Využití nekvalitního okolního tepla pro ohřev vody a vytápění se stává ekonomicky výhodným při dlouhodobém používání systému. Překážkou široké distribuce takových zařízení jsou vysoké počáteční náklady na zařízení a jeho instalaci. Proto je vždy relevantní úplná nebo částečná instalace tepelného čerpadla vlastníma rukama, což vám umožní ušetřit značné finanční prostředky.
Rýže. 1 Tepelné čerpadlo voda-voda v domě
Princip činnosti a schéma tepelného čerpadla voda-voda.
Při vytváření tepelných čerpadel pro vytápění se využívá přirozené málo kvalitní teplo vzdušných hmot, půdy a vody. Vodní druhy absorbují tepelnou energii ze studní, studní, rybníků a dalších otevřených vodních ploch. Tepelné čerpadlo funguje jako chladnička, odebírá teplo z chladicího oddílu a vypouští ho ven přes externí radiátor.
Primární výměník tepla s cirkulujícím chladivem je při instalaci umístěn do nádoby s vodou, ze které je odebíráno teplo. Voda je nasávána vodním čerpadlem, prochází potrubním systémem a poté vstupuje do výparníku – v zařízení se při zahřívání kapaliny odpařuje. Ve výparníku předává chladivo teplo freonu, pro který je malá kladná teplota 6 – 8 C bod varu a plynné chladivo vstupuje do kompresoru.
Obr. 2. Schéma tepelného čerpadla voda-voda
Tam se stlačí, což vede ke zvýšení teploty plynu, a dále se přivádí do kondenzátoru. V kondenzátoru je tepelná energie z plynu o teplotě 40 – 70 C předána vodě v topném systému, ochlazený plyn kondenzuje a vstupuje do redukčního ventilu (škrticí klapky). Jeho tlak klesá – to vede k většímu ochlazení plynu do kapalného stavu, ve kterém je opět přiváděn do výparníku. Systém pracuje v kruhovém uzavřeném cyklickém režimu.
Výpočet tepelného čerpadla
Pro návrh systému pro kutily je v první řadě nutné provést výpočet zohledňující potřeby tepelné energie (čerpadla lze dodatečně použít k zajištění teplé vody v domácnosti) a možné ztráty. Algoritmus výpočtu se skládá z následujících operací.
- Vypočítá se plocha vytápěné místnosti.
- Na základě získaných hodnot je stanoveno celkové množství energie potřebné k vytápění na základě výpočtu 70 – 100 wattů na metr čtvereční. Parametr závisí na výšce stropů, materiálu výroby a stupni tepelné vodivosti domu.
- Při poskytování teplé vody se získaná hodnota zvýší o 15 – 20 %.
- Na základě přijatého výkonu je vybrán kompresor, jsou vypočteny a navrženy hlavní součásti systému: potrubí, výparník, kondenzátor, elektrické čerpadlo a další komponenty.
Příslušenství pro topný systém s tepelným čerpadlem pro vlastní výrobu
Pro běžného majitele domu je poměrně těžké konkurovat tuzemským i zahraničním průmyslovým tepelným čerpadlům, nicméně jeho instalace a výroba jednotlivých komponentů nejsou nemožné práce. Hlavním úkolem při konstrukci tepelného čerpadla zůstává správnost výpočtů, protože v případě chyby může mít systém nízkou účinnost a stát se neefektivní.
Kompresor
Pro instalaci budete potřebovat nový nebo použitý. kompresor je v provozuschopném stavu s nevyužitým zdrojem vhodného výkonu. Obvyklý výkon kompresoru by měl být 20 – 30 % vypočteného, můžete použít standardní tovární jednotky pro ledničky nebo spirálové klimatizace, které mají oproti pístovým zařízením vyšší účinnost.
Výparník a kondenzátor
Pro chlazení a ohřev kapalin se obvykle vedou měděnými trubkami umístěnými v nádobě s výměníkem tepla. Pro zvětšení chladicí plochy je měděná trubka uspořádána ve formě spirály, požadovaná délka se vypočítá podle vzorce pro výpočet plochy dělené sekcí. Objem teplosměnné nádrže je vypočítán na základě realizace efektivní výměny tepla, obvyklá průměrná hodnota je cca 120 litrů. Pro tepelné čerpadlo je racionální použít potrubí pro klimatizace, které mají zpočátku spirálový tvar a prodávají se v zálivech.
Rýže. H Měděná trubka a nádrž výměníku tepla
Mnoho výrobců tepelných čerpadel nahradilo tento způsob navrhování výměníků tepla vlastníma rukama za kompaktnější, využívající výměnu tepla podle principu „potrubí v potrubí“. Standardní průměr plastové trubky pro výparník je 32 mm, je v ní umístěna měděná trubka o průměru 19 mm, výparník je tepelně izolován, celková délka výměníku je cca 10 – 12 m. 25 mm lze použít pro kondenzátor. kov-plastová trubka a 12,7 mm. měď.
Obr 4. Montáž a vzhled výměníku tepla z měděných a plastových trubek
Aby se zvýšila plocha a účinnost výměníku tepla, někteří řemeslníci zkroutí oplet z několika měděných trubek malého průměru, posouvají je tenkým drátem a umístí konstrukci do plastu. To umožňuje získat teplosměnnou plochu asi 10 metr krychlový na 1metrovém segmentu.
Termostatický expanzní ventil
Správně zvolené zařízení reguluje stupeň naplnění výparníku a je z velké části zodpovědné za výkon celého systému. Například, pokud je přívod chladiva příliš vysoký, nebude mít čas se úplně odpařit a do kompresoru vniknou kapky kapaliny, což povede k narušení jeho provozu a snížení teploty plynu na výstupu. Příliš málo freonu ve výparníku po zvýšení teploty v kompresoru nebude stačit k ohřátí potřebného objemu vody.
Rýže. 5 Základní výbava tepelného čerpadla
Senzory
Pro snadné použití, monitorování provozu, odstraňování problémů a konfiguraci systému jsou vyžadovány vestavěné teplotní senzory. Informace jsou důležité ve všech fázích provozu systému, jen s jejich pomocí lze pomocí vzorců stanovit nejdůležitější parametr instalovaného zařízení pro vodní tepelná čerpadla – ukazatel účinnosti COP.
Čerpací zařízení
Při provozu tepelných čerpadel dochází k odběru a dodávce vody ze studny, studny nebo otevřené nádrže pomocí vodních čerpadel. Lze použít ponorné nebo povrchové typy, obvykle je jejich výkon malý, na dodávku vody stačí 100 – 200 wattů. Pro řízení provozu, ochranu čerpadel a systému jsou dodatečně namontovány filtry, manometr, vodoměry a jednoduchá automatika.
Rýže. 6 Vzhled samostatně smontovaného tepelného čerpadla
Montáž zařízení tepelného čerpadla svépomocí nepředstavuje velké potíže se schopností manipulovat se speciálním nástrojem pro svařování a pájení mědi. Provedená práce pomůže ušetřit značné finanční prostředky – náklady na komponenty budou asi 600 USD. To znamená, že nákup průmyslového vybavení bude stát 10krát více (asi 6000 USD). Udělej si sám design s řádným výpočtem a vyladěním má účinnost (COP) asi 4, což odpovídá průmyslovým vzorům.
V naší době je již účinnost tepelných čerpadel plně prokázána? a někteří se pokoušejí vyrobit tepelné čerpadlo pro vytápění domu vlastníma rukama, ale stojí za zmínku, že je to docela obtížné.
Jak víte, konstrukce tohoto typu jsou poměrně drahé, takže si je nemůže dovolit každý. A zde přicházejí na pomoc důvtipní řemeslníci, kteří se naučili sestavovat tepelná čerpadla vlastníma rukama. To nevyžaduje velké investice, ale dovednost musí být na dostatečné úrovni. Vzhledem ke složitosti takových návrhů je možné dosáhnout dobrých výsledků pouze s velkou trpělivostí, velkým nadšením a znalostí teorie.
Úvod do tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlo jako chladicí zařízení. Chladí ji pouze lednička, která odebírá energii zvenčí. A tato jednotka odebírá teplo z přírody, přeměňuje ho a předává jej do specificky vytápěného domu nebo vody z bazénu a ohřívá jej. Mezi zdroje patří:
- Okolní vzduch a v létě to platí obzvlášť a takové čerpadlo bude pracovat efektivněji.
- Voda.
- Půda.
Bazénové tepelné čerpadlo vypadá jako klimatizace. Funguje to jen obráceně. Vzduch neochlazuje, ale ohřívá. Je to velmi výhodné pro lidi, kteří nemají možnost provádět plynová zařízení. A spotřebuje málo elektřiny. Některé modely vypadají velmi esteticky, nezaberou mnoho místa a jsou vybaveny digitální obrazovkou a dálkovým ovládáním. Na takovém zařízení se vyplatí nastavit parametry jednou a on sám bude řídit ohřev vody v bazénu tepelným čerpadlem. A funguje při nízkých stupních, což je velmi důležité při ohřevu nádrže v zimě.
Pasivní (přirozené) podmiňování
Pasivnímu podmiňování se také říká přirozené. Vyžaduje minimální spotřebu energie, ale bude méně produktivní. Tento typ úpravy lze použít pouze u tepelných čerpadel solanky, tzn. využití půdy nebo vody jako nekvalitního zdroje tepla. U vzduchových tepelných čerpadel je zdrojem nekvalitní energie okolní vzduch, jehož teplota je v létě vyšší než příjemná vnitřní teplota.
Schéma realizace pasivní klimatizace tepelným čerpadlem země-voda
Pro realizaci pasivní klimatizace je v okruhu tepelného čerpadla instalováno další zařízení: třícestný ventil, deskový výměník tepla a přídavná čerpadla. To vám umožní využít nízkou teplotu půdy a spodní vody (6-10˚C) k chlazení místnosti. Chladivo (solanka) chlazené v zemi je posíláno přímo do přídavného výměníku tepla a obchází kompresor tepelného čerpadla. Ochlazená chladicí kapalina pak vstupuje do rozvodného systému energie a absorbuje přebytečné teplo z místností. V tomto případě kompresor zůstává nečinný a elektřina se spotřebovává pouze pro provoz čerpadel a dalších elektrických spotřebičů chladicího systému.
Výkon pasivní klimatizace (chladicí výkon) do značné míry závisí na velikosti zdroje tepla, teplotě a době provozu. A zpravidla dokáže potřebu klimatizace v domácnosti pokrýt jen částečně. Na konci léta, kdy již země absorbuje značné množství tepelné energie, chladicí kapacita klesne. V tomto ohledu bude nejstabilnějším zdrojem chladu podzemní voda, protože jejich teplota je téměř konstantní po celý rok. Další výhodou pasivní klimatizace s tepelným čerpadlem je rychlá regenerace půdy a akumulace tepla v půdě před topnou sezónou. Což zase zlepší COP systému tepelného čerpadla během topného období.
Pasivní klimatizace většinou nepokryje plnou chladicí zátěž domu, nicméně je cenově výhodná. přepočítací faktor COP dosahuje 15-20.
Domácí tepelné čerpadlo
- V místě, kde bude kompresor instalován, jsou na něj připevněny držáky.
- Kolem válce jsou ovinuty kovové duté trubky. Vytvoří se cívka, otáčky by měly být stejné.
- Budete potřebovat kovovou nádobu ze dvou stejných polovin. V jedné části je umístěna cívka. Díly jsou připájeny. V nádrži jsou vytvořeny závitové otvory pro výstupní trubky cívky.
- Nainstalujte plastový sud, který bude výparníkem. Do hlavně jsou přivedeny trubky vnitřního obrysu.
- K přivedení vody do bazénu se používají plastové trubky.
- Všechny prvky jsou spojeny v jednom systému.
- Specialista naplní strukturu freonem.
Výpočet parametrů systému
Doporučujeme, abyste se seznámili s Jak nainstalovat topný radiátor v bytě
R je výkon potřebný k vytápění místnosti
k – koeficient pro zohlednění tepelných ztrát budovou (1 – dobře izolovaná místnost, 4 – dřevěný barák);
v je celkový objem vytápěné místnosti;
T – největší teplotní rozdíl mezi vnějším světem a vnitřním prostorem;
860 – převodní faktor výsledku výpočtu v kW z kcal.
R u1d 200 * 2,8 * 22 * (25 – -860) / 560 u47d 860 * 30,6 / XNUMX uXNUMXd XNUMX kW.
Vhodné je použít tepelné čerpadlo s výkonovou rezervou 10 – 12 %, to znamená cca 35 kW.
Je třeba věnovat pozornost takovému ukazateli, jako je rozdíl mezi vnější a vnitřní teplotou. Pokud budeme odebírat ohřátý vzduch z okolního prostoru o teplotě cca 7°C, rozdíl bude (22 – 7) 15 stupňů a výkon tepelného čerpadla 9,8 kW. Porovnejte tyto dva ukazatele a pociťte rozdíl při využití tepla okolního prostoru.
Provoz tepelného čerpadla vzduch-voda pro bazén
Bazénové tepelné čerpadlo vzduch-voda se skládá z:
- Cívka naplněná chladicím plynem.
- Plastová nádoba pro odpařování vlhkosti.
- Kondenzátor.
- Kompresor z nového nebo starého splitu.
V plastovém výparníku se freon stává plynným a odebírá teplo z okolí. Plyn vstupuje do kompresoru, kde se vlivem tlaku ohřívá freon a vstupuje do kondenzátoru. Zde plyn přebírá kapalné skupenství a zahřívá se. V zimě příznivá teplota, v zimě vyhřívání bazénu tepelným čerpadlem od -10 do -20 stupňů. Při nižších teplotách čerpadlo přestane fungovat. K tomu jsme vyvinuli společný provoz s elektrickým zařízením, které se při poklesu teploty v záloze zapíná. Venkovní bazén se ale při tak nízkých teplotách zpravidla nepoužívá.
Systém voda-voda
Efektivnějším způsobem vytápění místností je tepelné čerpadlo voda-voda. V tomto případě je možné odebírat teplo ze zásobníku a předat jej do domu. Tato možnost je však možná pouze v případě, že je v blízkosti zdroj vody. Je žádoucí, aby to nebylo dále než 100 m, jinak bude návrh příliš nákladný.
Geotermální tepelná čerpadla se v posledních letech těší velké oblibě. Fungují na bázi vody z podzemních zdrojů, proto je jejich použití velmi přínosné. Chcete-li vybavit práci konstrukce skrz studnu, budete potřebovat dva otvory najednou. V první bude voda odebírána a ve druhé bude vypouštěna.
Přečtěte si také náš článek Stavba studny udělejte si sám.
Při práci s vodními tepelnými čerpadly musí velitel vzít v úvahu všechny nuance. V opačném případě může být návrh jednoduše neefektivní nebo se rychle stane nepoužitelným, což není dobré vzhledem k jeho vysokým nákladům. V první řadě je třeba dbát na to, aby se voda před vstupem do potrubí vyčistila, jinak se rychle ucpou a přestanou normálně fungovat. Pokládání potrubí pro sběr a vypouštění kapaliny by mělo probíhat na úrovni, kde půda nezmrzne.
Aby byl dům zásobován teplem na správné úrovni, je nutné vzít v úvahu hloubku studny nebo objem jezírka. Je-li vody příliš málo, zjevně nebude dostatek tepla na vytápění.
Při využití geotermálních zdrojů zůstává princip konstrukce stejný. Jako chladicí kapalinu je žádoucí použít nemrznoucí kapalinu. Tento typ tepelného čerpadla je považován za nejúčinnější a nejstabilnější. Musíte však pochopit, že jeho výroba, a ještě více akvizice, bude poměrně nákladná, protože návrh je složitý.
Přečtěte si také náš článek Jak vybrat oběhové čerpadlo pro vytápění.
První krok. Výkres
Zdroj energie pro tepelnou instalaci musí být pod zemí, a proto bude nutné vyvrtat studnu nebo alespoň vykopat malou prohlubeň. To znamená, že místo práce a hloubka musí být zakreslena do diagramu. Je třeba poznamenat, že teplota v místě instalace dílu by neměla být nižší než 5 stupňů Celsia. Pokud jsou v blízkosti nádrže umělého nebo přírodního původu, můžete je použít jako místo pro instalaci.
Za zmínku také stojí, že si můžete vybrat téměř jakékoli schéma instalace tepla a pracovat na něm. Zdroj tepla nemá na postup prací téměř žádný vliv. Pracovní verze tepelného čerpadla, sestavená z chladničky s vlastními rukama, je nejběžnějším modelem. Chcete-li to provést, musíte demontovat staré zařízení a odstranit odtud kompresor, který bude hlavním prvkem systému, čerpáním freonu a vody potrubím.
Různé systémy pro domácnost
Tepelné čerpadlo pro vytápění domu může být absorpčního nebo kompresorového typu. Nejběžnější jsou kompresory. Takové systémy lze sestavit i ze staré chladničky nebo klimatizace pomocí funkčního kompresoru z těchto zařízení. Kromě kompresoru je nutné mít ještě expandér, výparník a kondenzátor. Abyste mohli navrhnout tepelné čerpadlo pro vytápění domu absorpčního typu, budete potřebovat i takový díl, jako je absorpční freon.
Tepelné instalace se také liší typem použitého zdroje tepla. Mohou být vzdušné, geotermální nebo využívající sekundární teplo. Vstupní a výstupní obvody mohou používat buď stejnou nosnou nebo dvě různé. Z tohoto důvodu mohou být systémy s následujícími typy chladicí kapaliny:
- “vzduch – vzduch”;
- “voda – voda”;
- “voda – vzduch”;
- “vzduch – voda”;
- “půda – voda”;
- ledová voda.
Je důležité si uvědomit, že účinnost instalace je určena převodním faktorem. To je rozdíl mezi vynaloženou a přijatou energií. Samozřejmě, čím větší je tento rozdíl, tím je systém považován za efektivnější.
Klimatizační zařízení
Tepelné čerpadlo z klimatizace si můžete sestavit vlastníma rukama. Zde však stojí za zmínku, že to bude vyžadovat pomoc dobrého opraváře domácích spotřebičů, pokud majitel takové dovednosti nemá. Obecně stojí za to říci, že je docela jednoduché sestavit takovou konstrukci sami.
Účinnost zařízení
Přirozeně účinnost každého ze zařízení není stejná, ale závisí na systému, ve kterém čerpadlo pracuje. Vzduchové instalace jsou považovány za nejméně účinné. Výkon takového systému je navíc silně ovlivněn počasím. Pozemní instalace se vyznačují dobrou stabilitou. Užitný faktor takových instalací je v rozmezí od 2,8 do 3,3, což je docela dobré. Nejúčinnějšími se staly instalace voda-voda. To je z velké části způsobeno tím, že teplota zdroje je poměrně stabilní.
Druhý krok. Výběr dílů pro práci
Je velmi důležité si uvědomit, že pokud je kompresor ze staré chladničky starý, nefunkční nebo nevyžádaný, je lepší koupit nový. Oprava je nerentabilní, navíc taková část dlouho nevydrží.
Chcete-li sestavit tepelné čerpadlo z chladničky vlastníma rukama, budete potřebovat také termostatický ventil. Nejlepší možností by bylo, kdyby oba prvky byly ze stejného systému, aby k sobě přesně pasovaly. Pro instalaci čerpadla budete muset zakoupit L-držáky 30 cm. Kromě toho budete muset zakoupit několik dalších dílů:
- kapacita 120 litrů s vysokou těsností;
- běžná plastová nádrž o objemu až 90 litrů;
- budete také potřebovat 3 měděné trubky s různými průměry;
- pro potrubí je nutné zakoupit polymerové, nejlépe kovoplastové trubky.
K instalaci tepelného čerpadla budete potřebovat standardní nářadí, na řezání trubek vám přijde vhod bruska a svářečka.