreme toplota talučinkovitejši. Zemlja sprejema in kopiči toplotno energijo ne le od Sonca, ampak se nenehno segreva z energijo zemeljskega jedra.
To pomeni, da je zemlja neke vrste akumulator toplote, katerega zmogljivost je praktično neomejena. Poleg tega je temperatura tal, zlasti na določeni globini, konstantna in se spreminja v zanemarljivih mejah.
Obseg energije, ki jo proizvajajo toplotne črpalke:
Galerija slik
Fotografija iz
Toplotne črpalke so dobavitelji energije za potrebe nizkotemperaturnih ogrevalnih krogov in sistemov za ogrevanje vode.
Toplotne črpalke so najbolj aktivno uporabljale kot dobavitelj energije za ogrevalne kroge zraka.
Toplotne črpalke lahko v celoti zagotovijo sistem s toplo tla s potrebno količino hladilne tekočine
Majhna toplotna črpalka majhne ali srednje moči se popolnoma ukvarja z ogrevano vodo za zasebni bazen
Toplotne črpalke za ogrevanje in toplo vodo
Uporaba v tokokrogih ogrevanja zraka
Priprava toplotnega nosilca za sisteme talnega ogrevanja
Toplotna instalacija v bazenu za ogrevanje vode
Konstantnost temperature vira je pomemben dejavnik stabilnega in učinkovitega delovanja te vrste energetske opreme. Podobne značilnosti imajo sisteme, v katerih je vodno okolje glavni vir toplotne energije. Zbiralnik takšnih črpalk se nahaja bodisi v vodnjaku, kjer se nahaja v vodonosniku ali v rezervoarju.
Povprečna letna temperatura takih virov, kot so zemlja in voda, se giblje od + 7 ° do + 12 ° C. Ta temperatura je povsem dovolj za učinkovito delovanje sistema.
Najbolj učinkoviti so toplotne črpalke, ki pridobivajo toplotno energijo iz virov s stabilnimi temperaturnimi indeksi, tj. iz vode in tal
Glavni elementi oblikovanja toplotnih črpalk
Da bi elektrarna delovala v skladu z načeli delovanja toplotne črpalke, mora njegova zasnova vključevati 4 glavne enote:
- Kompresor.
- Uparjalnik
- Kondenzator
- Ventil za plin.
Pomemben element konstrukcije toplotne črpalke je kompresor. Njegova glavna funkcija je povečanje tlaka in temperature hlapov, ki nastanejo zaradi vrenja hladilnega sredstva. Zlasti sodobni scroll kompresorji se uporabljajo za HVAC opremo in toplotne črpalke.
Tekočine z nizkim vreliščem se uporabljajo kot delovni medij, ki izvaja neposreden prenos toplotne energije. Na splošno se uporabljajo amoniak in freoni (+).
Taki kompresorji so zasnovani za delovanje pri temperaturah pod ničlo. Za razliko od drugih sort, scroll kompresorji proizvajajo malo hrupa in delujejo tako pri nizkih temperaturah plina kot pri visokih temperaturah kondenzacije. Nedvomna prednost je njihova kompaktna velikost in nizka specifična teža.
Skoraj vsa energija toplotne črpalke se porabi za prenos toplotne energije od zunaj v prostor. Torej, delo sistemov traja približno 1 energetsko enoto v proizvodnji 4 - 6 enot (+)
Uparjalnik kot strukturni element je rezervoar, v katerem pride do pretvorbe tekočega hladilnega sredstva v hlapi. Hladivo, ki kroži v zaprtem krogu, gre skozi uparjalnik. V njem se hladilno sredstvo segreje in spremeni v paro. Nastala para pod nizkim tlakom je usmerjena proti kompresorju.
V kompresorju so hlapi hladiva izpostavljeni pritisku in njihova temperatura se dvigne. Kompresor črpa ogrevano paro pod visokim tlakom proti kondenzatorju.
Kompresor stisne medij, ki kroži v tokokrogu, zaradi česar narašča njegova temperatura in tlak. Nato stisnjeni medij vstopi v toplotni izmenjevalnik (kondenzator), kjer se ohladi, prenos toplote na vodo ali zrak.
Naslednji strukturni element sistema je kondenzator. Njegova funkcija je zmanjšana na vračanje toplotne energije v notranji tokokrog ogrevalnega sistema.
Serijski vzorci industrijskih podjetij so opremljeni s ploščnimi izmenjevalci toplote. Glavni material za take kondenzatorje je legirano jeklo ali baker.
Za samoproizvodnjo toplotnega izmenjevalnika primerna bakrena cev s premerom pol palca. Debelina sten cevi, uporabljenih za izdelavo toplotnega izmenjevalnika, mora biti vsaj 1 mm
Ventil s termostatsko ali drugačno dušilno loputo je nameščen na začetku tistega dela hidravličnega krogotoka, kjer se visokotlačni krožni medij pretvori v medij pod nizkim tlakom. Natančneje, dušilka v kombinaciji s kompresorjem deli vezje toplotne črpalke na dva dela: enega z visokotlačnimi parametri, drugega z nizkimi.
Pri prehodu skozi ekspanzijski ventil se tekočina, ki kroži v zaprtem krogu, delno izhlapi, zaradi česar tlak pade s temperaturo. Nato vstopi v izmenjevalnik toplote in komunicira z okoljem. Zajema energijo medija in jo prenese nazaj v sistem.
S pomočjo dušilnega ventila se pretok hladiva uravnava proti uparjalniku. Pri izbiri ventila je treba upoštevati parametre sistema. Ventil mora ustrezati tem parametrom.
Pri prehodu skozi ventil za uravnavanje toplote tekočina za prenos toplote delno izhlapi, temperatura dovoda pa se zmanjša (+)
Izberite vrsto toplotne črpalke
Glavni kazalnik tega ogrevalnega sistema je moč. Od moči na prvem mestu bo odvisna od finančnih stroškov za nakup opreme in izbiro enega ali drugega vira nizke temperature toplote. Višja kot je zmogljivost sistema toplotnih črpalk, višji so stroški sestavnih elementov.
Prvič, to se nanaša na zmogljivost kompresorja, globino vodnjakov za geotermalne sonde ali na območje za namestitev vodoravnega rezervoarja. Ustrezni termodinamični izračuni so vrsta jamstva, da bo sistem deloval učinkovito.
Če je poleg osebnega prostora vodni zbiralnik, bo toplotna črpalka voda / voda stroškovno najučinkovitejša in produktivnejša izbira.
Najprej morate preučiti območje, ki je načrtovano za namestitev črpalke. Idealno stanje je prisotnost rezervoarja na tem mestu. Uporaba voda-voda bistveno zmanjša količino zemeljskih del.
Uporaba zemeljske toplote, nasprotno, vključuje veliko število del, povezanih z izkopavanjem. Sistemi, ki uporabljajo vodno okolje kot nizko toplotno toploto, veljajo za najučinkovitejše.
Naprava toplotne črpalke, ki iz tal pridobiva toplotno energijo, vključuje impresivno količino zemeljskih del. Kolektor je položen pod sezonsko stopnjo zamrzovanja.
Uporabite toplotno energijo tal na dva načina. Prvi vključuje vrtanje vrtine s premerom 100-168 mm. Globina takšnih vrtin, odvisno od parametrov sistema, lahko doseže 100 m ali več.
V te vodnjake so nameščene posebne sonde. Druga metoda uporablja zbiralnik cevi. Tak zbiralnik se postavi pod zemljo v vodoravno ravnino. Za to možnost potrebujete dovolj veliko območje.
Za polaganje zbiralnika so idealna območja z mokro zemljo. Seveda bo vrtanje vodnjakov stalo več kot horizontalna lokacija rezervoarja. Vendar pa nima vsaka stran prostega prostora. Za en kW moč toplotne črpalke potrebujete 30 do 50 m² površine.
Naprava za sprejem toplotne energije iz ene globoke vrtine je lahko nekoliko cenejša kot kopanje jame. Toda pomemben plus je znaten prihranek prostora, kar je pomembno za lastnike majhnih površin.
V primeru prisotnosti obzorja podzemne vode na lokaciji se lahko izmenjevalniki toplote razporedijo v dveh vodnjakih, ki se nahajajo na razdalji približno 15 m.
Izbira toplotne energije v takšnih sistemih s črpanjem podzemne vode v zaprti zanki, katere deli se nahajajo v vrtinah. Takšen sistem mora namestiti filter in občasno čistiti izmenjevalnik toplote.
Najenostavnejša in najcenejša toplotna črpalka temelji na ekstrakciji toplotne energije iz zraka. Ko je postal osnova za naprave hladilniki, kasneje v skladu s svojimi načeli so bile razvite klimatske naprave.
Najenostavnejši sistem toplotne črpalke črpa energijo iz zračne mase. Poleti sodeluje pri ogrevanju, pozimi v klimatskih napravah. Minus sistema je, da je v neodvisni različici enota z nezadostno močjo
Učinkovitost različnih vrst te opreme ni enaka. Najnižji indikatorji imajo črpalke, ki uporabljajo zračno okolje. Poleg tega so te številke neposredno odvisne od vremenskih razmer.
Tlačne vrste toplotnih črpalk imajo stabilno delovanje. Koeficient učinkovitosti teh sistemov se giblje v razponu od 2,8 do 3,3. Najbolj učinkoviti sistemi imajo vodo-vodo. To je predvsem posledica stabilnosti vira temperature.
Treba je opozoriti, da je globlje zbiralnika črpalke v rezervoarju, bolj stabilna bo temperatura. Da bi dobili sistemsko moč 10 kW, potrebujete približno 300 metrov cevovoda.
Glavni parameter, ki označuje učinkovitost toplotne črpalke, se šteje za njen pretvorbeni koeficient. Višji kot je pretvorbeni faktor, bolj je učinkovita toplotna črpalka.
Stopnja pretvorbe toplotne črpalke je izražena z razmerjem toplotnega toka in električne energije, ki jo porabi kompresor.
Sami zgradite toplotno črpalko
Poznavanje sheme delovanja in naprave toplotne črpalke, sestavljanje in sestavljanje samostojno alternativni ogrevalni sistem mogoče. Pred začetkom dela je potrebno izračunati vse osnovne parametre bodočega sistema. Za izračun parametrov bodoče črpalke lahko uporabite programsko opremo za optimizacijo hladilnih sistemov.
Najpreprostejša možnost gradnje je zrak-voda. Ne zahteva kompleksnega dela na napravi zunanjega tokokroga, ki je neločljivo povezana z vodnimi in zemeljskimi različicami toplotnih črpalk. Za namestitev bodo potrebna le dva kanala, od katerih bo eden oskrbovan z zrakom, drugi pa bo uporabljen za odvajanje mase odpadkov.
Najlažji način, da to storite sami, je, da imate toplotno črpalko s toploto, ki se črpa iz zračne mase. Zunanji ventilator piha zrak v uparjalnik.
Poleg ventilatorja morate pridobiti tudi kompresor potrebne moči. Za takšno enoto je zelo primeren kompresor, ki je opremljen s konvencionalnimi split sistemi. Ni treba kupiti nove enote.
Lahko jo odstranite iz stare opreme ali jo uporabite. stari hladilni pribor. Priporočljivo je uporabiti spiralno različico. Te možnosti kompresorja, poleg tega, da imajo zadostno učinkovitost, ustvarjajo visok tlak, ki omogoča dvig temperature.
Za izgradnjo kondenzatorja potrebujete rezervoar in bakreno cev. Iz cevi je tuljava. Za njegovo izdelavo uporabite katerokoli cilindrično telo želenega premera. Ko je na njej navita bakrena cev, lahko ta strukturni element enostavno in hitro izdelate.
Pripravljena tuljava je nameščena v predizpolnjenem polu. Za izdelavo posod je bolje uporabiti materiale, odporne na korozijske procese. Po namestitvi tuljave v njo se varijo polovice rezervoarja.
Površina tuljave se izračuna po naslednji formuli:
MT / 0,8 RT,
kjer:
- Mt - moč toplotne energije, ki daje sistemu.
- 0,8 - koeficient toplotne prevodnosti v interakciji vode z materialom tuljave.
- RT - razlika med temperaturami vstopne in izstopne vode.
Izbira bakrene cevi za samoizdelavo tuljave, morate paziti na debelino sten. Mora biti vsaj 1 mm. V nasprotnem primeru se pri navijanju cev deformira. Cev, skozi katero se vstop hladiva nahaja na vrhu rezervoarja.
Toplotni izmenjevalec je izdelan iz bakrene cevi z navijanjem bakrene cevi na predmet z valjasto obliko. Večja je površina tuljave, višja je zmogljivost črpalke
Uparjalnik toplotne črpalke je lahko izdelan v dveh različicah - v obliki rezervoarja s tuljavo v njem in v obliki cevi v cevi. Ker je temperatura tekočine v uparjalniku majhna, je moč izdelati iz plastičnega soda. V to posodo je nameščen tokokrog, ki je izdelan iz bakrene cevi.
V nasprotju s kondenzatorjem mora tuljava tuljave uparjalnika ustrezati premeru in višini izbranega vsebnika. Druga varianta uparjalnika: cev v cevi. V tej izvedbi je hladilna cev nameščena v plastično cev večjega premera, skozi katero kroži voda.
Dolžina takšne cevi je odvisna od načrtovane moči črpalke. Lahko je od 25 do 40 metrov. Ta cev je zavita v spiralo.
Termostatski ventil se nanaša na zaporne in krmilne ventile. Igla je uporabljena kot zaklepni element v ekspanzijski komori. Položaj ventila je določen s temperaturo v uparjalniku.
To je pomemben element sistema, ki ima precej zapleteno strukturo. Vključuje:
- Termočlen.
- Zaslonka.
- Kapilarna cevka.
- Thermoball.
Ti elementi lahko postanejo neuporabni pri visokih temperaturah. Zato je treba pri delu na sistemu spajkanja ventil izolirati z azbestno krpo. Krmilni ventil mora ustrezati zmogljivosti uparjalnika.
Po delu na izdelavi osnovnih konstrukcijskih delov je ključen trenutek za sestavljanje celotne konstrukcije v eno samo enoto. Najpomembnejša faza je postopek vbrizgavanja hladilnega sredstva ali hladilno sredstvo v sistemu.
Samostojno izvajanje takšne operacije je komaj možno za preprostega človeka na ulici. Tam se bodo morali obrniti na strokovnjake, ki se ukvarjajo s popravilom in vzdrževanjem klimatske opreme.
Delavci na tem področju imajo praviloma potrebno opremo. Poleg polnjenja hladilnega sredstva lahko preizkusijo delovanje sistema. Vbrizgavanje hladilnega sredstva lahko povzroči ne le poškodbe konstrukcije, ampak tudi hude poškodbe. Za zagon sistema potrebujete tudi posebno opremo.
Pri zagonu sistema pride do maksimalne začetne obremenitve, ki je običajno okoli 40 A. Zato zagon sistema brez startnega releja ni mogoč. Po prvem zagonu je potrebna nastavitev ventila in pritisk hladilnega sredstva.
Izbira hladilnega sredstva je treba jemati resno. Navsezadnje se ta snov v bistvu šteje za glavnega „nosilca“ koristne toplotne energije. Med sodobnimi hladilnimi sredstvi so najbolj priljubljeni freoni. To so derivati ogljikovodikovih spojin, v katerih se del ogljikovih atomov nadomesti z drugimi elementi.
Posledično mora imeti sestava posameznih elementov toplotne črpalke zaprto zanko, skozi katero kroži delovni medij.
Kot rezultat tega dela smo dobili sistem zaprte zanke. Hladilno sredstvo bo krožilo v njem, kar zagotavlja izbiro in prenos toplotne energije iz uparjalnika v kondenzator. Pri povezovanju toplotnih črpalk s sistemom hišnega ogrevanja je treba upoštevati, da temperatura vode, ki izstopa iz kondenzatorja, ne presega 50 - 60 stopinj.
Zaradi nizke temperature toplotne energije, ki jo proizvaja toplotna črpalka, morate kot uporabnika toplote izbrati specializirane ogrevalne naprave. To so lahko topli talni ali volumni nizkokotni radiatorji iz aluminija ali jekla z velikim sevalnim območjem.
Samodejno izdelane različice toplotnih črpalk so najprimernejše za pomožno opremo, ki podpira in dopolnjuje delo glavnega vira.
Vsako leto se modele toplotnih črpalk izboljšujejo. V industrijskih modelih, namenjenih za domačo uporabo, se uporabljajo učinkovitejše površine za prenos toplote. Posledično se zmogljivost sistema nenehno povečuje.
Pomemben dejavnik, ki spodbuja razvoj takšne tehnologije za proizvodnjo toplotne energije, je okoljska komponenta. Takšni sistemi poleg tega, da so precej učinkoviti, ne onesnažujejo okolja. Zaradi odsotnosti odprtega plamena je delo popolnoma varno.
Zaključki in koristen videoposnetek o tej temi
Video # 1. Kako narediti najpreprostejšo domačo toplotno črpalko s prenosnikom toplote iz PEX cevi:
Video # 2. Nadaljnje navodilo:
Toplotne črpalke se že dolgo uporabljajo kot alternativni sistemi ogrevanja. Ti sistemi so zanesljivi, imajo dolgo življenjsko dobo in, kar je pomembno, so okolju prijazni. Resno se začenjajo obravnavati kot še en korak k razvoju učinkovitih in varnih ogrevalnih sistemov.
Želite postaviti vprašanje ali povedati o zanimivi metodi izgradnje toplotne črpalke, ki ni omenjena v članku? V spodnje polje vnesite komentarje.
