Как да направите термопомпа за отопление на къща със собствените си ръце: принцип на работа и монтажни схеми

Първите версии на термопомпи можеха само частично да задоволят нуждите от топлинна енергия.Съвременните сортове са по-ефективни и могат да се използват за отоплителни системи. Ето защо много собственици се опитват да инсталират термопомпа със собствените си ръце.

Ще ви кажем как да изберете най-добрия вариант за термопомпа, като вземете предвид геоданните на района, където се планира да бъде инсталирана. Статията, предложена за разглеждане, описва подробно принципа на работа на системите за „зелена енергия“ и изброява разликите. С нашия съвет несъмнено ще се спрете на ефективен вид.

За независими занаятчии представяме технологията за сглобяване на термопомпа. Представената за разглеждане информация е допълнена от визуални диаграми, селекция от снимки и подробна видео инструкция в две части.

Какво е термопомпа и как работи?

Терминът термопомпа се отнася до набор от специфично оборудване. Основната функция на това оборудване е да събира топлинна енергия и да я транспортира до потребителя. Източник на такава енергия може да бъде всяко тяло или среда с температура от +1º или повече градуса.

В нашата среда има повече от достатъчно източници на нискотемпературна топлина. Това са промишлени отпадъци от предприятия, ТЕЦ и АЕЦ, канализация и др. За да работят термопомпи в отоплението на дома са необходими три самовъзстановяващи се естествени източника - въздух, вода и земя.

Термопомпите черпят енергия от процеси, които редовно се случват в околната среда.Потокът от процеси никога не спира, защото източниците се признават за неизчерпаеми според човешките критерии

Трите изброени потенциални енергийни доставчици са пряко свързани с енергията на слънцето, което чрез нагряване движи въздуха с вятъра и предава топлинна енергия на земята. Именно изборът на източник е основният критерий, според който се класифицират термопомпените системи.

Принципът на работа на термопомпите се основава на способността на телата или средата да пренасят топлинна енергия към друго тяло или среда. Получателите и доставчиците на енергия в термопомпените системи обикновено работят по двойки.

Разграничават се следните видове термопомпи:

• Въздухът е вода.
• Земята е вода.
• Водата е въздух.
• Водата си е вода.
• Земята е въздух.
• Вода - вода
• Въздухът си е въздух.

В този случай първата дума определя вида на средата, от която системата взема нискотемпературна топлина. Вторият показва вида на носителя, към който се пренася тази топлинна енергия. И така, в термопомпите водата е вода, топлината се взема от водната среда и течността се използва като охлаждаща течност.

По дизайн термопомпите са агрегати за компресиране на пара. Те добиват топлина от естествени източници, обработват я и я транспортират до потребителите (+)

Съвременните термопомпи използват три основни източник на топлинна енергия. Това са почвата, водата и въздухът. Най-простият от тези варианти е термопомпа въздушен източник. Популярността на такива системи се дължи на техния доста прост дизайн и лесна инсталация.

Въпреки такава популярност обаче, тези сортове имат доста ниска производителност. В допълнение, ефективността е нестабилна и зависи от сезонните температурни колебания.

С понижаването на температурата тяхната производителност намалява значително. Такива варианти на термопомпи могат да се разглеждат като допълнение към съществуващия основен източник на топлинна енергия.

Използване на опции за оборудване земна топлина, се считат за по-ефективни. Почвата получава и акумулира топлинна енергия не само от Слънцето, тя постоянно се нагрява от енергията на земното ядро.

Тоест почвата е вид акумулатор на топлина, чиято мощност е практически неограничена. Освен това температурата на почвата, особено на известна дълбочина, е постоянна и се колебае в незначителни граници.

Обхват на приложение на енергията, генерирана от термопомпи:

Постоянността на температурата на източника е важен фактор за стабилната и ефективна работа на този тип енергийно оборудване. Системи, в които водната среда е основен източник на топлинна енергия, имат подобни характеристики. Колекторът на такива помпи се намира или в кладенец, където се озовава във водоносен хоризонт, или в резервоар.

Средната годишна температура на източници като почва и вода варира от +7º до + 12º C. Тази температура е напълно достатъчна, за да осигури ефективна работа на системата.

Най-ефективни са термопомпите, които извличат топлинна енергия от източници със стабилни температурни показатели, т.е. от водата и почвата

Основни конструктивни елементи на термопомпи

За да може инсталацията за производство на енергия да работи според принципите на работа на термопомпа, нейната конструкция трябва да съдържа 4 основни блока, това са:

• Компресор.
• Изпарител.
• Кондензатор.
• Дроселна клапа.

Важен елемент от конструкцията на термопомпата е компресорът. Основната му функция е да повишава налягането и температурата на парите, образувани в резултат на кипенето на хладилния агент. Модерните спирални компресори се използват по-специално за оборудване за контрол на климата и термопомпи.

Течностите с ниска точка на кипене се използват като работна течност, която директно пренася топлинна енергия. По правило се използват амоняк и фреони (+)

Такива компресори са предназначени за работа при минусови температури. За разлика от други типове, спиралните компресори произвеждат малко шум и работят както при ниски температури на кипене на газа, така и при високи температури на кондензация. Несъмнено предимство е компактният им размер и ниското специфично тегло.

Почти цялата енергия на термопомпата се изразходва за пренос на топлинна енергия отвън към вътрешността на помещението. Така че е необходима около 1 енергийна единица за работа на системите, когато се произвеждат 4 - 6 единици (+)

Изпарителят като структурен елемент е контейнер, в който течният хладилен агент се превръща в пара. Хладилният агент, циркулиращ в затворена верига, преминава през изпарителя. В него хладилният агент се нагрява и се превръща в пара.Получената пара се насочва към компресора под ниско налягане.

В компресора парите на хладилния агент са под налягане и температурата им се повишава. Компресорът изпомпва нагрята пара под високо налягане към кондензатора.

Компресорът компресира средата, циркулираща по веригата, което води до повишаване на нейната температура и налягане. След това компресираната среда влиза в топлообменника (кондензатора), където се охлажда, пренасяйки топлината на вода или въздух

Следващият структурен елемент на системата е кондензаторът. Функцията му се свежда до освобождаване на топлинна енергия към вътрешната верига на отоплителната система.

Серийните проби, произведени от промишлени предприятия, са оборудвани с пластинчати топлообменници. Основният материал за такива кондензатори е легирана стомана или мед.

За да направите свой собствен топлообменник, е подходяща медна тръба с диаметър половин инч. Дебелината на стените на тръбите, използвани за производството на топлообменника, трябва да бъде най-малко 1 mm

Термостатичният или по друг начин дросел вентил е монтиран в началото на тази част от хидравличната верига, където циркулиращата среда с високо налягане се преобразува в среда с ниско налягане. По-точно, дроселът, съчетан с компресор, разделя веригата на термопомпата на две части: едната с параметри на високо налягане, другата с параметри на ниско налягане.

При преминаване през разширителния дроселов клапан течността, циркулираща в затворена верига, частично се изпарява, в резултат на което налягането и температурата спадат. След това влиза в топлообменник, който комуникира с околната среда. Там той улавя енергията на околната среда и я прехвърля обратно в системата.

Дроселната клапа регулира потока на хладилния агент към изпарителя. Когато избирате клапан, трябва да вземете предвид системните параметри. Вентилът трябва да отговаря на тези параметри.

При преминаване през вентила за регулиране на топлината охлаждащата течност частично се изпарява и температурата на потока намалява (+)

Избор на тип термопомпа

Основният индикатор на тази отоплителна система е мощността. Финансовите разходи за закупуване на оборудване и избор на един или друг източник на нискотемпературна топлина ще зависят преди всичко от мощността. Колкото по-висока е мощността на термопомпената система, толкова по-висока е цената на компонентите.

На първо място имаме предвид мощността на компресора, дълбочината на кладенците за геотермални сонди или площта за поставяне на хоризонтален колектор. Правилните термодинамични изчисления са вид гаранция, че системата ще работи ефективно.

Ако има езеро близо до вашата лична собственост, най-рентабилният и продуктивен избор би бил термопомпа вода-вода

Първо, трябва да проучите зоната, която е планирана за инсталиране на помпата. Идеалното условие би било наличието на резервоар в тази област. Използване опция тип вода-вода значително ще намали обема на изкопните работи.

Използването на топлината на земята, напротив, включва голям брой работи, свързани с разкопки. Системите, които използват водна среда като нискокачествена топлина, се считат за най-ефективни.

Дизайнът на термопомпа, която извлича топлинна енергия от земята, изисква впечатляващо количество изкопни работи. Колекторът се полага под сезонното ниво на замръзване

Топлинната енергия на почвата може да се използва по два начина. Първият включва пробиване на кладенци с диаметър 100-168 mm. Дълбочината на такива кладенци, в зависимост от параметрите на системата, може да достигне 100 m или повече.

В тези ямки се поставят специални сонди. Вторият метод използва тръбен колектор. Такъв колектор е разположен под земята в хоризонтална равнина. Тази опция изисква доста голяма площ.

Зоните с влажна почва се считат за идеални за полагане на колектора. Естествено, пробиването на кладенци ще струва повече от хоризонталното позициониране на резервоара. Не всеки сайт обаче има свободно място. За един kW мощност на термопомпата се нуждаете от 30 до 50 m² площ.

Конструкция за събиране на топлинна енергия с един дълбок кладенец може да се окаже малко по-евтина от изкопаването на яма. Но значителен плюс е значителното спестяване на пространство, което е важно за собствениците на малки парцели

Ако на обекта има високо разположен хоризонт на подпочвените води, топлообменниците могат да се монтират в два кладенеца, разположени на разстояние около 15 m един от друг.

Топлинната енергия се събира в такива системи чрез изпомпване на подземни води през затворен кръг, части от който са разположени в кладенци. Такава система изисква инсталиране на филтър и периодично почистване на топлообменника.

Най-простата и евтина термопомпена схема се основава на извличане на топлинна енергия от въздуха. Някога той стана основа за хладилниците, по-късно на неговите принципи бяха разработени климатици.

Най-простата термопомпена система получава енергия от въздушната маса. Лятото участва в отоплението, зимата в климатика.Недостатъкът на системата е, че самостоятелното устройство има недостатъчна мощност

Ефективността на различните видове това оборудване не е еднаква. Помпите, използващи въздух, имат най-ниска производителност. Освен това тези показатели пряко зависят от метеорологичните условия.

Наземните видове термопомпи имат стабилна производителност. Коефициентът на ефективност на тези системи варира между 2.8 -3.3. Най-ефективни са системите вода-вода. Това се дължи преди всичко на стабилността на температурата на източника.

Трябва да се отбележи, че колкото по-дълбоко е разположен колекторът на помпата в резервоара, толкова по-стабилна ще бъде температурата. За да се получи мощност на системата от 10 kW, са необходими около 300 метра тръбопровод.

Основният параметър, характеризиращ ефективността на термопомпата, е нейният коефициент на преобразуване. Колкото по-висок е коефициентът на преобразуване, толкова по-ефективна се счита термопомпата.

Коефициентът на преобразуване на термопомпата се изразява чрез съотношението на топлинния поток и електрическата мощност, изразходвана за работата на компресора

Сглобяване на термопомпа сами

Познавайки работната схема и структурата на термопомпата, сглобете и инсталирайте сами алтернативна отоплителна система доста възможно. Преди да започнете работа, е необходимо да изчислите всички основни параметри на бъдещата система. За да изчислите параметрите на бъдещата помпа, можете да използвате софтуер, предназначен за оптимизиране на охладителните системи.

Най-лесният вариант за конструиране е система въздух-вода. Не изисква сложна работа по изграждането на външна верига, която е присъща на водните и наземните видове термопомпи. За монтаж ще ви трябват само два канала, единият от които ще подава въздух, а вторият ще изхвърля отпадъчната маса.

Най-лесният начин е да изградите термопомпа със собствените си ръце, която извлича топлина от въздушната маса. Външен вентилатор издухва въздух към изпарителя

В допълнение към вентилатора трябва да получите компресор с необходимата мощност. За такъв агрегат компресорът, който е оборудван с конвенционален сплит системи. Не е необходимо да купувате нов модул.

Можете да го премахнете от старо оборудване или да го използвате стари компоненти на хладилника. Препоръчително е да използвате спираловиден сорт. Тези опции за компресор, освен че са доста ефективни, създават високо налягане, което води до по-високи температури.

За да инсталирате кондензатор, ще ви трябва контейнер и медна тръба. Намотка е направена от тръба. За производството му се използва всяко цилиндрично тяло с необходимия диаметър. Чрез навиване на медна тръба около него можете лесно и бързо да произведете този структурен елемент.

Готовата намотка се монтира в контейнер, предварително нарязан наполовина. За производството на контейнери е по-добре да се използват материали, които са устойчиви на корозионни процеси. След поставяне на намотката в нея, половинките на резервоара се заваряват.

Площта на бобината се изчислява по следната формула:

MT/0,8 RT,

Където:

• MT - мощността на топлинната енергия, която системата произвежда.
• 0,8 — коефициент на топлопроводимост, когато водата взаимодейства с материала на намотката.
• RT — разлика в температурите на водата на входа и изхода.

Когато избирате медна тръба за сами направата на намотка, трябва да обърнете внимание на дебелината на стената. Трябва да е поне 1 мм. В противен случай тръбата ще се деформира по време на навиване. Тръбата, през която влиза фреонът, се намира в горната част на контейнера.

Топлообменник с медна тръба се прави чрез навиване на медна тръба върху предмет с цилиндрична форма. Колкото по-голяма е повърхността на намотката, толкова по-висока е производителността на помпата

Термопомпеният изпарител може да се изпълни в два варианта - под формата на контейнер с разположена в него намотка и под формата на тръба в тръба. Тъй като температурата на течността в изпарителя е ниска, контейнерът може да бъде направен от пластмасов варел. В този контейнер е поставена верига от медна тръба.

За разлика от кондензатора, намотката на изпарителя трябва да съответства на диаметъра и височината на избрания контейнер. Вторият вариант на изпарителя: тръба в тръба. В това изпълнение тръбата за хладилен агент е поставена в пластмасова тръба с по-голям диаметър, през която циркулира вода.

Дължината на такава тръба зависи от планираната мощност на помпата. Може да бъде от 25 до 40 метра. Такава тръба се навива на спирала.

Термостатичният вентил се отнася за спирателна и контролна тръбопроводна арматура. Като затварящ елемент в разширителния вентил се използва игла. Положението на спирателния елемент на вентила се определя от температурата в изпарителя.

Този важен елемент от системата има доста сложен дизайн. Включва:

• Термодвойка.
• Диафрагма.
• Капилярна тръба.
• Термо балон.

Тези елементи могат да станат неизползваеми при високи температури.Следователно, по време на запояване на системата, вентилът трябва да бъде изолиран с азбестова тъкан. Контролният вентил трябва да съответства на капацитета на изпарителя.

След извършване на работата по производството на основните конструктивни части идва решаващият момент при сглобяването на цялата конструкция в един блок. Най-критичният етап е процес на впръскване на хладилен агент или охлаждаща течност в системата.

Един обикновен човек едва ли ще може да извърши такава операция самостоятелно. Тук ще трябва да се обърнете към професионалисти, които ремонтират и поддържат оборудване за климатичен контрол.

Работещите в тази област обикновено разполагат с необходимото оборудване. Освен зареждане с хладилен агент, те могат да тестват работата на системата. Инжектирането на хладилен агент сами може да доведе не само до структурна повреда, но и до сериозно нараняване. Освен това е необходимо специално оборудване за работа на системата.

Когато системата стартира, възниква пиков стартов товар, обикновено около 40 A. Следователно стартирането на системата без стартово реле е невъзможно. След първото стартиране е необходима настройка на вентила и налягането на хладилния агент.

Изборът на хладилен агент трябва да се вземе много сериозно. В края на краищата това вещество по същество се счита за основния „носител“ на полезна топлинна енергия. От съществуващите съвременни хладилни агенти най-популярни са фреоните. Това са производни на въглеводородни съединения, в които някои от въглеродните атоми са заменени с други елементи.

В резултат на сглобяването на отделните елементи на термопомпата трябва да се получи затворен контур, по който циркулира работната среда

В резултат на тази работа беше получена система със затворен цикъл. Хладилният агент ще циркулира в него, осигурявайки избора и преноса на топлинна енергия от изпарителя към кондензатора. При свързване на термопомпи към отоплителната система на дома трябва да се има предвид, че температурата на водата, излизаща от кондензатора, не надвишава 50 - 60 градуса.

Поради ниската температура на топлинната енергия, генерирана от термопомпата, като консуматор на топлина трябва да се избират специализирани отоплителни уреди. Това може да бъде топъл под или обемни нискоинерционни радиатори от алуминий или стомана с голяма площ на излъчване.

Опциите за домашна термопомпа са най-подходящи за спомагателно оборудване, което поддържа и допълва работата на основния източник.

Всяка година дизайнът на термопомпата се подобрява. Промишлените дизайни, предназначени за домашна употреба, използват по-ефективни топлопреносни повърхности. В резултат на това производителността на системата непрекъснато се увеличава.

Важен фактор, който стимулира развитието на такава технология за производство на топлинна енергия, е екологичният компонент. Такива системи, освен че са доста ефективни, не замърсяват околната среда. Липсата на открит пламък прави работата му абсолютно безопасна.

Изводи и полезно видео по темата

Видео #1. Как да направите проста домашна термопомпа с топлообменник от PEX тръби:

Видео #2. Продължение на инструкцията:

Термопомпите се използват като алтернативни системи за отопление от доста време.Тези системи са надеждни, имат дълъг експлоатационен живот и, което е важно, са екологични. Те започват сериозно да се разглеждат като следващата стъпка към развитието на ефективни и безопасни отоплителни системи.

Искате ли да зададете въпрос или да ни кажете за интересен начин за изграждане на термопомпа, който не е споменат в статията? Моля, напишете коментари в блока по-долу.