Prvé verzie tepelných čerpadiel mohli len čiastočne uspokojiť potreby tepelnej energie. Moderné odrody sú efektívnejšie a dajú sa použiť pre vykurovacie systémy. To je dôvod, prečo sa mnohí majitelia domov snaží pripojiť tepelné čerpadlo vlastnými rukami.
Uvedieme vám, ako si vybrať tú najlepšiu možnosť pre tepelné čerpadlo, berúc do úvahy geo-údaje o oblasti, v ktorej sa má inštalovať. V článku navrhnutom na posúdenie je podrobne opísaný princíp fungovania systémov „zelenej energie“, rozdiely sú uvedené. S našou radou, budete bezpochyby prebrať na efektívny typ.
Pre nezávislých majstrov prezentujeme technológiu montáže tepelného čerpadla. Informácie prezentované na posúdenie sú doplnené vizuálnymi diagramami, výberom fotografií a podrobným videozáznamom v dvoch častiach.
Čo je tepelné čerpadlo a ako funguje?
Pojem tepelné čerpadlo označuje súbor špecifických zariadení. Hlavnou funkciou tohto zariadenia je zber tepelnej energie a jej preprava spotrebiteľovi. Zdrojom takejto energie môže byť akékoľvek teleso alebo médium, ktoré má teplotu + 1 ° alebo viac stupňov.
V našom prostredí sú zdroje tepla s nízkou teplotou viac ako dosť. Ide o priemyselné odpady podnikov, tepelné a jadrové elektrárne, kanalizáciu, atď. Pre prevádzku tepelných čerpadiel v oblasti vykurovania domácností sú potrebné tri samoregenerujúce prírodné zdroje - vzduch, voda, pôda.
Tepelné čerpadlá „čerpajú“ energiu z procesov, ktoré sa pravidelne vyskytujú v prostredí. Tok procesov sa nikdy nezastaví, pretože zdroje sa podľa ľudských kritérií považujú za nevyčerpateľné.
Traja uvedení potenciálni dodávatelia energie priamo súvisia s energiou Slnka, ktorá prostredníctvom vykurovania poháňa vzduch vetrom a prenáša tepelnú energiu na zem. Hlavným kritériom, podľa ktorého sú systémy tepelného čerpadla klasifikované, je výber zdroja.
Princíp činnosti tepelných čerpadiel je založený na schopnosti telies alebo médií prenášať tepelnú energiu na iné teleso alebo médium. Príjemcovia a dodávatelia energie v systémoch tepelných čerpadiel zvyčajne pracujú vo dvojiciach.
Rozlišujte tieto 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 určuje typ média, v ktorom má systém nízkoteplotné teplo. Druhá označuje typ nosiča, na ktorý sa táto tepelná energia prenáša. V tepelných čerpadlách je teda voda voda, teplo sa odoberá z vodného média a ako nosič tepla sa používa kvapalina.
Tepelné čerpadlá konštruktívneho typu sú zariadenia na kompresiu pár. Odoberajú teplo z prírodných zdrojov, spracovávajú a prepravujú k spotrebiteľom (+)
Moderné tepelné čerpadlá využívajú tri hlavné zdroje tepelnej energie. To - pôda, voda a vzduch. Najjednoduchšie z týchto možností je tepelné čerpadlo vzduch. Popularita takýchto systémov je spojená s ich pomerne jednoduchým dizajnom a jednoduchosťou inštalácie.
Tepelné čerpadlo obsahuje vnútornú a vonkajšiu jednotku. Vonkajšia časť je určená na prirodzený príjem energie, interná na jej spracovanie 
Externá jednotka tepelného čerpadla vzduch-vzduch je podobná vonkajšej klimatizácii, používa podobné princípy. 
Ak chcete zvýšiť výkon tepelného systému vzduch-vzduch, zväčšte plochu výparníka. 
Tepelné systémy využívajúce teplo z vnútra Zeme sú podstatne zložitejšie a drahšie stavať. Medzi nimi sú vertikálne diela - studne 
Na výstavbu horizontálnych odparovacích systémov, ktoré odvádzajú teplo z pôdy, sú potrebné veľké plochy bez budov. 
Trubky výparníka môžu byť uložené do mnohých záhybov v zákopoch. Hlavnou vecou je vykopať do zeme požadované zábery prijímača energie 
Studňa na využitie energie podzemnej vody je konštruovaná podľa princípov podobných pravidlám systémov výparníkov zariadenia s prívodom zemnej energie 
Pre zariadenie vertikálneho výparníka tepelného čerpadla, ktoré využíva energiu vody, potrebujete blízku nádrž dostatočného priestoru
Napriek tejto popularite však tieto odrody majú pomerne nízku produktivitu. Okrem toho je účinnosť nestabilná a závisí od sezónnych výkyvov teploty.
S klesajúcou teplotou výrazne klesá ich výkon. Takéto varianty tepelných čerpadiel možno považovať za dodatok k existujúcemu hlavnému zdroju tepelnej energie.
Možnosti zariadenia, ktoré využívajú zemné teplo, sa považujú za efektívnejšie. Pôda prijíma a akumuluje tepelnú energiu nielen zo Slnka, ale je neustále ohrievaná energiou zemského jadra.
To znamená, že pôda je druh akumulátora tepla, ktorého kapacita je prakticky neobmedzená. Okrem toho je teplota pôdy, najmä v určitej hĺbke, konštantná a mení sa v nevýznamných medziach.
Rozsah energie vyrobenej tepelnými čerpadlami: \ t
Tepelné čerpadlá slúžia ako dodávatelia energie pre potreby nízkoteplotných vykurovacích okruhov a systémov na ohrev vody. 
Tepelné čerpadlá najaktívnejšie využívajú ako dodávateľa energie vykurovacie okruhy. 
Tepelné čerpadlá sú schopné plne zabezpečiť systém teplou podlahou s požadovaným množstvom potrebnej teploty chladiacej kvapaliny 
Malé tepelné čerpadlo malého alebo stredného výkonu dokonale zvláda ohrievanú vodu pre súkromný bazén
Stabilita zdrojovej teploty je dôležitým faktorom stabilnej a efektívnej prevádzky tohto typu energetického zariadenia. Podobné charakteristiky majú systémy, v ktorých je vodné prostredie hlavným zdrojom tepelnej energie. Kolektor takýchto čerpadiel je umiestnený buď v studni, kde sa nachádza vo vodonosnej vrstve, alebo v nádrži.
Priemerná ročná teplota takýchto zdrojov, ako je pôda a voda, sa pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Táto teplota je dosť veľká na zabezpečenie efektívnej prevádzky systému.
Najúčinnejšie sú tepelné čerpadlá, ktoré získavajú tepelnú energiu zo zdrojov so stabilnými teplotnými indexmi, t. z vody a pôdy
Hlavné konštrukčné prvky tepelných čerpadiel
Aby mohla elektráreň pracovať v súlade s princípmi prevádzky tepelného čerpadla, musí mať 4 hlavné jednotky, a to: \ t
- Kompresor.
- Výparník.
- Kondenzátor.
- Škrtiaca klapka.
Dôležitým prvkom konštrukcie tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavnou funkciou je zvýšenie tlaku a teploty výparov v dôsledku varu chladiva. Najmä moderné špirálové kompresory sa používajú pre vzduchotechnické zariadenia a tepelné čerpadlá.
Ako pracovné médium, ktoré vykonáva priamy prenos tepelnej energie, sa používajú kvapaliny s nízkou teplotou varu. Všeobecne sa používa amoniak a freóny (+).
Takéto kompresory sú navrhnuté na prevádzku pri teplotách pod nulou. Na rozdiel od iných druhov, špirálové kompresory produkujú malý hluk a pracujú pri nízkych teplotách varu plynu a vysokých kondenzačných teplotách. Nepochybnou výhodou je ich kompaktná veľkosť a nízka merná hmotnosť.
Takmer všetka energia tepelného čerpadla sa spotrebuje na prepravu tepelnej energie zvonku do miestnosti. Takže práca systémov trvá približne 1 energetickú jednotku vo výrobe 4 - 6 jednotiek (+)
Výparník ako konštrukčný prvok je nádrž, v ktorej dochádza k premene kvapalného chladiva na pary. Chladivo, cirkulujúce v uzavretom okruhu, prechádza cez výparník. V ňom sa chladivo zohrieva a mení sa na paru. Výsledné pary pod nízkym tlakom smerujú do kompresora.
V kompresore sú výpary chladiva vystavené tlaku a ich teplota stúpa. Kompresor čerpá ohrievanú paru pod vysokým tlakom smerom ku kondenzátoru.
Kompresor stláča médium cirkulujúce v okruhu, čím sa zvyšuje jeho teplota a tlak. Potom stlačené médium vstupuje do výmenníka tepla (kondenzátora), kde sa ochladzuje, prenáša teplo do vody alebo vzduchu
Ďalším konštrukčným prvkom systému je kondenzátor. Jeho funkcia je znížená na návrat tepelnej energie do vnútorného okruhu vykurovacieho systému.
Sériové vzorky vyrábané priemyselnými podnikmi sú vybavené doskovými výmenníkmi tepla. Hlavným materiálom pre takéto kondenzátory je legovaná oceľ alebo meď.
Pre samovýrobu výmenníka tepla vhodnej medenej rúrky s priemerom pol palca. Hrúbka steny rúr používaných na výrobu výmenníka tepla musí byť najmenej 1 mm
Na začiatku tej časti hydraulického okruhu, kde sa vysokotlakové cirkulačné médium premieňa na nízkotlakové médium, je nainštalovaný termostatický ventil alebo iná tlmivka. Presnejšie, škrtiaca klapka spojená s kompresorom rozdeľuje okruh tepelného čerpadla na dve časti: jednu s vysokotlakovými parametrami, druhú s nízkymi.
Pri prechode expanzným škrtiacim ventilom sa kvapalina cirkulujúca v uzavretom okruhu čiastočne odparuje, v dôsledku čoho tlak klesá s teplotou. Potom vstupuje do výmenníka tepla, komunikuje s prostredím. Zachytáva energiu média a prenáša ho späť do systému.
Pomocou škrtiacej klapky je prietok chladiva regulovaný smerom k výparníku. Pri výbere ventilu je potrebné vziať do úvahy parametre systému Ventil musí spĺňať tieto parametre.
Pri prechode cez tepelný regulačný ventil sa teplonosná kvapalina čiastočne odparuje a teplota prietoku klesá (+)
Vyberte typ tepelného čerpadla
Hlavným indikátorom tohto vykurovacieho systému je výkon. Od výkonu na prvom mieste bude závisieť na finančných nákladoch na nákup zariadenia a výber jedného alebo iného zdroja nízkoteplotného tepla. Čím vyššia je kapacita tepelného čerpacieho systému, tým vyššie sú náklady na komponenty.
V prvom rade ide o kapacitu kompresora, hĺbku vrtov pre geotermálne sondy alebo oblasť pre umiestnenie horizontálnej nádrže. Správne termodynamické výpočty sú zárukou, že systém bude fungovať efektívne.
Ak je vedľa osobného priestoru vodná nádrž, tepelné čerpadlo voda-voda bude nákladovo najefektívnejšou a najproduktívnejšou voľbou.
Ak chcete začať s je potrebné študovať miesto, ktoré je plánované pre inštaláciu čerpadla. Ideálnym stavom je prítomnosť zásobníka na tomto mieste. Použitie možnosti typu voda-voda výrazne zníži množstvo zemných prác.
Použitie tepla zeme, naopak, zahŕňa veľké množstvo prác súvisiacich s výkopom. Systémy, ktoré využívajú vodné prostredie ako teplo s nízkou kvalitou, sa považujú za najefektívnejšie.
Zariadenie tepelného čerpadla, ktoré odoberá tepelnú energiu z pôdy, zahŕňa pôsobivé množstvo zemných prác. Kolektor je položený pod úrovňou sezónneho mrazu.
Použite tepelnú energiu pôdy dvoma spôsobmi. Prvým je vŕtanie studní s priemerom 100-168 mm. Hĺbka týchto jamiek môže v závislosti od parametrov systému dosiahnuť 100 m alebo viac.
V týchto jamkách sú umiestnené špeciálne sondy. Druhá metóda využíva zberač rúrok. Takýto kolektor je umiestnený v podzemí v horizontálnej rovine. Pre túto možnosť potrebujete dostatočne veľkú plochu.
Na pokládku kolektora sa považujú priestory s mokrým povrchom za ideálne. Prirodzene, vŕtanie studní bude stáť viac ako horizontálne umiestnenie nádrže. Avšak nie každá stránka má voľné miesto. Pre jeden kW výkonu tepelného čerpadla potrebujete od 30 do 50 m² plochy.
Zariadenie na odber tepelnej energie z jednej hlbokej studne môže byť o niečo lacnejšie ako kopanie jamy. Ale vážnym plusom sú významné úspory v priestore, čo je dôležité pre majiteľov malých oblastí.
V prípade prítomnosti vysoko položeného horizontu podzemnej vody môžu byť výmenníky tepla usporiadané v dvoch studniach umiestnených vo vzdialenosti asi 15 m od seba.
Výber tepelnej energie v takýchto systémoch čerpaním podzemnej vody v uzavretej slučke, ktorej časti sú umiestnené v studniach. Takýto systém musí inštalovať filter a pravidelne čistiť výmenník tepla.
Najjednoduchšia a najlacnejšia schéma tepelného čerpadla je založená na extrakcii tepelnej energie zo vzduchu. Akonáhle sa stal základom pre zariadenia chladničky, neskôr podľa jeho princípov boli vyvinuté klimatizácia.
Najjednoduchší systém tepelného čerpadla čerpá energiu zo vzdušnej hmoty. V lete sa zúčastňuje na vykurovaní, v zime v klimatizácii. Mínus systému je, že v nezávislej verzii jednotka s nedostatočným výkonom
Účinnosť rôznych typov tohto zariadenia nie je rovnaká. Najnižšie ukazovatele majú čerpadlá využívajúce vzduchové prostredie. Okrem toho sú tieto údaje priamo závislé od poveternostných podmienok.
Tepelné čerpadlá majú stabilný výkon. Koeficient účinnosti týchto systémov sa pohybuje v rozmedzí 2, 8 až 3, 3. Najúčinnejšie systémy majú vodu-vodu. Je to spôsobené predovšetkým stabilitou teploty zdroja.
Treba poznamenať, že čím hlbšie je kolektor čerpadla v nádrži, tým stabilnejšia bude teplota. Na dosiahnutie výkonu systému 10 kW potrebujete približne 300 metrov potrubia.
Hlavný parameter charakterizujúci účinnosť tepelného čerpadla sa považuje za jeho konverzný koeficient. Čím vyšší je konverzný faktor, tým účinnejšie je tepelné čerpadlo.
Konverzný pomer tepelného čerpadla je vyjadrený ako pomer tepelného toku a elektrickej energie spotrebovanej kompresorom.
Budovanie tepelného čerpadla
S vedomím schémy činnosti a zariadenia tepelného čerpadla je celkom možné zostaviť a zostaviť alternatívny vykurovací systém nezávisle. Pred začatím práce je potrebné vypočítať všetky základné parametre budúceho systému. Na výpočet parametrov budúceho čerpadla môžete použiť softvér určený na optimalizáciu chladiacich systémov.
Najjednoduchším riešením je systém vzduch-voda. Nevyžaduje zložitú prácu na zariadení vonkajšieho okruhu, ktorá je vlastná pre vodné a pozemné odrody tepelných čerpadiel. Pre inštaláciu budú potrebné iba dva kanály, z ktorých jeden bude zásobovaný vzduchom, druhý bude použitý na vypúšťanie odpadovej hmoty.
Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je mať tepelné čerpadlo s teplom odvádzaným zo vzdušnej hmoty. Vonkajší ventilátor fúka vzduch do výparníka.
Okrem ventilátora musíte získať kompresor s požadovaným výkonom. Pre takúto jednotku je vhodný kompresor, ktorý je vybavený konvenčnými delenými systémami. Nie je potrebné kupovať novú jednotku.
Môžete ho vybrať zo starého zariadenia alebo použiť komponenty starej chladničky. Odporúča sa použiť špirálovú verziu. Tieto možnosti kompresora okrem toho, že majú dostatočnú účinnosť, vytvárajú vysoký tlak, ktorý zabezpečuje zvýšenie teploty.
Na vybudovanie kondenzátora potrebujete nádrž a medené potrubie. Z rúry je cievka. Na jeho výrobu sa používa valcové teleso požadovaného priemeru. S navinutým medeným potrubím na ňom môžete tento konštrukčný prvok ľahko a rýchlo vyrobiť.
Pripravená cievka je namontovaná v predrezaní na polovičnú kapacitu. Na výrobu kontajnerov je lepšie používať materiály odolné voči korózii. Po umiestnení cievky do nej sú polovice nádrže zvárané.
Plocha cievky sa vypočíta podľa tohto vzorca:
MT / 0, 8 RT,
kde:
- MT je výkon tepelnej energie, ktorý systém vyrába.
- 0, 8 je koeficient tepelnej vodivosti v interakcii vody s materiálom cievky.
- RT - rozdiel teploty vody na vstupe a výstupe.
Výber medenej rúrky pre vlastnú výrobu cievky, musíte venovať pozornosť hrúbke stien. Musí byť najmenej 1 mm. V opačnom prípade sa pri navíjaní rúra deformuje. Rúra, cez ktorú sa nachádza prívod chladiva, sa nachádza na hornej strane nádrže.
Výmenník tepla je vyrobený z medenej rúrky navíjaním medenej rúrky na predmet valcového tvaru. Čím väčšia je povrchová plocha cievky, tým vyšší je výkon čerpadla
Výparník tepelného čerpadla môže byť vyhotovený v dvoch variantoch - vo forme nádrže s cievkou v nej a vo forme rúry v potrubí. Поскольку, температура жидкости в испарителе небольшая, емкость можно выполнить из пластиковой бочки. В эту емкость помещается контур, который выполняется из медной трубы.
В отличие от конденсатора, спираль змеевика испарителя должна соответствовать диаметру и высоте выбранной емкости. Второй вариант испарителя: труба в трубе. В таком варианте трубка с хладагентом размещается в пластиковой трубе большего диаметра, по которой циркулирует вода.
Длина такой трубы зависит от планируемой мощности насоса. Она может быть от 25 до 40 метров. Такую трубу сворачивают в спираль.
Терморегулирующий клапан относится к запорно-регулирующей трубопроводной арматуре. В качестве запорного элемента в ТРВ используется игла. Положение запорного элемента клапана обуславливается температурой в испарителе.
Это важный элемент системы имеет довольно сложную конструкцию. В ее состав входят:
- Термоэлемент.
- Диафрагма.
- Капиллярная трубка.
- Термобаллон.
Эти элементы могут прийти в негодность при высокой температуре. Поэтому во время работ по пайке системы клапан следует изолировать при помощи асбестовой ткани. Регулирующий клапан должен соответствовать производительности испарителя.
После проведения работ по изготовлению основных конструкционных частей наступает ответственный момент сборки всей конструкции в единый блок. Наиболее ответственным этапом является процесс закачки хладагента или теплоносителя в систему.
Самостоятельное проведение подобной операции вряд ли по силам простому обывателю. Тут придется обратиться к профессионалам, которые занимаются ремонтом и обслуживанием климатического оборудования.
У работников этой сферы, как правило, имеется необходимое оборудование. Помимо заправки хладагента они могут протестировать работу системы. Самостоятельная закачка хладагента может привести не только к поломке конструкции, но и к тяжелым травмам. Кроме того, для запуска системы так же необходимо специальное оборудование.
При запуске системы происходит пиковая пусковая нагрузка, составляющая, как правило, около 40 А. Поэтому запуск системы без пускового реле невозможен. После первого пуска необходима регулировка клапана и давления хладагента.
К выбору хладагента стоит отнестись со всей серьезностью. Ведь именно это вещество по сути считается основным “переносчиком” полезной тепловой энергии. Из существующих современных хладагентов наибольшей популярностью пользуются фреоны. Это производные углеводородных соединений, в которых часть атомов углерода замещается на другие элементы.
В результате сборки отдельных элементов теплового насоса должен получиться замкнутый контур, по которому циркулирует рабочая среда
В результате проведения этих работ получилась система с замкнутым контуром. В нем будет циркулировать хладагент, обеспечивая отбор и перенос тепловой энергии от испарителя к конденсатору. При подключении тепловых насосов к системе теплоснабжения дома следует учитывать, что температура воды на выходе из конденсатора не превышает 50 – 60 градусов.
В связи небольшой температурой тепловой энергии, вырабатываемой тепловым насосом, в качестве потребителя тепла нужно выбирать специализированные приборы отопления. Это может быть теплый пол или же объемные низко-инерционные радиаторы из алюминия или стали с большой площадью излучения.
Самодельные варианты тепловых насосов наиболее уместно рассматривать в качестве вспомогательного оборудования, которое поддерживает и дополняет работу основного источника.
С каждым годом конструкции тепловых насосов совершенствуются. В промышленных образцах, предназначенных для бытового использования, используются более эффективные теплопередающие поверхности. В результате производительность систем постоянно растет.
Немаловажным фактором, который стимулирует развитие подобной технологии производства тепловой энергии, является экологическая составляющая. Подобные системы помимо того, что являются довольно эффективными, не загрязняют окружающую среду. Отсутствие открытого пламени делает его работу абсолютно безопасной.
Závery a užitočné video na túto tému
Video č. 1. Как сделать простейший самодельный тепловой насос с теплообменником из РЕХ трубы:
Video č. 2. Продолжение инструктажа:
В качестве альтернативных систем отопления довольно давно используются тепловые насосы. Эти системы обладают надежностью, длительным сроком службы и, что немаловажно, безвредны для окружающей среды. Они всерьез начинают рассматриваться, как очередной шаг на пути развития эффективных и безопасных систем отопления.
Хотите задать вопрос или рассказать об интересном способе сооружения теплового насоса, не упомянутом в статье? Пишите, пожалуйста комментарии в расположенном ниже блоке.