Do-it-sami tepelné čerpadlo pre domáce kúrenie

Obsah článku

• Trocha teórie
• Kde je lepšie „odobrať“ teplo
• Schematický diagram
• Výroba výparníka a kondenzátora
• Inštalácia obvodu

Na rozdiel od zariadení na výrobu alternatívnej energie, ako sú solárne panely a veterné turbíny, je tepelné čerpadlo menej známe. A márne. Najbežnejšia schéma podzemných vôd funguje stabilne a nezávisí od počasia alebo klimatických podmienok. A môžete si to urobiť sami.

Trocha teórie

Ak sa v regióne nachádza geotermálna voda (ako je to na Islande), najjednoduchšie je použiť prírodné teplo zeme na vykurovanie domu. Takéto podmienky sú však zriedkavé..

A zároveň tepelná energia je všade – stačí ju extrahovať a nechať ju pracovať. Toto je tepelné čerpadlo. Čo to robí:

• berie energiu z prírodných zdrojov s nízkou teplotou;
• akumuluje ju, to znamená, že teplota zvyšuje na vysoké hodnoty;
• dodáva ho do chladiacej zmesi vykurovacieho systému.

V zásade sa používa štandardná schéma chladenia kompresora, ale „naopak“. V prvom okruhu cirkuluje prírodný tepelný nosič. Je uzavretý pri tepelnom výmenníku, ktorý slúži ako výparník pre druhý okruh.

1 – zem; 2 – cirkulácia soľanky; 3 – obehové čerpadlo; 4 – výparník; 5 – kompresor; 6 – kondenzátor; 7 – vykurovací systém; 8 – chladivo; 9 – tlmivka

Druhým okruhom je samotné tepelné čerpadlo, vo vnútri ktorého je freón. Cyklus tepelného čerpadla pozostáva z nasledujúcich krokov:

1. Vo výparníku sa freón zahrieva na teplotu varu. Závisí to od typu freónu a tlaku v tejto časti systému (zvyčajne do 5 atmosfér)..
2. V plynnom stave vstupuje freón do kompresora a je stlačený na 25 atmosfér, zatiaľ čo jeho teplota stúpa (čím vyššia je kompresia, tým vyššia je teplota). Toto je fáza akumulácie tepla – od veľkého objemu s nízkou teplotou, po prechod na malý objem s vysokou teplotou.
3. Plyn zohriaty tlakom vstupuje do kondenzátora, v ktorom sa teplo prenáša do chladiva vykurovacieho systému.
4. Po ochladení vstupuje freón do škrtiacej klapky (aka regulátor prietoku alebo termostatický ventil). V ňom klesá tlak, freón kondenzuje a vracia sa do výparníka vo forme kvapaliny.

Kde je lepšie „odobrať“ teplo

V zásade existujú tri médiá, z ktorých môžete „brať“ teplo:

1. Vzduch. Pri normálnom tlaku varia všetky typy freónov pri negatívnych teplotách (napríklad R22 – približne -25 ° C, R404 a R502 – približne -30 ° C). Ale pre cirkuláciu v systéme je potrebné vytvoriť pretlak už v prvej fáze – odparovanie. Rovnaké 4 atmosféry vo výparníku vyžadujú, aby teplota vonkajšieho vzduchu bola najmenej 0 ° C pre R22 a -5 ° C pre R404 a R502. V našich regiónoch je možné tento typ tepelného čerpadla využiť na vykurovanie mimo sezónu a na zásobovanie teplou vodou v teplej sezóne..

2. Voda. Je to stabilnejší zdroj tepla za predpokladu, že nádrž v zime nezamŕza na dno. Dom by však nemal byť len pri jazere alebo rieke, ale mal by byť na prvom riadku.

3. Pozemok. Najstabilnejší zdroj tepelnej energie. Môžete použiť dve schémy – horizontálnu a vertikálnu. Horizontálne sa zdá jednoduchšie, pretože nevyžaduje vŕtanie. Bude však potrebné vykonať veľké množstvo zemných prác na vykopanie systému zákopov do hĺbky pod úrovňou zamrznutia pôdy (pre stredné šírky sa pohybuje od 1 metra na západ od európskej časti krajiny a do 1,6 – 1,8 bližšie k Uralu, na Sibíri je situácia „ešte horšia“). „Vertikálna schéma je univerzálnejšia a efektívnejšia, vyžaduje si však vŕtanie do značnej hĺbky. Namiesto hlbokej hĺbky sa však môže použiť niekoľko plytkých vrtov..

Schematický diagram

Samotný okruh tepelného čerpadla je jednoduchý: výparník – kompresor – kondenzátor – sýtič – výparník.

Srdcom obvodu je kompresor. Môžete si kúpiť nový, ale je lacnejšie nájsť použitý. Samozrejme nehovoríme o nízkoenergetických kompresoroch pre chladničky pre domácnosť, ale o modeloch inštalovaných v split systémoch. Je potrebné sa zamerať nie na spotrebu energie, ale na energiu v režime kúrenia (ktorá je vyššia ako v režime chladenia o 5 – 20%)..

Model kompresora je vybraný podľa pomeru 1 kW na 10 štvorcových metrov. metrov vyhrievanej plochy.

Pozor! Výkon možno uviesť nielen v kW, ale aj v BTU (anglická jednotka merania tepelnej energie, prijatá pre klimatickú technológiu). Prevod je jednoduchý – vydelte hodnotu BTU 3,4.

Pri výpočte parametrov tepelného čerpadla vrátane výmenníkov tepla použite softvér navrhnutý na modelovanie, výpočet a optimalizáciu chladiacich systémov, napríklad CoolPack.

Už vo fáze výpočtov (alebo skôr pri určovaní „vstupu“) môžete optimalizovať systém výberom optimálnych tepelných podmienok..

Použitie tepelného čerpadla je účinné pre nízkoteplotné vykurovacie systémy, napríklad pre podlahové vykurovanie s teplotou nepresahujúcou 35–40 ° C. Mimochodom, rovnaká teplota sa odporúča pre zdravotné požiadavky na systém TÚV.

Pre každý typ freónu existujú optimálne teploty „vstupu“ a „výstupu“, presnejšie varu a kondenzácie, ale rozdiel vo všetkých z nich nie je väčší ako 45 – 50 ° C..

Zdá sa, že zvýšenie teploty na výstupe z tepelného čerpadla bude mať pozitívny účinok, ale nie je tomu tak. Rozdiel teploty sa tiež zvýši, čo povedie k zníženiu COP (konverzný faktor alebo účinnosť tepelného motora). Okrem toho si to bude vyžadovať použitie výkonnejšieho kompresora a ďalšiu spotrebu energie..

Ideálne COP nie je možné dosiahnuť (straty v kompresore, spotreba energie, tepelné straty počas prepravy v systéme atď.), Takže skutočné hodnoty sa zvyčajne pohybujú v rozmedzí od 3 do 5.

Existuje aj ďalší spôsob, ako zvýšiť účinnosť – použitie bivalentného vykurovacieho okruhu.

V skutočnosti je prevádzka vykurovacieho systému na plnú kapacitu potrebná iba pre 15–20% celej sezóny. Počas tejto doby môžete použiť ďalšie vykurovacie zariadenia (napríklad keramický ohrievač alebo konvektor). Zníženie projektovanej tepelnej energie až na 80% ušetrí kompresor, zníži hĺbku studne alebo dĺžku vodorovných potrubí a zníži spotrebu energie na údržbu samotného tepelného čerpadla..

Konštrukcia horizontálneho alebo vertikálneho pozemného výmenníka tepla závisí od daného menovitého výkonu tepelného čerpadla a COP. Priemerne sa z každého metra „horizontu“ odoberie v priemere 20 W (s krokom kladenia rúrok najmenej 0,7 m) a zo „vertikálneho“ – 50 W. Konkrétne hodnoty však závisia od typu hornín a obsahu vlhkosti. Najlepšie hodnoty pre podzemnú vodu.

Zaujímavé! Existujú aj iné pozemné výmenníky tepla – „špirála“ alebo „kôš“. V skutočnosti je to vertikálna sonda vyrobená z rúrky vo forme špirály, ktorá umožňuje znížiť hĺbku vŕtania..

Po určení dĺžky horizontálneho okruhu alebo hĺbky vertikálnej sondy sa vypočítajú rozmery výparníka a kondenzátora..

Výroba výparníka a kondenzátora

Je možné kúpiť hotové výmenníky tepla pre výparník (nízky tlak) a kondenzátor (s tlakom do 25 bar). Je však lacnejšie vyrobiť ich z medenej trubice pre klimatizačné zariadenia (ktoré sú špeciálne navrhnuté na prácu s chladivami pod vysokým tlakom) a improvizované nádoby..

Dôležité! Vodovodné potrubie nie je také čisté a ohybné. Počas inštalácie je horšie spájkovať a rolovať.

Vypočíta sa povrchová plocha výmenníka tepla, ktorá je priamo úmerná tepelnému uvoľňovaciemu výkonu a nepriamo úmerná teplotnému rozdielu medzi tepelnými nosičmi na vstupe a výstupe každého pripojeného okruhu (zem a vykurovací systém)..

Pri znalosti priemeru rúrky a plochy povrchu určte dĺžku každej cievky pre výparník a kondenzátor.

Je lepšie vyrobiť nádobu na kondenzátor z nehrdzavejúcej ocele (teplota vstupujúcich freónových pár môže byť dosť vysoká):

• zoberte hotový tank vhodnej kapacity (aby sa hodila špirála z medenej trubice);
• vložte doň cievku (vchod hore, výstup dole);
• odstráňte konce medenej rúrky na pripojenie k kompresoru a expanznému ventilu (spájkovaním alebo prírubou);
• vykonať v nádrži zapojenie adaptérov na pripojenie potrubí vykurovacieho systému;
• privarte veko.

Výparník pracuje pri nízkych teplotách, takže môžete vziať lacnejšiu plastovú nádobu, do ktorej sú rozrezané adaptéry na pripojenie k uzemňovacej slučke. Od kondenzátora sa tiež líši v mieste vinutia výmenníka tepla – vstup (kvapalná fáza freónu z expanzného ventilu) zdola, výstup do kompresora zhora.

Inštalácia obvodu

Po výrobe výmenníkov tepla sa zostaví plynovo-hydraulický okruh:

• kompresor, kondenzátor a výparník sú namontované na svojom mieste;
• medené rúry sú spájkované alebo spojené s prírubou;
• pripojte výparník k čerpadlu uzemňovacieho okruhu;
• pripojte kondenzátor k vykurovaciemu systému.

1 – obehové čerpadlo v pôdnom okruhu; 2 – výparník; 3 – výstup z obrysu pôdy; 4 – termostatický ventil; 5 – kompresor; 6 – do vykurovacieho systému; 7 – kondenzátor; 8 – návrat vykurovacieho systému

Elektrický obvod (kompresor, čerpadlo uzemňovacieho okruhu, núdzová automatizácia) musí byť pripojený cez vyhradený obvod, ktorý musí odolať pomerne vysokým rozbehovým prúdom..

Je nevyhnutné použiť istič, ako aj núdzové vypnutie pomocou teplotného spínača: na výstupe vody z kondenzátora (s prehriatím) a na výstupe soľanky z výparníka (s prechladením)..