Prvé verzie tepelných čerpadiel dokázali uspokojiť dopyt po tepelnej energii iba čiastočne. Moderné odrody sú efektívnejšie a môžu byť použité pre vykurovacie systémy. Preto sa mnohí majitelia domov snažia namontovať tepelné čerpadlo vlastnými rukami.
Povieme vám, ako zvoliť najlepšie riešenie pre tepelné čerpadlo, berúc do úvahy geografické údaje o lokalite, na ktorej sa plánuje inštalácia. Článok navrhnutý na zváženie podrobne popisuje princíp fungovania systémov na využívanie „zelenej energie“, rozdiely sú uvedené. Na základe našej rady sa bezpochyby sústredíte na efektívny typ.
Pre nezávislých majstrov uvádzame technológiu montáže tepelného čerpadla. Informácie predložené na zváženie sú doplnené vizuálnymi diagramami, výbermi fotografií a podrobným videozáznamom v dvoch častiach.
Čo je tepelné čerpadlo a ako to funguje?
Pod pojmom tepelné čerpadlo sa rozumie súbor špecifických zariadení. Hlavnou funkciou tohto zariadenia je zber tepelnej energie a jej preprava k spotrebiteľovi. Zdrojom takejto energie môže byť akékoľvek telo alebo médium s teplotou + 1 ° alebo viac stupňov.
V našom prostredí existuje viac ako dostatok zdrojov nízkoteplotného tepla. Sú to priemyselné odpady podnikov, tepelné a jadrové elektrárne, kanalizácia atď. Na prevádzku tepelných čerpadiel v oblasti vykurovania domácností sú potrebné tri nezávisle obnovené prírodné zdroje - vzduch, voda, pôda.
Tepelné čerpadlá „čerpajú“ energiu z procesov, ktoré sa pravidelne vyskytujú v prostredí. Proces sa nikdy nezastaví, pretože zdroje sú ľudskými kritériami považované za nevyčerpateľné
Uvedení traja potenciálni dodávatelia energie priamo súvisia s energiou Slnka, ktorá zohrievaním pohybuje vzduchom s vetrom a prenáša tepelnú energiu na Zem. Je to výber zdroja, ktorý je hlavným kritériom, podľa ktorého sú systémy tepelných čerpadiel klasifikované.
Princíp činnosti tepelných čerpadiel je založený na schopnosti telies alebo médií prenášať tepelnú energiu do iného telesa alebo média. Príjemcovia a dodávatelia energie v systémoch tepelného čerpania zvyčajne pracujú v pároch.
Rozlišujte teda nasledujúce 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 definuje typ média, v ktorom systém odvádza teplo pri nízkej teplote. Druhá indikuje typ nosiča, na ktorý sa táto tepelná energia prenáša. V tepelných čerpadlách voda - voda sa teplo odoberá z vodného média a kvapalina sa používa ako nosič tepla.
Tepelné čerpadlá sú konštrukčné jednotky na kompresiu pár. Odoberajú teplo z prírodných zdrojov, spracovávajú ho a prepravujú k spotrebiteľom (+)
Moderné tepelné čerpadlá využívajú tri hlavné zdroje tepelnej energie. Toto je pôda, voda a vzduch. Najjednoduchšou z týchto možností je vzduchové tepelné čerpadlo. Popularita takýchto systémov je spôsobená ich pomerne nekomplikovaným dizajnom a ľahkou inštaláciou.
Galéria obrázkov
Foto z
Štandardný princíp tepelného čerpadla
Externá jednotka tepelného čerpadla vzduch-vzduch
Rôzne ohrievače vzduch-vzduch
Horizontálny odparovač zem-voda
Zariadenie na prijímanie tepla čerpadla zem-vzduch
Výparník v zákopoch vybraných v zemi
Studňa na vodu pre tepelné čerpadlo voda-voda
Horizontálne prijímače vodnej energie
Napriek tejto popularite však majú tieto odrody pomerne nízku produktivitu. Okrem toho je účinnosť nestabilná a závisí od sezónnych výkyvov teplôt.
S klesajúcou teplotou výrazne klesá ich výkon. Takéto možnosti pre tepelné čerpadlá možno považovať za doplnenie existujúceho hlavného zdroja tepelnej energie.
Varianty zariadení využívajúcich pozemné teplo sa považujú za efektívnejšie. Pôda prijíma a akumuluje tepelnú energiu nielen zo Slnka, ale neustále ju zohrieva energia jadra Zeme.
To znamená, že pôda je druh tepelnej batérie, ktorej sila je prakticky neobmedzená. Okrem toho je teplota pôdy, najmä v určitej hĺbke, konštantná a mení sa nevýznamne.
Rozsah energie vyrobenej tepelnými čerpadlami:
Galéria obrázkov
Foto z
Tepelné čerpadlá na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou
Použitie vo vzduchových vykurovacích obvodoch
Príprava nosiča tepla pre podlahové vykurovacie systémy
Tepelná inštalácia na ohrev vody v bazéne
Stálosť teploty zdroja je dôležitým faktorom stabilnej a efektívnej prevádzky tohto typu energetického zariadenia. Podobné vlastnosti majú systémy, v ktorých je vodné prostredie hlavným zdrojom tepelnej energie. Zberač takýchto čerpadiel sa nachádza buď v studni, kde je vo vodonosnej vrstve, alebo v nádrži.
Priemerná ročná teplota zdrojov, ako je pôda a voda, sa pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Takáto teplota je úplne dostačujúca na zabezpečenie efektívnej činnosti systému.
Najúčinnejšie sú tepelné čerpadlá, ktoré získavajú tepelnú energiu zo zdrojov so stabilnými ukazovateľmi teploty, t. z vody a pôdy
Hlavné konštrukčné prvky tepelných čerpadiel
Na to, aby inštalácia výroby energie fungovala podľa zásad tepelného čerpadla, musia byť vo svojom návrhu prítomné 4 hlavné jednotky:
- Kompresor.
- Výparník.
- Kondenzátor.
- Škrtiaci ventil.
Dôležitým konštrukčným prvkom tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavnou funkciou je zvyšovanie tlaku a teploty výparov v dôsledku varu chladiva. Najmä pre klimatickú technológiu a tepelné čerpadlá sa používajú moderné špirálové kompresory.
Ako pracovná tekutina sa pri priamom prenose tepelnej energie používajú kvapaliny s nízkym bodom varu. Spravidla sa používa amoniak a freóny (+)
Takéto kompresory sú konštruované na prevádzku pri teplotách pod nulou. Na rozdiel od iných odrôd produkujú špirálové kompresory malý hluk a pracujú tak pri nízkych teplotách varu plynu, ako aj pri vysokých kondenzačných teplotách. Nespornou výhodou je ich kompaktná veľkosť a nízka špecifická hmotnosť.
Takmer všetka energia tepelného čerpadla sa vynakladá na prepravu tepelnej energie z vonkajšej strany do vnútornej časti miestnosti. Takže asi 1 energetická jednotka sa vynakladá na prevádzku systémov pri výrobe 4-6 jednotiek (+)
Výparník ako konštrukčný prvok je kontajner, v ktorom sa kvapalné chladivo premieňa na pary. Chladivo cirkulujúce v uzavretom okruhu prechádza výparníkom. Chladivo sa v ňom zohreje a zmení sa na paru. Vytvorená nízkotlaková para je nasmerovaná na kompresor.
V kompresore sú výpary chladiva vystavené tlaku a ich teplota stúpa. Kompresor čerpá zahrievanú paru pod vysokým tlakom smerom ku kondenzátoru.
Kompresor stláča médium cirkulujúce pozdĺž obvodu, čím sa zvyšuje jeho teplota a tlak.Potom stlačené médium vstupuje do výmenníka tepla (kondenzátora), kde je ochladzované, prenášajúce teplo do vody alebo vzduchu
Ďalším štrukturálnym prvkom systému je kondenzátor. Jeho funkciou je prenos tepelnej energie do vnútorného okruhu vykurovacieho systému.
Sériové vzorky vyrobené priemyselnými podnikmi sú vybavené doskovými výmenníkmi tepla. Hlavným materiálom pre takéto kondenzátory je legovaná oceľ alebo meď.
Pre výmenník tepla vyrobený vlastnou činnosťou je vhodná medená rúrka s priemerom 0,5 palca. Hrúbka steny rúrok použitých na výrobu výmenníka tepla musí byť najmenej 1 mm
Termostatický alebo inak škrtiaci ventil je nainštalovaný na začiatku tej časti hydraulického okruhu, kde je cirkulujúce vysokotlakové médium konvertované na nízkotlakové médium. Presnejšie povedané, škrtiaca klapka spárovaná s kompresorom rozdeľuje okruh tepelného čerpadla na dve časti: jednu s vysokotlakovými parametrami, druhú s nízkym.
Pri priechode expanzným škrtiacim ventilom sa kvapalina cirkulujúca v uzavretom okruhu čiastočne odparuje, v dôsledku čoho tlak klesá s teplotou. Potom vstupuje do výmenníka tepla v komunikácii s prostredím. Tam zachytáva energiu média a prenáša ju späť do systému.
Škrtiaci ventil reguluje prietok chladiva smerom k výparníku. Pri výbere ventilu sa musia zohľadniť systémové parametre. Ventil musí spĺňať tieto parametre.
Pri prechode cez regulačný ventil tepla sa kvapalné chladivo čiastočne odparuje a teplota vody klesá (+)
Výber typu tepelného čerpadla
Hlavným ukazovateľom tohto vykurovacieho systému je výkon. Finančné náklady na nákup zariadenia a výber jedného alebo druhého zdroja nízkoteplotného tepla budú v prvom rade závisieť od kapacity. Čím vyšší je výkon systému tepelného čerpadla, tým vyššie sú náklady na súčasti.
V prvom rade ide o výkon kompresora, hĺbku vrtov pre geotermálne sondy alebo oblasť na umiestnenie horizontálneho kolektora. Správne termodynamické výpočty sú zárukou, že systém bude pracovať efektívne.
Ak sa v blízkosti osobného miesta nachádza rybník, najvýhodnejšou a najproduktívnejšou voľbou bude tepelné čerpadlo voda-voda
Najprv by ste si mali preštudovať oblasť, ktorá je naplánovaná na inštaláciu pumpy. Ideálnym stavom by bola prítomnosť vodného útvaru v tejto časti. Použitie možnosti typu voda-voda značne zníži množstvo výkopových prác.
Využívanie tepla zeme naopak vyžaduje veľké množstvo prác týkajúcich sa výkopu. Systémy, ktoré používajú vodné prostredie ako teplo nízkej kvality, sa považujú za najúčinnejšie.
Konštrukcia tepelného čerpadla, ktoré odoberá tepelnú energiu z pôdy, zahŕňa pôsobivé množstvo zemných prác. Kolektor je položený pod úroveň sezónneho zamrznutia
Existujú dva spôsoby, ako využiť tepelnú energiu pôdy. Prvá zahŕňa vrtné vrty s priemerom 100 - 168 mm. Hĺbka takýchto vrtov môže v závislosti od parametrov systému dosiahnuť 100 m alebo viac.
Do týchto jamiek sa umiestnia špeciálne sondy. Pri druhom spôsobe sa používa potrubné rozdeľovacie potrubie. Takýto kolektor je umiestnený pod zemou v horizontálnej rovine. Pre túto možnosť je potrebná dostatočne veľká plocha.
Na položenie kolektora sa za ideálne považujú oblasti s vlhkou zeminou. Vŕtacie studne budú samozrejme stáť viac ako horizontálne umiestnenie nádrže. Nie každá oblasť má však voľný priestor. Na jeden kW výkonu tepelného čerpadla je potrebných 30 až 50 m² plochy.
Zariadenie na zhromažďovanie tepelnej energie z jednej hlbokej studne môže byť o niečo lacnejšie ako kopanie jamy.Významným plusom je však značná úspora priestoru, ktorá je dôležitá pre majiteľov malých pozemkov
V prípade prítomnosti vysoko položeného horizontu podzemnej vody na mieste môžu byť tepelné výmenníky usporiadané do dvoch studní umiestnených vo vzdialenosti asi 15 m od seba.
Výber tepelnej energie v týchto systémoch čerpaním podzemnej vody v uzavretej slučke, ktorej časti sa nachádzajú v studniach. Takýto systém vyžaduje inštaláciu filtra a pravidelné čistenie výmenníka tepla.
Najjednoduchší a najlacnejší okruh tepelného čerpadla je založený na získavaní tepelnej energie zo vzduchu. Akonáhle sa stal základom chladničiek, neskôr sa podľa jeho zásad vyvinuli klimatizačné zariadenia.
Najjednoduchší systém tepelného čerpania prijíma energiu zo vzduchovej hmoty. V lete sa podieľa na vykurovaní, v zime na klimatizácii. Mínus systému je, že pri nezávislom vykonaní jednotka s nedostatočným výkonom
Účinnosť rôznych typov zariadení nie je rovnaká. Najnižšie ukazovatele sú čerpadlá, ktoré používajú vzduch. Tieto ukazovatele sú navyše priamo závislé od poveternostných podmienok.
Pôdne druhy tepelných čerpadiel majú stabilný výkon. Koeficient účinnosti týchto systémov sa pohybuje medzi 2,8 - 3,3. Systémy voda-voda sú najúčinnejšie. Je to predovšetkým kvôli stabilite teploty zdroja.
Je potrebné poznamenať, že čím hlbší je kolektor čerpadla v nádrži, tým stabilnejšia bude teplota. Na získanie kapacity systému 10 kW potrebujete asi 300 metrov potrubia.
Hlavným parametrom charakterizujúcim účinnosť tepelného čerpadla je jeho prevodný koeficient. Čím vyšší je prepočítavací faktor, tým účinnejšie je tepelné čerpadlo.
Prepočítavací koeficient tepelného čerpadla je vyjadrený ako pomer tepelného toku a elektrickej energie spotrebovanej na kompresor.
Zostavte tepelné čerpadlo sami pre seba
Po znalosti schémy činnosti a zariadenia tepelného čerpadla je celkom možné zostaviť a nainštalovať alternatívny vykurovací systém sami. Pred začatím práce je potrebné vypočítať všetky základné parametre budúceho systému. Na výpočet parametrov budúceho čerpadla môžete použiť softvér navrhnutý na optimalizáciu chladiacich systémov.
Najjednoduchšou konštrukčnou možnosťou je systém vzduch-voda. Nevyžaduje si zložité práce na zariadení vonkajšieho okruhu, ktoré je neodmysliteľnou súčasťou rôznych druhov vody a pôdy v tepelných čerpadlách. Na inštaláciu budú potrebné iba dva kanály, z ktorých jeden bude privádzať vzduch a druhý bude vypúšťať spotrebovanú hmotu.
Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť sami, je zariadiť tepelné čerpadlo s prívodom tepla zo vzdušnej hmoty. Vonkajší ventilátor fúka vzduch do výparníka
Okrem ventilátora musíte mať aj kompresor s požadovaným výkonom. Pre takúto jednotku je celkom vhodný kompresor, ktorý sú vybavené bežnými delenými systémami. Nie je potrebné kupovať novú jednotku.
Môžete ho vybrať zo starého zariadenia alebo použiť príslušenstvo starej chladničky. Je vhodné použiť špirálovitú odrodu. Tieto možnosti kompresora okrem dostatočnej účinnosti vytvárajú vysoké tlaky, ktoré zvyšujú teplotu.
Na vybudovanie kondenzátora budete potrebovať kapacitné a medené potrubie. Cievka je vyrobená z rúry. Na jeho výrobu sa používa akékoľvek valcové teleso požadovaného priemeru. Obalením medenej rúrky na ňu môžete ľahko a rýchlo vytvoriť tento konštrukčný prvok.
Hotová cievka je namontovaná v nádobe predtým rozrezanej na polovicu. Na výrobu kontajnerov je lepšie používať materiály odolné voči koróznym procesom.Po vložení cievky do zvaru sa zvaria polovice nádrže.
Plocha cievky sa vypočíta podľa tohto vzorca:
MT / 0,8 RT,
Kde:
- MT - výkon tepelnej energie, ktorú systém vytvára.
- 0,8 - koeficient tepelnej vodivosti počas interakcie vody s materiálom cievky.
- RT - rozdiel teploty vody na vstupe a výstupe.
Pri výbere medenej rúrky pre vlastnú výrobu cievky musíte venovať pozornosť hrúbke steny. Mala by byť najmenej 1 mm. Inak sa pri navíjaní potrubie zdeformuje. Potrubie, cez ktoré je prívod chladiva umiestnený v hornej časti nádrže.
Výmenník tepla s medenou rúrkou sa vyrába navinutím medenej rúrky na valcový predmet. Čím väčšia je plocha povrchu cievky, tým vyšší je výkon čerpadla
Výparník tepelného čerpadla môže byť vyrobený v dvoch verziách - vo forme nádoby s vinutou cievkou a vo forme rúrky v rúrke. Pretože teplota kvapaliny vo výparníku je nízka, môže byť kapacita vyrobená z plastového valca. V tejto kapacite je umiestnený obvod, ktorý je vyrobený z medenej rúrky.
Na rozdiel od kondenzátora musí špirála špirály výparníka zodpovedať priemeru a výške vybranej nádrže. Druhý variant výparníka: potrubie v potrubí. V tomto uskutočnení je rúrka chladiva umiestnená v plastovej rúrke väčšieho priemeru, cez ktorú cirkuluje voda.
Dĺžka takého potrubia závisí od plánovaného výkonu čerpadla. Môže byť od 25 do 40 metrov. Takáto rúrka je stočená.
Termostatický ventil označuje uzatváracie a regulačné potrubné armatúry. Ihla sa používa ako blokovací prvok v expanznom ventile. Poloha uzatváracieho prvku ventilu je určená teplotou vo výparníku.
Tento dôležitý prvok systému má dosť komplikovaný dizajn. Skladá sa to z:
- Termočlánok.
- Bránice.
- Kapilárna trubica.
- Termálny balón.
Tieto prvky sa môžu stať nepoužiteľnými pri vysokých teplotách. Preto by sa mal ventil počas spájkovania systému izolovať azbestovou tkaninou. Regulačný ventil sa musí zhodovať s kapacitou výparníka.
Po vykonaní prác na výrobe hlavných konštrukčných častí prichádza rozhodujúci moment montáže celej konštrukcie do jedného bloku. Najkritickejším krokom je proces čerpania chladiva alebo chladiva do systému.
Nezávislé vykonávanie takejto operácie nie je pravdepodobné, že bude dostupné pre jednoduchého laika. Tu sa budete musieť obrátiť na odborníkov, ktorí sa zaoberajú opravami a údržbou zariadení HVAC.
Pracovníci v tejto oblasti majú spravidla potrebné vybavenie. Okrem nabíjania chladiva môžu systém testovať. Samonapĺňanie chladiva môže viesť nielen k narušeniu štruktúry, ale aj k vážnym zraneniam. Okrem toho je na spustenie systému potrebné špeciálne vybavenie.
Pri spustení systému nastane maximálna počiatočná záťaž, ktorá je zvyčajne okolo 40 A. Preto nie je možné spustiť systém bez štartovacieho relé. Po prvom uvedení do prevádzky musí byť nastavený tlak ventilu a chladiva.
Výber chladiva by sa mal brať vážne. Koniec koncov, práve táto látka sa v podstate považuje za hlavný „nosič“ užitočnej tepelnej energie. Z existujúcich moderných chladív sú najobľúbenejšie freóny. Sú to deriváty uhľovodíkových zlúčenín, v ktorých je časť atómov uhlíka nahradená inými prvkami.
V dôsledku montáže jednotlivých prvkov tepelného čerpadla by sa mala získať uzavretá slučka, pozdĺž ktorej cirkuluje pracovné médium
Výsledkom týchto prác bol systém uzavretej slučky. Chladivo v ňom cirkuluje a zabezpečuje výber a prenos tepelnej energie z výparníka do kondenzátora.Pri pripájaní tepelných čerpadiel k systému zásobovania teplom v dome je potrebné vziať do úvahy, že teplota vody na výstupe z kondenzátora nepresahuje 50 - 60 stupňov.
Z dôvodu nízkej teploty tepelnej energie generovanej tepelným čerpadlom musia byť ako spotrebič tepla vybrané špeciálne ohrievače. Môže ísť o teplovodné podlahové alebo objemové radiátory s nízkym zotrvačným účinkom vyrobené z hliníka alebo ocele s veľkou radiáciou.
Domáce verzie tepelných čerpadiel sú najvhodnejšie považovať za pomocné zariadenia, ktoré podporujú a dopĺňajú prácu hlavného zdroja.
Každý rok sa vylepšujú návrhy tepelných čerpadiel. Priemyselné vzory určené na použitie v domácnosti používajú účinnejšie povrchy na prenos tepla. Výsledkom je, že výkon systému neustále rastie.
Dôležitým faktorom, ktorý stimuluje vývoj takejto technológie na výrobu tepelnej energie, je zložka životného prostredia. Takéto systémy okrem toho, že sú dosť účinné, neznečisťujú životné prostredie. Absencia otvoreného plameňa robí jeho prevádzku úplne bezpečnou.
Video č. 1. Ako vyrobiť najjednoduchšie domáce tepelné čerpadlo s výmenníkom tepla z rúrok PEX:
Video č. 2. Pokračovanie briefingu:
Tepelné čerpadlá sa už dlho používajú ako alternatívne vykurovacie systémy. Tieto systémy majú spoľahlivosť, dlhú životnosť a, čo je dôležité, sú šetrné k životnému prostrediu. Vážne sa začínajú považovať za ďalší krok k vývoju účinných a bezpečných vykurovacích systémov.
Chcete sa opýtať alebo hovoriť o zaujímavom spôsobe výroby tepelného čerpadla, ktorý nie je uvedený v článku? Prosím, napíšte komentár do nižšie uvedeného bloku.