Kako napraviti toplinsku pumpu za grijanje kuće vlastitim rukama: princip rada i dijagrami montaže

Prve izvedbe dizalica topline samo su djelomično mogle zadovoljiti potrebe za toplinskom energijom.Moderne sorte su učinkovitije i mogu se koristiti za sustave grijanja. Zbog toga mnogi vlasnici pokušavaju instalirati toplinsku pumpu vlastitim rukama.

Reći ćemo vam kako odabrati najbolju opciju za dizalicu topline, uzimajući u obzir geopodatke područja na kojem se planira instalirati. Članak predložen za razmatranje detaljno opisuje princip rada sustava „zelene energije“ i navodi razlike. Uz naše savjete, bez sumnje ćete se odlučiti za učinkovitu vrstu.

Za samostalne obrtnike predstavljamo tehnologiju montaže dizalice topline. Informacije predstavljene za razmatranje dopunjene su vizualnim dijagramima, izborom fotografija i detaljnim video uputama u dva dijela.

Što je dizalica topline i kako radi?

Pojam dizalica topline odnosi se na skup specifične opreme. Glavna funkcija ove opreme je prikupljanje toplinske energije i njezin transport do potrošača. Izvor takve energije može biti bilo koje tijelo ili okoliš s temperaturom od +1º ili više stupnjeva.

Izvora niskotemperaturne topline u našem okruženju ima više nego dovoljno. To je industrijski otpad iz poduzeća, termo i nuklearnih elektrana, kanalizacija itd. Za rad dizalica topline u grijanju domova potrebna su tri samoregenerirajuća prirodna izvora - zrak, voda i zemlja.

Dizalice topline crpe energiju iz procesa koji se redovito odvijaju u okolišu.Tijek procesa nikad ne prestaje, jer su izvori prema ljudskim kriterijima prepoznati kao neiscrpni

Tri navedena potencijalna opskrbljivača energijom izravno su vezana uz energiju sunca koje zagrijavanjem pokreće zrak vjetrom i predaje toplinsku energiju zemlji. Upravo je izbor izvora glavni kriterij prema kojem se klasificiraju sustavi dizalica topline.

Princip rada dizalica topline temelji se na sposobnosti tijela ili medija da predaju toplinsku energiju drugom tijelu ili okolini. Primatelji i dobavljači energije u sustavima dizalica topline obično rade u paru.

Razlikuju se sljedeće vrste dizalica topline:

• Zrak je voda.
• Zemlja je voda.
• Voda je zrak.
• Voda je voda.
• Zemlja je zrak.
• Voda - voda
• Zrak je zrak.

U ovom slučaju prva riječ određuje vrstu medija iz kojeg sustav preuzima niskotemperaturnu toplinu. Drugi označava vrstu nosača na koji se ova toplinska energija prenosi. Dakle, kod dizalica topline voda je voda, toplina se uzima iz vodenog okoliša, a tekućina se koristi kao rashladno sredstvo.

Dizalice topline su po konstrukciji jedinice za kompresiju pare. Izvlače toplinu iz prirodnih izvora, prerađuju je i transportiraju do potrošača (+)

Moderne dizalice topline koriste tri glavna izvor toplinske energije. To su tlo, voda i zrak. Najjednostavnija od ovih opcija je izvor topline zrak. Popularnost takvih sustava je zbog njihovog prilično jednostavnog dizajna i jednostavnosti instalacije.

Međutim, unatoč takvoj popularnosti, ove sorte imaju prilično nisku produktivnost. Osim toga, učinkovitost je nestabilna i ovisi o sezonskim temperaturnim fluktuacijama.

Kako temperatura pada, njihova izvedba značajno opada. Takve opcije dizalice topline mogu se smatrati dodatkom postojećem glavnom izvoru toplinske energije.

Mogućnosti korištenja opreme toplina tla, smatraju se učinkovitijima. Tlo prima i akumulira toplinsku energiju ne samo od Sunca, ono se neprestano zagrijava energijom zemljine jezgre.

To jest, tlo je vrsta akumulatora topline, čija je snaga praktički neograničena. Štoviše, temperatura tla, osobito na određenoj dubini, konstantna je i varira unutar beznačajnih granica.

Područje primjene energije dobivene dizalicama topline:

Konstantnost temperature izvora važan je čimbenik za stabilan i učinkovit rad ove vrste energetske opreme. Sustavi u kojima je vodeni okoliš glavni izvor toplinske energije imaju slične karakteristike. Kolektor takvih crpki nalazi se ili u bunaru, gdje završava u vodonosniku, ili u rezervoaru.

Prosječna godišnja temperatura izvora kao što su tlo i voda varira od +7º do +12º C. Ova temperatura je sasvim dovoljna da osigura učinkovit rad sustava.

Najučinkovitije su dizalice topline koje izvlače toplinsku energiju iz izvora sa stabilnim temperaturnim pokazateljima, tj. iz vode i tla

Osnovni konstrukcijski elementi dizalica topline

Kako bi postrojenje za proizvodnju energije radilo prema principima rada dizalice topline, mora sadržavati 4 glavne jedinice, a to su:

• Kompresor.
• Isparivač.
• Kondenzator.
• Prigušni ventil.

Važan element konstrukcije dizalice topline je kompresor. Njegova glavna funkcija je povećati tlak i temperaturu para koje nastaju kao rezultat vrenja rashladnog sredstva. Moderni spiralni kompresori koriste se posebno za opremu za kontrolu klime i dizalice topline.

Kao radna tekućina koja izravno prenosi toplinsku energiju koriste se tekućine s niskim vrelištem. U pravilu se koriste amonijak i freoni (+)

Takvi kompresori su dizajnirani za rad na temperaturama ispod nule. Za razliku od drugih vrsta, spiralni kompresori proizvode malo buke i rade i na niskim temperaturama vrenja plina i na visokim temperaturama kondenzacije. Nedvojbena prednost je njihova kompaktna veličina i mala specifična težina.

Gotovo sva energija dizalice topline troši se na prijenos toplinske energije izvana u prostoriju. Dakle, potrebna je oko 1 jedinica energije za rad sustava kada se proizvodi 4 - 6 jedinica (+)

Isparivač kao konstrukcijski element je spremnik u kojem se tekuće rashladno sredstvo pretvara u paru. Rashladno sredstvo, cirkulirajući u zatvorenom krugu, prolazi kroz isparivač. U njemu se rashladno sredstvo zagrijava i pretvara u paru.Nastala para se pod niskim tlakom usmjerava prema kompresoru.

U kompresoru su pare rashladnog sredstva pod tlakom i njihova temperatura raste. Kompresor pumpa zagrijanu paru pod visokim pritiskom prema kondenzatoru.

Kompresor komprimira medij koji cirkulira duž kruga, što rezultira povećanjem njegove temperature i tlaka. Zatim komprimirani medij ulazi u izmjenjivač topline (kondenzator), gdje se hladi, predajući toplinu vodi ili zraku

Sljedeći strukturni element sustava je kondenzator. Njegova funkcija je smanjena na oslobađanje toplinske energije u unutarnji krug sustava grijanja.

Serijski uzorci proizvedeni od strane industrijskih poduzeća opremljeni su pločastim izmjenjivačima topline. Glavni materijal za takve kondenzatore je legirani čelik ili bakar.

Za izradu vlastitog izmjenjivača topline prikladna je bakrena cijev promjera pola inča. Debljina stjenke cijevi koje se koriste za proizvodnju izmjenjivača topline mora biti najmanje 1 mm

Termostatski ili na drugi način prigušni ventil ugrađen je na početku onog dijela hidrauličkog kruga gdje se visokotlačni cirkulirajući medij pretvara u niskotlačni medij. Točnije, prigušnica uparena s kompresorom dijeli krug toplinske pumpe na dva dijela: jedan s parametrima visokog tlaka, drugi s parametrima niskog tlaka.

Pri prolasku kroz ekspanzijski prigušni ventil, tekućina koja cirkulira u zatvorenom krugu djelomično isparava, zbog čega dolazi do pada tlaka i temperature. Zatim ulazi u izmjenjivač topline koji komunicira s okolinom. Ondje hvata energiju okoline i prenosi je natrag u sustav.

Prigušni ventil regulira protok rashladnog sredstva prema isparivaču. Prilikom odabira ventila morate uzeti u obzir parametre sustava. Ventil mora zadovoljiti ove parametre.

Pri prolasku kroz regulacijski ventil topline rashladna tekućina djelomično isparava i temperatura protoka se smanjuje (+)

Odabir tipa dizalice topline

Glavni pokazatelj ovog sustava grijanja je snaga. Financijski troškovi nabave opreme i odabir jednog ili drugog izvora niskotemperaturne topline prvenstveno će ovisiti o snazi. Što je veća snaga sustava dizalice topline, veća je cijena komponenti.

Prije svega mislimo na snagu kompresora, dubinu bušotina za geotermalne sonde, odnosno površinu za postavljanje horizontalnog kolektora. Ispravni termodinamički proračuni svojevrsna su garancija da će sustav raditi učinkovito.

Ako se u blizini vaše osobne imovine nalazi ribnjak, najisplativiji i najproduktivniji izbor bila bi dizalica topline voda-voda

Prvo biste trebali proučiti područje koje je planirano za ugradnju crpke. Idealno stanje bilo bi prisustvo rezervoara na ovom području. Korištenje opcija tipa voda-voda značajno će smanjiti obim radova iskopa.

Iskorištavanje topline zemlje, naprotiv, uključuje veliki broj radova vezanih uz iskopavanje. Sustavi koji koriste vodeni medij kao nisku toplinu smatraju se najučinkovitijima.

Dizajn dizalice topline koja crpi toplinsku energiju iz zemlje zahtijeva impresivnu količinu radova na iskapanju. Kolektor je položen ispod sezonske razine smrzavanja

Toplinska energija tla može se koristiti na dva načina. Prvi uključuje bušenje bušotina promjera 100-168 mm. Dubina takvih bušotina, ovisno o parametrima sustava, može doseći 100 m ili više.

U te se jažice postavljaju posebne sonde. Druga metoda koristi kolektor cijevi. Takav kolektor nalazi se ispod zemlje u vodoravnoj ravnini. Ova opcija zahtijeva prilično veliko područje.

Područja s vlažnim tlom smatraju se idealnim za polaganje kolektora. Naravno, bušenje bušotina će koštati više od horizontalnog postavljanja rezervoara. Međutim, nema svako mjesto slobodnog prostora. Za jedan kW snage dizalice topline potrebno je od 30 do 50 m² površine.

Objekt za prikupljanje toplinske energije s jednim dubokim zdencem može biti nešto jeftiniji od kopanja jame. Ali značajan plus je značajna ušteda prostora, što je važno za vlasnike malih parcela

Ako na gradilištu postoji visoko ležeći horizont podzemne vode, izmjenjivači topline mogu se ugraditi u dva bunara koji se nalaze na udaljenosti od oko 15 m jedan od drugog.

Toplinska energija se u takvim sustavima prikuplja pumpanjem podzemne vode kroz zatvoreni krug čiji se dijelovi nalaze u bunarima. Takav sustav zahtijeva ugradnju filtra i povremeno čišćenje izmjenjivača topline.

Najjednostavnija i najjeftinija shema dizalice topline temelji se na izvlačenju toplinske energije iz zraka. Jednom je postao osnova za hladnjake, a kasnije su se prema njegovim principima razvili klima uređaji.

Najjednostavniji sustav dizalice topline dobiva energiju iz zračne mase. Ljeti je uključen u grijanje, zimi u klima uređaj.Nedostatak sustava je da samostalna jedinica nema dovoljno snage

Učinkovitost različitih vrsta ove opreme nije ista. Crpke koje koriste zrak imaju najniži učinak. Osim toga, ovi pokazatelji izravno ovise o vremenskim uvjetima.

Zemaljske vrste dizalica topline imaju stabilne performanse. Koeficijent učinkovitosti ovih sustava varira između 2,8 -3,3. Najučinkovitiji su sustavi voda-voda. To je, prije svega, zbog stabilnosti temperature izvora.

Treba napomenuti da što je razvodnik pumpe dublje u rezervoaru, to će temperatura biti stabilnija. Za dobivanje snage sustava od 10 kW potrebno je oko 300 metara cjevovoda.

Glavni parametar koji karakterizira učinkovitost dizalice topline je njezin koeficijent pretvorbe. Što je veći faktor pretvorbe, to se dizalica topline smatra učinkovitijom.

Koeficijent pretvorbe dizalice topline izražava se omjerom protoka topline i električne energije utrošene za rad kompresora

Sastavljanje toplinske pumpe sami

Poznavajući shemu rada i strukturu dizalice topline, sastavite je i montirajte sami alternativni sustav grijanja sasvim moguće. Prije početka rada potrebno je izračunati sve glavne parametre budućeg sustava. Da biste izračunali parametre buduće pumpe, možete koristiti softver dizajniran za optimizaciju sustava hlađenja.

Najlakša opcija za konstrukciju je sustav zrak-voda. Ne zahtijeva složen rad na izgradnji vanjskog kruga, koji je svojstven vodenim i zemljanim tipovima toplinskih pumpi. Za ugradnju će vam trebati samo dva kanala, od kojih će jedan dovoditi zrak, a drugi će ispuštati otpadnu masu.

Najlakši način je izgraditi toplinsku pumpu vlastitim rukama koja izvlači toplinu iz zračne mase. Vanjski ventilator upuhuje zrak u isparivač

Osim ventilatora potrebno je nabaviti kompresor potrebne snage. Za takvu jedinicu, kompresor koji je opremljen konvencionalnim split sustavi. Nije potrebno kupiti novu jedinicu.

Možete ga ukloniti sa stare opreme ili ga koristiti stare komponente hladnjaka. Preporučljivo je koristiti spiralnu sortu. Ove opcije kompresora, osim što su vrlo učinkovite, stvaraju visoke tlakove koji proizvode više temperature.

Za ugradnju kondenzatora trebat će vam spremnik i bakrena cijev. Zavojnica je napravljena od cijevi. Za njegovu proizvodnju koristi se bilo koje cilindrično tijelo potrebnog promjera. Namotavanjem bakrene cijevi oko njega možete jednostavno i brzo proizvesti ovaj strukturni element.

Gotova zavojnica montira se u spremnik koji je prethodno prerezan na pola. Za izradu spremnika bolje je koristiti materijale koji su otporni na procese korozije. Nakon postavljanja zavojnice u njega, polovice spremnika su zavarene.

Površina zavojnice izračunava se pomoću sljedeće formule:

MT/0,8 RT,

Gdje:

• MT - snaga toplinske energije koju sustav proizvodi.
• 0,8 — koeficijent toplinske vodljivosti kada voda stupa u interakciju s materijalom zavojnice.
• RT — razlika u temperaturama vode na ulazu i izlazu.

Prilikom odabira bakrene cijevi za izradu zavojnice sami, morate obratiti pozornost na debljinu stijenke. Mora biti najmanje 1 mm. Inače će se cijev deformirati tijekom namotavanja. Cijev kroz koju ulazi rashladno sredstvo nalazi se u gornjem dijelu posude.

Izmjenjivač topline od bakrene cijevi izrađuje se namotavanjem bakrene cijevi na predmet cilindričnog oblika. Što je veća površina zavojnice, veća je učinkovitost crpke

Isparivač dizalice topline može se izraditi u dvije izvedbe - u obliku posude u kojoj se nalazi spirala i u obliku cijevi u cijevi. Budući da je temperatura tekućine u isparivaču niska, spremnik se može napraviti od plastične bačve. U ovaj spremnik postavljen je krug izrađen od bakrene cijevi.

Za razliku od kondenzatora, spirala spirale isparivača mora odgovarati promjeru i visini odabranog spremnika. Druga opcija isparivača: cijev u cijevi. U ovoj izvedbi, cijev za rashladno sredstvo smještena je u plastičnu cijev većeg promjera kroz koju cirkulira voda.

Duljina takve cijevi ovisi o planiranoj snazi ​​pumpe. Može biti od 25 do 40 metara. Takva cijev je smotana u spiralu.

Termostatski ventil odnosi se na zaporne i regulacijske armature cjevovoda. Igla se koristi kao element za zatvaranje u ekspanzijskom ventilu. Položaj zapornog elementa ventila određen je temperaturom u isparivaču.

Ovaj važan element sustava ima prilično složen dizajn. Uključuje:

• Termopar.
• Dijafragma.
• Kapilarna cijev.
• Termalni balon.

Ovi elementi mogu postati neupotrebljivi na visokim temperaturama.Stoga, tijekom rada na lemljenju na sustavu, ventil treba izolirati azbestnom tkaninom. Kontrolni ventil mora odgovarati kapacitetu isparivača.

Nakon izvođenja radova na izradi glavnih konstrukcijskih dijelova, ključni trenutak dolazi pri sastavljanju cijele konstrukcije u jedan blok. Najkritičnija faza je proces ubrizgavanja rashladnog sredstva ili rashladne tekućine u sustav.

Obična osoba vjerojatno neće moći samostalno izvršiti takvu operaciju. Ovdje ćete se morati obratiti profesionalcima koji popravljaju i održavaju opremu za kontrolu klime.

Radnici u ovoj oblasti obično imaju potrebnu opremu. Osim punjenja rashladnog sredstva, mogu testirati rad sustava. Samostalno ubrizgavanje rashladnog sredstva može dovesti ne samo do strukturalnog kvara, već i do ozbiljne ozljede. Osim toga, za rad sustava potrebna je i posebna oprema.

Kada se sustav pokrene, javlja se vršno startno opterećenje, obično oko 40 A. Stoga je pokretanje sustava bez startnog releja nemoguće. Nakon prvog pokretanja potrebno je podešavanje ventila i tlaka rashladnog sredstva.

Izbor rashladnog sredstva treba shvatiti vrlo ozbiljno. Uostalom, to je tvar koja se u biti smatra glavnim "nositeljem" korisne toplinske energije. Od postojećih modernih rashladnih sredstava, freoni su najpopularniji. To su derivati ​​ugljikovodičnih spojeva u kojima su neki od ugljikovih atoma zamijenjeni drugim elementima.

Kao rezultat sastavljanja pojedinih elemenata dizalice topline treba dobiti zatvorenu petlju kroz koju cirkulira radni medij

Kao rezultat ovog rada, dobiven je sustav zatvorene petlje. Rashladno sredstvo će cirkulirati u njemu, osiguravajući odabir i prijenos toplinske energije od isparivača do kondenzatora. Prilikom spajanja dizalica topline na sustav kućnog grijanja treba voditi računa da temperatura vode koja izlazi iz kondenzatora ne prelazi 50 - 60 stupnjeva.

Zbog niske temperature toplinske energije koju stvara dizalica topline, kao potrošač topline potrebno je odabrati specijalizirane uređaje za grijanje. To može biti topli pod ili volumetrijski radijatori niske inercije od aluminija ili čelika s velikim područjem zračenja.

Mogućnosti toplinske pumpe kućne izrade najprikladnije se smatraju pomoćnom opremom koja podržava i nadopunjuje rad glavnog izvora.

Svake godine dizajn toplinske pumpe se poboljšava. Industrijski dizajni namijenjeni za kućnu upotrebu koriste učinkovitije površine za prijenos topline. Kao rezultat toga, performanse sustava stalno rastu.

Važan čimbenik koji potiče razvoj takve tehnologije za proizvodnju toplinske energije je ekološka komponenta. Ovakvi sustavi, osim što su prilično učinkoviti, ne zagađuju okoliš. Odsutnost otvorenog plamena čini njegov rad apsolutno sigurnim.

Zaključci i koristan video na tu temu

Video #1. Kako napraviti jednostavnu domaću dizalicu topline s izmjenjivačem topline od PEX cijevi:

Video #2. Nastavak upute:

Dizalice topline se već duže vrijeme koriste kao alternativni sustavi grijanja.Ovi sustavi su pouzdani, imaju dug vijek trajanja i, što je važno, ekološki su prihvatljivi. Počinju se ozbiljno razmatrati kao sljedeći korak prema razvoju učinkovitih i sigurnih sustava grijanja.

Želite li postaviti pitanje ili nam reći nešto o zanimljivom načinu izrade dizalice topline koji nije spomenut u članku? Napišite komentare u blok ispod.