Každý vlastník súkromného domu sa snaží minimalizovať náklady na vykurovanie domu. V tomto ohľade sú tepelné čerpadlá oveľa výnosnejšie ako iné možnosti vykurovania, dávajú 2,5 až 4,5 kW tepla z jedného kilowattu spotrebovanej elektrickej energie. Zadná strana mince: na získanie lacnej energie budete musieť investovať veľa peňazí do zariadenia, najskromnejšie vykurovacie zariadenie s kapacitou 10 kW bude stáť 3500 y. e. (počiatočná cena).
Jediným spôsobom, ako znížiť náklady 2-3 krát, je urobiť tepelné čerpadlo vlastnými rukami (skrátene TN). Zvážte niekoľko skutočných pracovných možností, ktoré v praxi zostavili a otestovali majstri. Pretože výroba komplexnej jednotky vyžaduje základné znalosti o chladiacich strojoch, začnime s teóriou.
Funkcie a princíp činnosti VT
Čím sa líši tepelné čerpadlo od iných zariadení na vykurovanie súkromných domov:
- na rozdiel od kotlov a ohrievačov samotná jednotka nevyrába teplo, ale ako klimatizácia ju prenáša vnútri budovy;
- VT bol pomenovaný ako čerpadlo, pretože „odčerpáva“ energiu zo zdrojov nízkoteplotného tepla - okolitého vzduchu, vody alebo pôdy;
- jednotka je poháňaná výlučne elektrinou spotrebovanou kompresorom, ventilátormi, obehovými čerpadlami a riadiacou doskou;
- prevádzka jednotky je založená na Carnotovom cykle používanom vo všetkých chladiacich strojoch, napríklad v klimatizačných zariadeniach a splitových systémoch.
Referencie. Teplo je obsiahnuté v akejkoľvek látke, ktorej teplota je nad absolútnou nulou (mínus 273 stupňov). Moderné technológie vám umožňujú odoberať špecifikovanú energiu zo vzduchu s teplotami do -30 ° C, zeminou a vodou - do +2 ° C.
V tepelnom výmennom cykle Carnot je zahrnutá pracovná tekutina - plynový freón, vriaci pri mínusovej teplote. Chladivo striedavo odparuje a kondenzuje v dvoch výmenníkoch tepla a absorbuje energiu z okolia a prenáša ju do budovy. Princíp tepelného čerpadla vo všeobecnosti opakuje činnosť klimatizačného zariadenia zahrnutého vo vykurovaní:
- Keď je freón v kvapalnej fáze, prechádza trubicami vonkajšieho výmenníka tepla-výparníka, ako je to znázornené na obrázku. Chladivo sa zohrieva, varí a vyparuje, keď sa cez kovové steny dostáva teplo vzduchu alebo vody.
- Potom plyn vstúpi do kompresora a vynúti tlak na vypočítanú hodnotu. Jeho úlohou je zvýšiť teplotu varu látky tak, aby freón kondenzoval pri vyššej teplote.
- Pri prechode cez interný výmenník tepla-kondenzátor sa plyn opäť premení na kvapalinu a odovzdá nahromadenú energiu priamo tepelnému nosiču (vode) alebo okolitému vzduchu.
- V poslednej fáze tekuté chladivo vstupuje do prijímača - odlučovača vlhkosti a potom do škrtiaceho zariadenia. Tlak látky opäť klesá, freón je pripravený prejsť druhým cyklom.
Poznámka. Bežné delené systémy a tepelné čerpadlá vo výrobe majú spoločnú vlastnosť - schopnosť prenášať energiu oboma smermi a pracovať v 2 režimoch - kúrenie / chladenie. Spínanie sa realizuje pomocou štvorcestného spätného ventilu, ktorý mení smer toku plynu pozdĺž obvodu.
V domácich klimatizačných zariadeniach a VT sa používajú rôzne typy termostatických ventilov, ktoré znižujú tlak chladiva pred výparníkom. V domácich rozdeľovacích systémoch hrá úlohu regulátora jednoduché kapilárne zariadenie, v čerpadlách je nainštalovaný drahý termostatický ventil (TRV).
Uvedený cyklus sa vyskytuje vo všetkých typoch tepelných čerpadiel. Rozdiel spočíva v metódach dodávania / odvodu tepla, ktoré uvádzame nižšie.
Druhy zariadení
Podľa všeobecne akceptovanej klasifikácie sa VT rozdeľujú na typy podľa zdroja prijatej energie a typu chladiva, na ktoré sa prevádza:
- Čerpadlá vzduch-vzduch sú najbližšie k tradičným splitovým systémom, rozdiel je v oblasti vonkajšieho výparníka. Prístroj odvádza teplo z prostredia a priamo prenáša vzduch do miestnosti, ako sa to stáva v konvenčných klimatizačných zariadeniach.
- Konštrukcia generátorov vzduch-voda je identická, ale zabezpečuje ohrev vody alebo nemrznúcej zmesi cirkulujúcej prostredníctvom vykurovacieho systému bytového domu.
- Inštalácia typu „voda-voda“ odoberá rezervoárové teplo nízkej kvality a prenáša ho do chladiacej kvapaliny. Tu sa používa ďalší vonkajší rúrkový výmenník tepla ponorený do studne, jazera, studne alebo do septika. Cirkulácia vody výparníkom poskytuje druhé čerpadlo.
- Geotermálne tepelné čerpadlo využíva teplo z pôdy a ohrieva vnútorné chladivo. Obvod vonkajšej výmeny tepla je cievka s nemrznúcou zmesou, prehĺbená o 1,5–2 ma zaberajúca veľkú plochu. Druhou možnosťou je niekoľko zvislých sond od potrubí spustených do vrtov do hĺbky 10 - 100 metrov.
Referencie. Druhy tepelných čerpadiel sú uvedené v poradí, v ktorom sa zvyšujú náklady na zariadenie spolu s inštaláciou. Letecké inštalácie sú najlacnejšie, geotermálne inštalácie sú drahé.
Hlavným parametrom charakterizujúcim tepelné čerpadlo na vykurovanie domu je koeficient účinnosti COP, ktorý sa rovná pomeru medzi prijatou a spotrebovanou energiou. Napríklad relatívne lacný ohrievač vzduchu sa nemôže pochváliť vysokým COP - 2,5 ... 3,5. Vysvetľujeme: po spotrebovaní 1 kW elektriny zariadenie dodáva do bytu 2,5–3,5 kW tepla.
Vodné a podzemné systémy sú účinnejšie, ich skutočný koeficient sa pohybuje v rozmedzí 3 ... 4.5. Produktivita - variabilná hodnota v závislosti od mnohých faktorov: návrh obvodu výmeny tepla, hĺbka ponoru, teplota a prietok vody.
Dôležitý bod. Tepelné čerpadlá na teplú vodu nie sú schopné zohriať chladivo na 60 - 90 ° C bez ďalších obvodov. Normálna teplota vody z transformátora je 35 ... 40 stupňov, kotly tu jednoznačne vyhrávajú. Preto odporúčanie výrobcu: Pripojte zariadenie na nízkoteplotné kúrenie - vodou vyhrievané podlahy.
Ktoré VT je lepšie zbierať
Uvádzame problém: musíme postaviť domáce tepelné čerpadlo za najnižšie ceny. Z toho vyplýva niekoľko logických záverov:
- Inštalácia bude musieť používať minimum drahých častí, takže nebude možné dosiahnuť vysokú hodnotu COP. Z hľadiska výkonu naše zariadenie stratí pôvodné modely.
- Preto nemá zmysel vyrábať čisto vzduch VT, je ľahšie používať menič klimatizácie v režime kúrenia.
- Ak chcete získať skutočné výhody, musíte si vyrobiť tepelné čerpadlo „vzduch - voda“, „voda-voda“ alebo vybudovať geotermálnu inštaláciu. V prvom prípade je možné dosiahnuť COP približne 2–2,2, v ostatných prípadoch možno dosiahnuť ukazovateľ 3–3,5.
- Bez podlahových vykurovacích okruhov nie je možné. Nosič tepla zahrievaný na 30 - 35 stupňov je nekompatibilný so sieťou radiátorov, s výnimkou južných oblastí.
Komentár. Tvrdenie výrobcov: Systém deleného invertora pracuje pri pouličnej teplote mínus 15 - 30 ° C. V skutočnosti je účinnosť ohrevu výrazne znížená. Podľa majiteľov domov v mrazivých dňoch vnútorná jednotka dodáva slabo teplý prúd vzduchu.
Na implementáciu vodnej verzie VT sú potrebné určité podmienky (na výber):
- rybník 25 - 50 m od domu, na väčšiu vzdialenosť, sa spotreba elektrickej energie výrazne zvýši vďaka silnému obehovému čerpadlu;
- studňa alebo studňa s dostatočným prísunom vody (debet) a miesto na vypúšťanie (jama, druhá studňa, odkvap, kanalizácia);
- prefabrikovaný kanalizačný zberač (ak tam máte povolené zrútiť sa).
Spotreba podzemnej vody sa dá ľahko vypočítať.Pri výbere tepla zníži domáce tepelné čerpadlo svoju teplotu o 4 až 5 ° C, odtiaľ sa prietok stanoví pomocou tepelnej kapacity vody. Ak chcete získať 1 kW tepla (berieme 5 stupňov delta teplôt vody), musí sa cez VT prejsť asi 170 litrov za hodinu.
Vykurovanie domu s rozlohou 100 m² bude vyžadovať výkon 10 kW a spotrebu vody 1,7 t / h - objem je pôsobivý. Takéto tepelné čerpadlo bude vhodné pre malý vidiecky dom s rozlohou 30 - 40 m², pokiaľ možno izolovaný.
Zostavenie geotermálneho systému je skutočnejšie, hoci tento proces je dosť náročný. Možnosť horizontálneho rozloženia potrubia na ploche v hĺbke 1,5 m je okamžite vylúčená - budete musieť celú lopatku odhodiť alebo zaplatiť peniaze za zemné zariadenie. Metóda dierovania vrtov je oveľa jednoduchšia a lacnejšia, prakticky bez narušenia krajiny.
Najjednoduchšie tepelné čerpadlo z klimatizácie okien
Ako sa dá predpokladať, na výrobu čerpadiel voda-vzduch je potrebný chladič okien v prevádzkovom stave. Je veľmi vhodné kúpiť model vybavený spätným ventilom a schopný pracovať pre vykurovanie, inak budete musieť znovu vykonať obvod freónu.
Tip. Pri kúpe použitého klimatizačného zariadenia venujte pozornosť výrobnému štítku, ktorý zobrazuje technické vlastnosti spotrebiča pre domácnosť. Parameter, ktorý vás zaujíma, je chladný výkon zariadenia (uvedený v kilowattoch alebo britských tepelných jednotkách - BTU).
S trochou šťastia nemusíte ani pustiť trubice na freón a spájky. Ako previesť klimatizáciu na tepelné čerpadlo:
- Odstráňte horný kryt jednotky a odskrutkujte externý výmenník tepla z palety. Opatrne pohnite chladičom a dávajte pozor, aby ste neohýbali rúrky chladiva.
- Odstráňte vonkajšie obežné koleso zo spoločného hriadeľa.
- Vytvorte kovovú nádrž po celej dĺžke externého výmenníka tepla, zväčšite šírku 10-15 cm. Zrezajte armatúry na prívod tečúcej vody do bočných stien.
- Aby ste zabránili zamŕzaniu chladiča, zväčšite oblasť výmeny pridaním medených alebo hliníkových dosiek po bokoch (v závislosti od materiálu výmenníka tepla).
- Ponorte chladič do nádrže, pokiaľ možno bez rezania trubíc s freónom. Uzatvorte uzáver a uzavrite obrysy.
- Pripojte prívodnú a výstupnú hadicu vody k armatúram, pripojte cirkulačné čerpadlá. Naplňte a skontrolujte tesnosť nádrže.
Odporúčania. Ak nie je možné výmenník tepla umiestniť do nádrže bez narušenia vedenia freónom, pokúste sa vyprázdniť plyn a potrubie odrežte v požadovaných bodoch (mimo výparníka). Po zostavení jednotky na výmenu vody vodou je potrebné okruh spájkovať a naplniť freónom. Množstvo chladiva je tiež uvedené na doske.
Teraz zostáva spustiť domáci KT a upraviť prietok vody, čím sa dosiahne maximálna účinnosť. Poznámka: ohrievač s okamžitým použitím používa úplne „výrobnú“ náplň z výroby, práve ste premiestnili chladič zo vzduchu na kvapalinu. Ako systém funguje, pozrite sa na video majstra:
Vykonáva sa geotermálna inštalácia
Ak vám predchádzajúca možnosť umožní dosiahnuť približne dvojnásobnú úsporu, potom aj domáca pozemná slučka dá COP v oblasti 3 (tri kilowatty tepla na 1 kW spotrebovanej elektriny). Je pravda, že sa výrazne zvýšia aj finančné a mzdové náklady.
Aj keď je veľa príkladov montáže takýchto zariadení zverejnených na internete, neexistuje univerzálna inštruktáž s výkresmi. Ponúkame pracovnú verziu, zostavenú a otestovanú skutočným majstrom domu, hoci veľa vecí bude treba vymyslieť a doplniť samostatne - všetky informácie o tepelných čerpadlách je ťažké uviesť v jednej publikácii.
Výpočet výmenníkov tepla v pôdnom okruhu a čerpadle
Podľa vlastných odporúčaní pristupujeme k výpočtom geotermálneho čerpadla s vertikálnymi sondami tvaru U umiestnenými v studniach.Je potrebné zistiť celkovú dĺžku vonkajšieho obrysu a potom hĺbku a počet vertikálnych hriadeľov.
Napríklad počiatočné údaje: je potrebné vykurovať súkromný izolovaný dom s rozlohou 80 m² a výškou stropu 2,8 m, ktorý sa nachádza v strednom pruhu. Nebudeme počítať zaťaženie vykurovaním, určíme potrebu tepla podľa oblasti, berúc do úvahy tepelnú izoláciu - 7 kW.
Dôležité objasnenie. Technické výpočty tepelných čerpadiel sú dosť zložité a vyžadujú si vysoko kvalifikovaného umelca, tejto téme sú venované celé knihy. Článok poskytuje zjednodušené výpočty prevzaté z praktických skúseností staviteľov a remeselníkov, ktorí milujú domáce výrobky.
Intenzita výmeny tepla medzi zemou a nemrznúcou kvapalinou cirkulujúcou pozdĺž obrysu závisí od typu pôdy:
- 1 lineárny meter vertikálnej sondy ponorenej do podzemnej vody prijme asi 80 wattov tepla;
- v skalnatých pôdach bude odvod tepla asi 70 W / m;
- ílové pôdy nasýtené vlhkosťou vydajú asi 50 W na 1 m kolektora;
- suché plemená - 20 W / m.
Referencie. Vertikálna sonda je 2 slučky rúrok spustených na spodok studne a vyplnených betónom.
Príklad výpočtu dĺžky potrubia. Na získanie potrebnej 7 kW tepelnej energie zo surovej ílovitej horniny musíte rozdeliť 7 000 W na 50 W / m, získame celkovú hĺbku sondy 140 m. Teraz je potrubie rozdelené medzi vrtmi s hĺbkou 20 m, ktorú môžete vŕtať vlastnými rukami. Celkom 7 vrtov s dvoma výmenníkmi tepla, celková dĺžka potrubia je 7 x 20 x 4 = 560 m.
Ďalším krokom je výpočet plochy prenosu tepla vo výparníku a kondenzátore. Na rôznych internetových zdrojoch a fórach sú ponúkané rôzne výpočtové zdroje, vo väčšine prípadov nesprávne. Nebudeme mať slobodu odporúčať takéto techniky a zavádzať vás, ale ponúkneme niekoľko zložitých možností:
- Kontaktujte ktoréhokoľvek známeho výrobcu doskových výmenníkov tepla, napríklad Alfa Laval, Kaori, Anvitek atď. Môžete ísť na oficiálnu webovú stránku tejto značky.
- Vyplňte výberový formulár pre výmenník tepla alebo zavolajte manažéra a objednajte výber jednotky so zoznamom parametrov média (nemrznúca zmes, freón) - teplota na vstupe a výstupe, tepelné zaťaženie.
- Odborník spoločnosti urobí potrebné výpočty a navrhne vhodný model výmenníka tepla. Medzi jeho vlastnosti nájdete hlavnú - plochu výmenníka.
Lamelárne agregáty sú veľmi efektívne, ale drahé (200 - 500 EUR). Je lacnejšie zostaviť výmenník tepla z medenej rúrky s vonkajším priemerom 9,5 alebo 12,7 mm. Vynásobte hodnotu udanú výrobcom koeficientom bezpečnosti 1,1 a vydeľte obvodom potrubia, aby ste získali záznam.
Príklad. Výmenná plocha navrhovanej jednotky bola 0,9 m². Pri výbere ”” medenej rúrky s priemerom 12,7 mm vypočítame obvod v metroch: 12,7 x 3,14 / 1 000 ≈ 0,04 m. Stanovíme celkové zábery: 0,9 x 1,1 / 0,04 ≈ 25 m.
Vybavenie a materiály
Navrhuje sa vybudovať budúce tepelné čerpadlo na základe vonkajšej jednotky splitového systému s vhodným výkonom (uvedený na štítku). Prečo je lepšie používať použitú klimatizačnú jednotku:
- zariadenie je už vybavené všetkými komponentmi - kompresor, sýtič, prijímač a spúšťacia elektrika;
- do výmenníka tepla je možné umiestniť domáce výmenníky tepla;
- Existujú pohodlné servisné porty pre tankovanie freónu.
Poznámka. Pochopenie témy, používatelia vyberajú zariadenie osobitne - kompresor, expanzný ventil, ovládač atď. So skúsenosťami a znalosťami je tento prístup vítaný.
Nie je praktické zostavovať KT na základe starej chladničky - kapacita jednotky je príliš nízka. V najlepšom prípade bude možné stlačiť až 1 kW tepla, čo stačí na vyhrievanie jednej malej miestnosti.
Okrem externej delenej jednotky budú potrebné tieto materiály:
- Potrubie PND Ø20 mm - na uzemňovacej slučke;
- polyetylénové armatúry na montáž kolektorov a na pripojenie k výmenníkom tepla;
- obehové čerpadlá - 2 ks;
- manometre, teplomery;
- vysokokvalitná vodná hadica alebo potrubie PND s priemerom 25–32 mm k plášťu výparníka a kondenzátora;
- medená rúrka Ø9,5-12,7 mm s hrúbkou steny najmenej 1 mm;
- izolácia potrubí a diaľnic;
- súprava na utesnenie vykurovacích káblov položených vo vnútri prívodu vody (potrebné na utesnenie koncov medených rúr).
Ako externé chladivo sa na zohrievanie používa soľný roztok vody alebo nemrznúcej zmesi - etylénglykol. Budete tiež potrebovať zásobu freónu, ktorého značka je uvedená na typovom štítku split systému.
Zostava výmenníka tepla
Pred začatím montážnych prác musí byť vonkajší modul demontovaný - odstráňte všetky kryty, odstráňte ventilátor a veľký pravidelný radiátor. Ak nechcete čerpadlo používať ako chladič, odpojte solenoid ovládajúci spätný ventil. Snímače teploty a tlaku sa musia udržiavať.
Montážny poriadok hlavnej jednotky VT:
- Vyrobte kondenzátor a výparník vložením medenej trubice do hadice s vypočítanou dĺžkou. Na konci nainštalujte spojky pre pripojenie zeminy a vykurovacieho okruhu, utesnite vyčnievajúce medené rúrky pomocou špeciálnej súpravy pre vykurovací kábel.
- Ako jadro použite kus plastovej rúry Ø150 - 250 mm, zabalte domáce dvojtrubkové obvody a výstupy zakončite správnymi smermi, ako je to uvedené nižšie vo videu.
- Nasaďte a pripevnite oba výmenníky tepla so škrupinami a rúrkami namiesto štandardného radiátora a medené rúrky spájkujte na príslušné svorky. Na servisné porty je lepšie pripojiť „horúci“ výmenník tepla - kondenzátor.
- Nainštalujte výrobné snímače, ktoré merajú teplotu chladiva. Izolujte holé časti rúrok a samotné tepelné výmenníky.
- Na vodovodné potrubie umiestnite teplomery a manometre.
Tip. Ak plánujete umiestniť hlavnú jednotku na ulicu, musíte prijať opatrenia proti tuhnutiu oleja v kompresore. Kúpte a nainštalujte súpravu elektrického vykurovania olejovej vane v zimnom období.
Na tematických fórach sa nachádza ďalší spôsob výroby výparníka - medená trubica sa navíja do špirály a potom sa vkladá do uzavretej nádoby (nádrže alebo valca). Táto možnosť je celkom rozumná pri veľkom počte zákrut, keď sa vypočítaný výmenník tepla jednoducho nehodí do prípadu klimatizácie.
Zariadenie na obrys terénu
V tejto fáze sa vykonávajú jednoduché, ale náročné na prácu vykopávky a rozmiestnenie sond v jamkách. Toto sa môže vykonať ručne alebo pozvať vŕtačku. Vzdialenosť medzi susednými studňami je najmenej 5 m. Ďalší postup práce:
- Vykopte plytký priekopa medzi otvory a položte prívodné rúrky.
- V každej diere spustite dve slučky polyetylénových rúrok a vyplňte jamy betónom.
- Vedenia priveďte k prípojnému bodu a namontujte spoločný kolektor pomocou tvaroviek HDPE.
- Izolujte potrubia položené do zeme a naplňte ich pôdou.
Dôležitý bod. Pred betonážou a opätovným naplnením skontrolujte tesnosť obvodu. Napríklad pripojte vzduchový kompresor k rozdeľovaču, načerpajte tlak 3 až 4 bary a nechajte niekoľko hodín.
Pri pripájaní diaľnic postupujte podľa nižšie uvedenej schémy. Pri plnení systému soľankou alebo etylénglykolom budú potrebné ohyby s kohútikmi. Vedú dve hlavné potrubia z kolektora do tepelného čerpadla a pripoja sa na „studený“ výmenník tepla - výparník.
Podobne je kondenzátor pripojený k domácemu systému podlahového vykurovania. Zmiešavacia jednotka s trojcestným ventilom je voliteľne namontovaná kvôli nízkej vstupnej teplote.Ak je potrebné kombinovať VT s inými zdrojmi tepla (solárne kolektory, kotly), použite vyrovnávaciu nádrž na niekoľko záverov.
Tankovanie a spúšťanie systému
Po inštalácii a pripojení jednotky k elektrickej sieti sa začne dôležitá etapa - naplnenie systému chladivom. Čaká tu úpadok: neviete, koľko freónu musíte natankovať, pretože objem hlavného okruhu sa výrazne zvýšil vďaka inštalácii domáceho kondenzátora s výparníkom.
Tento problém sa rieši tankovaním tlakom a teplotou prehriatia freónu, meranou na vstupe do kompresora (tam sa freón dodáva v plynnom stave). Podrobné pokyny pre plnenie metódou merania teploty sú uvedené v nasledujúcej príručke.
Druhá časť videa ukazuje, ako naplniť systém freónom R22 z hľadiska tlaku a teploty prehriatia chladiva:
Po doplnení paliva zapnite obehové čerpadlá pri prvej rýchlosti a spustite kompresor. Teplomery označte teplotu soľanky a vnútorného chladiva. V etape zahrievania môžu vedenia s chladivom zamrznúť a následne by sa mal mráz roztopiť.
Záver
Je veľmi ťažké vyrobiť a spustiť tepelné geotermálne čerpadlo vlastnými rukami. Určite bude potrebné opakované vylepšenia, opravy chýb a nastavenia. Spravidla väčšina problémov v samostatných KT vzniká v dôsledku nesprávnej montáže alebo tankovania hlavného okruhu výmeny tepla. Ak jednotka okamžite zlyhá (bezpečnostná automatizácia nefunguje) alebo sa tepelný nosič nezohrieva, stojí za to zavolať sprievodcu chladiacim zariadením - vykoná diagnostiku a oznámi chyby.