Pompa de căldură „Do-it-yourself” pentru încălzirea casei

Conținutul articolului

• Un pic de teorie
• Unde este mai bine să „luați” căldura
• Diagramă schematică
• Fabricarea vaporizatoarelor și a condensatoarelor
• Instalarea circuitului

Spre deosebire de dispozitivele cu energie alternativă, cum ar fi panourile solare și turbinele eoliene, pompa de căldură este mai puțin cunoscută. Și în zadar. Cea mai obișnuită schemă de apă subterană funcționează stabil și nu depinde de condițiile meteorologice sau climatice. Și poți să-l faci singur.

Un pic de teorie

Este cel mai ușor să folosești căldura naturală a pământului pentru a încălzi o casă dacă există regiune geotermală (așa cum se face în Islanda). Dar astfel de condiții sunt rare..

Și în același timp, energia termică este peste tot – trebuie doar să o extrageți și să o faceți să funcționeze. Pentru aceasta este destinată pompa de căldură. Ce face:

• preia energie din surse naturale de temperatură scăzută;
• o acumulează, adică ridică temperatura la valori ridicate;
• îl dă lichidului de răcire al sistemului de încălzire.

În principiu, se folosește un circuit standard al frigiderului cu compresor, dar „invers”. În primul circuit circulă un purtător natural de căldură. Este închis la un schimbător de căldură care acționează ca un evaporator pentru al doilea circuit.

1 – pământ; 2 – circulația saramurii; 3 – pompă de circulație; 4 – evaporator; 5 – compresor; 6 – condensator; 7 – sistem de încălzire; 8 – agent frigorific; 9 – sufocare

Al doilea circuit este pompa de căldură în sine, în interiorul căreia există freon. Un ciclu al pompei de căldură constă în următoarele etape:

1. În evaporator, freonul este încălzit până la punctul de fierbere. Depinde de tipul de freon și de presiunea din această parte a sistemului (de obicei până la 5 atmosfere).
2. Într-o stare gazoasă, freonul intră în compresor și este comprimat la 25 de atmosfere, în timp ce temperatura lui crește (cu cât compresia este mai mare, cu atât temperatura este mai mare). Aceasta este faza acumulării de căldură – de la un volum mare cu o temperatură scăzută, o tranziție la un volum mic cu o temperatură ridicată.
3. Gazul încălzit prin presiune intră în condensator, în care căldura este transferată la lichidul de răcire a sistemului de încălzire.
4. După răcire, freonul intră în acceleratie (este, de asemenea, regulatorul de debit sau supapa termostatică). În ea, presiunea scade, freonul se condensează și se întoarce la evaporator sub formă de lichid.

Unde este mai bine să „luați” căldura

În principiu, există trei medii din care se poate „elimina” căldura:

1. Aer. La presiune normală, toate tipurile de freoni se fierb la temperaturi negative (de exemplu, R22 – aproximativ -25 ° C, R404 și R502 – aproximativ -30 ° C). Dar pentru circulația în sistem, este necesar să se creeze presiune în exces deja în prima fază – evaporarea. Aceleași 4 atmosfere din evaporator necesită ca temperatura aerului exterior să fie de cel puțin 0 ° C pentru R22 și -5 ° C pentru R404 și R502. În regiunile noastre, acest tip de pompă de căldură poate fi utilizat pentru încălzire în afara sezonului și pentru alimentarea cu apă caldă în sezonul cald..

2. Apa. Aceasta este o sursă de căldură mai stabilă, cu condiția ca rezervorul să nu înghețe pe fund în timpul iernii. Dar casa nu trebuie să fie doar lângă un lac sau râu, ci să fie pe prima linie.

3. Pământ. Cea mai stabilă sursă de energie termică. Puteți utiliza două scheme – orizontală și verticală. Orizontala pare mai ușoară, deoarece nu necesită foraj. Dar o mare cantitate de lucrări de pământ va trebui să fie făcută pentru a săpa un sistem de tranșee până la o adâncime sub nivelul de înghețare a solului (pentru latitudinile medii, aceasta variază de la 1 metru în vestul părții europene a țării și până la 1,6-1,8 mai aproape de Urali, în Siberia situația este „și mai gravă) „Schema verticală este mai versatilă și mai eficientă, dar necesită foraj la o adâncime considerabilă. Deși mai multe puțuri superficiale pot fi utilizate în loc de una profundă..

Diagramă schematică

Circuitul pompei de căldură în sine este simplu: evaporator – compresor – condensator – sufocare – evaporator.

Inima circuitului este compresorul. Puteți cumpăra unul nou, dar este mai ieftin să găsiți unul folosit. Desigur, nu vorbim despre compresoare cu putere redusă pentru frigiderele de uz casnic, ci despre modele instalate în sisteme split. Este necesar să se concentreze nu pe consumul de energie, ci pe puterea în modul de încălzire (care este cu 5-20% mai mare decât în ​​modul de răcire).

Modelul compresorului este ales în funcție de raportul de 1 kW la 10 mp. metri de suprafață încălzită.

Atenţie! Puterea poate fi indicată nu numai în kW, ci și în BTU (unitate engleză de măsură a energiei termice, adoptată pentru tehnologia climei). Conversia este ușoară – împărțiți valoarea BTU cu 3.4.

Atunci când calculați parametrii unei pompe de căldură, inclusiv schimbătoare de căldură, utilizați software conceput pentru modelarea, calculul și optimizarea sistemelor de răcire, de exemplu, CoolPack

Deja în stadiul de calcul (sau mai bine zis, atunci când specificați „intrarea”), puteți optimiza sistemul alegând condițiile termice optime.

Utilizarea unei pompe de căldură este eficientă pentru sistemele de încălzire la temperaturi scăzute, de exemplu, pentru încălzirea în pardoseală, cu o temperatură care nu depășește 35–40 ° C. Apropo, aceeași temperatură este recomandată pentru cerințele medicale pentru sistemul de canalizare.

Pentru fiecare tip de freon există temperaturi optime de „intrare” și „ieșire”, mai precis, fierbere și condensare, dar diferența dintre toate nu este mai mare de 45-50 ° C.

S-ar părea că o creștere a temperaturii la ieșirea pompei de căldură va avea un efect pozitiv, dar nu este cazul. De asemenea, diferența de temperatură va crește, ceea ce va duce la o scădere a COP (factor de conversie sau eficiența motorului de căldură). În plus, acest lucru va necesita utilizarea unui compresor mai puternic și a unui consum suplimentar de energie..

COP-ul ideal nu poate fi realizat (pierderi în compresor, consum de energie, pierderi de căldură în timpul transportului în sistem etc.), astfel încât valorile reale se situează de obicei între 3 și 5.

Există un alt mod de a crește eficiența – utilizarea unui circuit de încălzire bivalent.

În realitate, funcționarea sistemului de încălzire la capacitate maximă este necesară doar pentru 15-20% din întregul sezon. În acest timp, puteți utiliza dispozitive de încălzire suplimentare (de exemplu, un încălzitor sau un convector ceramic). Reducerea puterii termice de proiectare cu până la 80% va economisi pe compresor, va reduce adâncimea puțului sau lungimea conductelor orizontale și va reduce consumul de energie pentru deservirea pompei de căldură în sine.

Proiectarea schimbătorului de căldură la sol orizontal sau vertical depinde de puterea nominală dată a pompei de căldură și COP. În medie, 20 W sunt îndepărtați din fiecare metru al „orizontului” (cu un pas de așezare a conductei de cel puțin 0,7 m), iar din „vertical” – 50 W. Dar valorile specifice depind de tipul de rocă și de conținutul de umiditate al acesteia. Cele mai bune valori pentru apele subterane.

Interesant! Există și alte schimbătoare de căldură la sol – „spirală” sau „coș”. De fapt, este o sondă verticală realizată dintr-o țeavă sub formă de spirală, care permite reducerea adâncimii de foraj..

După determinarea lungimii circuitului orizontal sau a adâncimii sondei verticale, calculați dimensiunile evaporatorului și condensatorului.

Fabricarea vaporizatoarelor și a condensatoarelor

Puteți cumpăra schimbătoare de căldură gata preparate atât pentru evaporator (la presiune joasă) cât și pentru condensator (la presiuni de până la 25 bar). Dar este mai ieftin să le faceți dintr-un tub de cupru pentru aparate de aer condiționat (care este proiectat special pentru a lucra cu agenți frigorifici la presiune înaltă) și containere improvizate.

Important! Țeva de cupru pentru instalații sanitare nu este atât de curată și de flexibilă. Este mai rău să se lipească și să se rostogolească în timpul instalării.

Suprafața schimbătorului de căldură este calculată, care este direct proporțională cu puterea de eliberare a căldurii și invers proporțională cu diferența de temperatură a purtătorilor de căldură la intrarea și ieșirea fiecărui circuit conectat (sol și sistem de încălzire).

Cunoscând diametrul și suprafața țevii, determinați lungimea fiecărei bobine pentru evaporator și condensator.

Este mai bine să faceți un recipient pentru un condensator din oțel inoxidabil (temperatura vaporilor de freon care intră poate fi destul de mare):

• luați un rezervor gata de o capacitate adecvată (astfel încât să se potrivească o spirală dintr-un tub de cupru);
• puneți o bobină în ea (intrare în partea de sus, ieșire în partea de jos);
• îndepărtați capetele tubului de cupru pentru conectarea la compresor și supapa de expansiune (prin lipire sau flanșă);
• faceți o legătură a adaptoarelor în rezervor pentru conectarea țevilor sistemului de încălzire;
• sudați capacul.

Evaporatorul funcționează la temperaturi mai scăzute, astfel încât să puteți lua un recipient din plastic mai ieftin, în care adaptoarele sunt tăiate pentru a se conecta la bucla la sol. De asemenea, diferă de condensator în locul locației bobinei schimbătorului de căldură (faza lichidă a freonului de la supapa de expansiune) de jos, ieșire la compresor de sus.

Instalarea circuitului

După fabricarea schimbătoarelor de căldură, circuitul hidraulic hidraulic este asamblat:

• compresorul, condensatorul și evaporatorul sunt instalate pe loc;
• conductele de cupru sunt lipite sau conectate la o flanșă;
• conectați evaporatorul la pompa circuitului de la sol;
• conectați condensatorul la sistemul de încălzire.

1 – pompa de circulație a circuitului solului; 2 – evaporator; 3 – ieșirea din conturul solului; 4 – supapa termostatica; 5 – compresor; 6 – la sistemul de încălzire; 7 – condensator; 8 – debitul de retur al sistemului de încălzire

Circuitul electric (compresor, pompă cu buclă la sol, automatizare de urgență) trebuie conectat printr-un circuit dedicat, care trebuie să reziste la curenți de pornire destul de mari.

Este obligatoriu să folosiți un întreruptor, precum și o oprire de urgență de la comutatorul de temperatură: la ieșirea apei din condensator (cu supraîncălzire) și ieșirea saramură din evaporator (cu supraîncălzire).

Intrări similare:

1. Încălzirea casei cu o pompă de căldură. Cum funcționează și cât costă Conținutul articolului Pompe de căldură și unități de climatizare geotermale Energie termică cu potențial redus. Principiul de funcționare Pompe de căldură moderne Top șase întrebări despre pompele de căldură Ce este...
2. Încălzirea unei case cu o pompă de căldură aer-aer Conținutul articolului Cum funcționează și punctele slabe Economie și domeniu de aplicare a pompei de căldură Sisteme de încălzire centralizate și distanțate Este posibil să o faci singur Durabilitatea și întreținerea...
3. Pompa de caldura – pentru incalzire luam caldura de pe planeta Pamant Conținutul articolului Istoric pompa de caldura Proiectarea și principiul funcționării pompei de căldură Tipuri de colectoare de căldură pentru pompe de căldură La sfarsit În acest articol: Istoria pompei de căldură...
4. Încălzirea casei cu aer condiționat: pompe de căldură Conținutul articolului Clasa de echipamente adecvate Scopul aplicatiei Probleme cu pompa de căldură O varietate de configurații: sisteme split, monoblocuri, acoperișuri Comunicare inginerească Aparate de aer condiționat rezumat Limitările în alegerea...

Citește mai mult  Cazane pe gaz: funcționare, întreținere și reparații