Pierwsze wersje pomp ciepła mogły tylko częściowo zaspokoić zapotrzebowanie na energię cieplną. Nowoczesne odmiany są bardziej wydajne i mogą być stosowane do systemów grzewczych. Dlatego wielu właścicieli domów próbuje zamontować pompę ciepła własnymi rękami.
Powiemy Ci, jak wybrać najlepszą opcję dla pompy ciepła, biorąc pod uwagę dane geograficzne obszaru, w którym ma być zainstalowana. Artykuł zaproponowany do rozważenia szczegółowo opisuje zasadę działania systemów wykorzystujących „zieloną energię”, różnice są wymienione. Z naszą radą bez wątpienia rozwiniesz efektywny typ.
Dla niezależnych mistrzów przedstawiamy technologię montażu pompy ciepła. Informacje przedstawione do rozważenia uzupełniają diagramy wizualne, selekcje zdjęć i szczegółowe briefingi wideo w dwóch częściach.
Czym jest pompa ciepła i jak działa?
Termin pompa ciepła odnosi się do zestawu określonych urządzeń. Główną funkcją tego urządzenia jest gromadzenie energii cieplnej i jej transport do konsumenta. Źródłem takiej energii może być dowolne ciało lub medium o temperaturze + 1 ° lub większej.
W naszym środowisku źródła ciepła niskotemperaturowego są więcej niż wystarczające. Są to odpady przemysłowe przedsiębiorstw, elektrownie cieplne i jądrowe, ścieki itp. Do działania pomp ciepła w dziedzinie ogrzewania domu potrzebne są trzy samoregenerujące się źródła naturalne - powietrze, woda, ziemia.
Pompy ciepła „czerpią” energię z procesów, które regularnie występują w środowisku. Przepływ procesów nigdy się nie kończy, ponieważ źródła są uważane za niewyczerpane przez kryteria ludzkie.
Wymienione trzy potencjalne źródła energii są bezpośrednio związane z energią słońca, która za pomocą ogrzewania napędza powietrze wiatrem i przenosi energię cieplną na ziemię. Wybór źródła jest głównym kryterium, według którego klasyfikowane są systemy pomp ciepła.
Zasada działania pomp ciepła opiera się na zdolności ciał lub mediów do przekazywania energii cieplnej do innego ciała lub medium. Odbiorcy i dostawcy energii w systemach pomp ciepła zwykle pracują w parach.
Rozróżnij następujące typy pomp ciepła:
- Powietrze to woda.
- Ziemia to woda.
- Woda to powietrze.
- Woda to woda.
- Ziemia to powietrze.
- Woda - woda
- Powietrze to powietrze.
W tym przypadku pierwsze słowo określa typ medium, w którym system pobiera ciepło o niskiej temperaturze. Drugi wskazuje typ nośnika, do którego przekazywana jest ta energia cieplna. Tak więc w pompach ciepła woda jest wodą, ciepło jest pobierane z medium wodnego, a ciecz jest wykorzystywana jako nośnik ciepła.
Pompy ciepła typu konstrukcyjnego są instalacjami sprężania pary. Wydzielają ciepło ze źródeł naturalnych, przetwarzają je i transportują do konsumentów (+)
Nowoczesne pompy ciepła wykorzystują trzy główne źródła energii cieplnej. To - ziemia, woda i powietrze. Najprostszą z tych opcji jest powietrzna pompa ciepła. Popularność takich systemów wiąże się z ich dość prostą konstrukcją i łatwością instalacji.
Pompa ciepła zawiera jednostkę wewnętrzną i zewnętrzną. Część zewnętrzna przeznaczona jest do naturalnego poboru energii, wewnętrzna do jej przetwarzania 
Zewnętrzna pompa ciepła powietrze-powietrze jest podobna do zewnętrznej części klimatyzatora, wykorzystuje podobne zasady. 
Jeśli chcesz zwiększyć wydajność systemu ogrzewania powietrze-powietrze, zwiększ obszar jego parownika. 
Systemy termiczne wykorzystujące ciepło z wnętrza ziemi są znacznie bardziej złożone i kosztowne w budowie. Wśród nich są prace pionowe - studnie 
Do budowy poziomych systemów parowników, które pobierają ciepło z gleby, potrzebne są duże powierzchnie wolne od budynków. 
Rury parownika można układać w liczne pętle w rowach. Najważniejsze jest wykopanie w ziemi wymaganego materiału z odbiornika energii 
Odwiert do wykorzystania energii wód podziemnych jest skonstruowany zgodnie z zasadami podobnymi do zasad systemów parownika urządzenia z poborem energii gruntu 
Dla urządzenia pionowego parownika pompy ciepła, który wykorzystuje energię wody, potrzebujesz pobliskiego zbiornika o wystarczającej powierzchni
Jednak pomimo tej popularności, odmiany te mają raczej niską wydajność. Ponadto wydajność jest niestabilna i zależy od sezonowych wahań temperatury.
Wraz ze spadkiem temperatury ich wydajność znacznie spada. Takie warianty pomp ciepła można uznać za dodatek do istniejącego głównego źródła energii cieplnej.
Opcje wyposażenia wykorzystujące ciepło gruntowe są uważane za bardziej wydajne. Ziemia odbiera i gromadzi energię cieplną nie tylko ze Słońca, ale jest stale ogrzewana przez energię jądra Ziemi.
Oznacza to, że gleba jest rodzajem akumulatora ciepła, którego pojemność jest praktycznie nieograniczona. Ponadto temperatura gleby, zwłaszcza na pewnej głębokości, jest stała i zmienia się w nieznacznych granicach.
Zakres energii generowanej przez pompy ciepła:
Pompy ciepła służą jako dostawcy energii na potrzeby niskotemperaturowych obiegów grzewczych i systemów ogrzewania wody. 
Pompy ciepła znalazły najbardziej aktywne zastosowanie jako dostawca energii do obiegu grzewczego powietrza. 
Pompy ciepła są w stanie w pełni zapewnić systemowi ciepłą podłogę z wymaganą ilością wymaganej temperatury płynu chłodzącego 
Mała pompa ciepła o małej lub średniej mocy doskonale radzi sobie z podgrzewaną wodą do prywatnego basenu
Niezmienność temperatury źródła jest ważnym czynnikiem stabilnej i wydajnej pracy tego typu urządzeń energetycznych. Podobne cechy mają systemy, w których środowisko wodne jest głównym źródłem energii cieplnej. Kolektor takich pomp znajduje się w studni, gdzie znajduje się w warstwie wodonośnej lub w zbiorniku.
Średnia roczna temperatura takich źródeł jak gleba i woda waha się od + 7 ° do + 12 ° C. Temperatura ta jest wystarczająca, aby zapewnić skuteczne działanie systemu.
Najbardziej skuteczne są pompy ciepła, które pobierają energię cieplną ze źródeł o stabilnych wskaźnikach temperatury, tj. z wody i gleby
Główne elementy konstrukcyjne pomp ciepła
Aby elektrownia działała zgodnie z zasadami działania pompy ciepła, jej konstrukcja musi obejmować 4 główne jednostki, są to:
- Sprężarka.
- Parownik
- Skraplacz
- Zawór dławiący.
Ważnym elementem konstrukcji pompy ciepła jest sprężarka. Jego główną funkcją jest zwiększenie ciśnienia i temperatury oparów wynikających z wrzenia czynnika chłodniczego. W szczególności nowoczesne sprężarki spiralne są stosowane do urządzeń HVAC i pomp ciepła.
Ciecze o niskiej temperaturze wrzenia są stosowane jako medium robocze, które przeprowadza bezpośredni transfer energii cieplnej. Zazwyczaj stosuje się amoniak i freony (+).
Takie sprężarki są zaprojektowane do pracy w temperaturach poniżej zera. W przeciwieństwie do innych odmian, sprężarki spiralne wytwarzają niewielki hałas i działają zarówno przy niskich temperaturach wrzenia gazu, jak i wysokich temperaturach skraplania. Niewątpliwą zaletą jest kompaktowy rozmiar i niski ciężar właściwy.
Prawie cała energia pompy ciepła jest przeznaczana na transport energii cieplnej z zewnątrz do pomieszczenia. Tak więc praca systemów zajmuje około 1 jednostki energii w produkcji 4 - 6 jednostek (+)
Parownik jako element konstrukcyjny jest zbiornikiem, w którym następuje przemiana ciekłego czynnika chłodniczego w parę. Czynnik chłodniczy krążący w obiegu zamkniętym przechodzi przez parownik. Czynnik chłodniczy nagrzewa się i zamienia w parę. Powstała para pod niskim ciśnieniem jest kierowana na sprężarkę.
W sprężarce pary czynnika chłodniczego są poddawane ciśnieniu, a ich temperatura wzrasta. Sprężarka pompuje podgrzaną parę pod wysokim ciśnieniem w kierunku skraplacza.
Sprężarka kompresuje medium krążące w obwodzie, w wyniku czego wzrasta jego temperatura i ciśnienie. Następnie sprężone medium wchodzi do wymiennika ciepła (skraplacza), gdzie jest chłodzone, przekazując ciepło do wody lub powietrza
Kolejnym elementem strukturalnym systemu jest kondensator. Jego funkcja jest ograniczona do powrotu energii cieplnej do wewnętrznego obwodu systemu grzewczego.
Próbki seryjne produkowane przez przedsiębiorstwa przemysłowe są wyposażone w płytowe wymienniki ciepła. Głównym materiałem na takie kondensatory jest stal stopowa lub miedź.
Do samodzielnego wytwarzania wymiennika ciepła odpowiednia rura miedziana o średnicy pół cala. Grubość ścianek rur używanych do produkcji wymiennika ciepła musi wynosić co najmniej 1 mm
Zawór termostatyczny lub w inny sposób dławiący jest zainstalowany na początku tej części obwodu hydraulicznego, w której krążące medium wysokociśnieniowe jest przekształcane w medium niskociśnieniowe. Dokładniej, przepustnica sparowana ze sprężarką dzieli obwód pompy ciepła na dwie części: jedną o parametrach wysokiego ciśnienia, drugą o niskich.
Podczas przechodzenia przez zawór dławiący rozprężania ciecz krążąca w obiegu zamkniętym częściowo odparowuje, w wyniku czego ciśnienie spada wraz z temperaturą. Następnie wchodzi do wymiennika ciepła, komunikując się z otoczeniem. Przechwytuje energię medium i przekazuje ją z powrotem do systemu.
Za pomocą zaworu dławiącego przepływ czynnika chłodniczego jest kontrolowany w kierunku parownika. Przy wyborze zaworu należy wziąć pod uwagę parametry systemu Zawór musi spełniać te parametry.
Podczas przechodzenia przez zawór regulujący ciepło płyn przenoszący ciepło częściowo odparowuje, a temperatura przepływu spada (+)
Wybierz typ pompy ciepła
Głównym wskaźnikiem tego systemu grzewczego jest moc. Od władzy przede wszystkim zależeć będą koszty finansowe zakupu sprzętu i wybór jednego lub innego źródła ciepła niskotemperaturowego. Im wyższa wydajność systemu pompowania ciepła, tym większy koszt elementów składowych.
Przede wszystkim dotyczy to pojemności sprężarki, głębokości studzienek dla sond geotermalnych lub obszaru, w którym znajduje się zbiornik poziomy. Właściwe obliczenia termodynamiczne są rodzajem gwarancji, że system będzie działał wydajnie.
Jeśli obok obszaru osobistego znajduje się zbiornik wodny, pompa ciepła woda / woda będzie najbardziej opłacalnym i produktywnym wyborem.
Przede wszystkim konieczne jest przestudiowanie miejsca, które jest planowane do instalacji pompy. Idealnym warunkiem jest obecność zbiornika na tej stronie. Korzystanie z opcji typu woda-woda znacznie zmniejszy ilość robót ziemnych.
Przeciwnie, wykorzystywanie ciepła ziemi wiąże się z dużą liczbą prac związanych z wykopaliskami. Systemy, które wykorzystują środowisko wodne jako ciepło niskiej jakości, są uważane za najbardziej wydajne.
Urządzenie pompy ciepła, które pobiera energię cieplną z gleby, obejmuje imponującą ilość robót ziemnych. Kolektor jest układany poniżej sezonowego poziomu zamarzania.
Użyj energii cieplnej gleby na dwa sposoby. Pierwszy obejmuje wiercenie studni o średnicy 100-168 mm. Głębokość takich odwiertów, w zależności od parametrów systemu, może osiągnąć 100 m lub więcej.
W tych studzienkach umieszcza się specjalne sondy. Druga metoda wykorzystuje kolektor rur. Taki kolektor jest umieszczany pod ziemią w płaszczyźnie poziomej. Do tej opcji potrzebny jest wystarczająco duży obszar.
W przypadku układania kolektora obszary o mokrym podłożu są uważane za idealne. Oczywiście wiercenie studni będzie kosztować więcej niż poziome położenie zbiornika. Jednak nie każda witryna ma wolne miejsce. Na 1 kW mocy pompy ciepła potrzeba od 30 do 50 m² powierzchni.
Możliwość pobierania energii cieplnej z jednej głębokiej studni może być nieco tańsza niż kopanie dołu. Ważnym plusem są jednak znaczne oszczędności w przestrzeni, co jest ważne dla właścicieli małych obszarów.
W przypadku obecności na miejscu wysoko położonego horyzontu wód gruntowych wymienniki ciepła mogą być rozmieszczone w dwóch studniach usytuowanych w odległości około 15 m od siebie.
Wybór energii cieplnej w takich systemach poprzez pompowanie wód gruntowych w zamkniętej pętli, której części znajdują się w studniach. Taki system wymaga zainstalowania filtra i okresowego czyszczenia wymiennika ciepła.
Najprostszy i najtańszy schemat pompy ciepła opiera się na ekstrakcji energii cieplnej z powietrza. Gdy stał się podstawą lodówek urządzenia, później zgodnie z jego zasadami opracowano klimatyzatory.
Najprostszy system pompy ciepła pobiera energię z masy powietrza. Latem uczestniczy w ogrzewaniu, w zimie w klimatyzacji. Minusem systemu jest to, że w niezależnej wersji jednostka o niewystarczającej mocy
Skuteczność różnych typów tego sprzętu nie jest taka sama. Najniższe wskaźniki mają pompy wykorzystujące środowisko powietrza. Ponadto liczby te zależą bezpośrednio od warunków pogodowych.
Typy pomp ciepła mają stabilną wydajność. Współczynnik wydajności tych systemów waha się w zakresie 2, 8 -3, 3. Najbardziej skuteczne systemy mają wodę i wodę. Wynika to przede wszystkim ze stabilności temperatury źródła.
Należy zauważyć, że im głębiej znajduje się kolektor pompy w zbiorniku, tym bardziej stabilna będzie temperatura. Aby uzyskać moc systemu 10 kW, potrzebujesz około 300 metrów rurociągu.
Głównym parametrem charakteryzującym wydajność pompy ciepła jest jej współczynnik konwersji. Im wyższy współczynnik konwersji, tym bardziej efektywna jest pompa ciepła.
Współczynnik konwersji pompy ciepła wyraża się jako stosunek przepływu ciepła i mocy elektrycznej zużywanej przez sprężarkę.
Samodzielne budowanie pompy ciepła
Znając schemat działania i urządzenie pompy ciepła, możliwe jest samodzielne zmontowanie i zmontowanie alternatywnego systemu ogrzewania. Przed rozpoczęciem pracy należy obliczyć wszystkie podstawowe parametry przyszłego systemu. Aby obliczyć parametry przyszłej pompy, można użyć oprogramowania zaprojektowanego do optymalizacji systemów chłodzenia.
Najłatwiejszą opcją do zbudowania jest system powietrze-woda. Nie wymaga skomplikowanej pracy na urządzeniu obwodu zewnętrznego, który jest nieodłączny dla wodnych i gruntowych odmian pomp ciepła. Do instalacji potrzebne będą tylko dwa kanały, z których jeden będzie zasilany powietrzem, drugi będzie wykorzystywany do odprowadzania masy odpadów.
Najłatwiej to zrobić samodzielnie, mając pompę ciepła z ciepłem pobieranym z masy powietrza. Wentylator zewnętrzny wydmuchuje powietrze do parownika.
Oprócz wentylatora należy uzyskać sprężarkę o wymaganej mocy. Dla takiej jednostki jest dość odpowiednia sprężarka, która jest wyposażona w konwencjonalne systemy dzielone. Nie ma potrzeby kupowania nowej jednostki.
Możesz usunąć go ze starego sprzętu lub użyć elementów starej lodówki. Wskazane jest użycie wersji spiralnej. Te opcje sprężarek, oprócz wystarczającej wydajności, wytwarzają wysokie ciśnienie, które zapewnia wzrost temperatury.
Do budowy kondensatora potrzebny jest zbiornik i rura miedziana. Z rury jest cewka. Do jego produkcji używa się dowolnego cylindrycznego korpusu o pożądanej średnicy. Po zwinięciu na nim rury miedzianej można łatwo i szybko wyprodukować ten element konstrukcyjny.
Gotowa cewka jest zamontowana w fabrycznie przyciętej połowie pojemności. Do produkcji pojemników lepiej jest stosować materiały odporne na procesy korozyjne. Po umieszczeniu w niej cewki połówki zbiornika są spawane.
Obszar cewki jest obliczany przy użyciu następującego wzoru:
MT / 0, 8 RT,
gdzie:
- MT to moc energii cieplnej wytwarzanej przez system.
- 0, 8 to współczynnik przewodności cieplnej w oddziaływaniu wody z materiałem cewki.
- RT - różnica temperatury wody na wlocie i wylocie.
Wybierając miedzianą rurę do samodzielnej produkcji cewki, należy zwrócić uwagę na grubość ścian. Musi wynosić co najmniej 1 mm. W przeciwnym razie po nawinięciu rura zostanie zdeformowana. Rura, przez którą wlot czynnika chłodniczego znajduje się w górnej części zbiornika.
Wymiennik ciepła wykonany jest z rury miedzianej przez nawinięcie miedzianej rury na obiekt o kształcie cylindrycznym. Im większa powierzchnia cewki, tym wyższa wydajność pompy
Parownik pompy ciepła może być wykonany w dwóch wersjach - w postaci zbiornika z cewką i w postaci rury w rurze. Ponieważ temperatura cieczy w parowniku jest mała, pojemność może być wykonana z plastikowej beczki. W tym pojemniku umieszczony jest obwód wykonany z rury miedzianej.
W przeciwieństwie do skraplacza, cewka wężownicy parownika musi odpowiadać średnicy i wysokości wybranego pojemnika. Drugi wariant parownika: rura w rurze. W tym przykładzie wykonania rura czynnika chłodniczego jest umieszczona w rurze z tworzywa sztucznego o większej średnicy, przez którą krąży woda.
Długość takiej rury zależy od planowanej mocy pompy. Może wynosić od 25 do 40 metrów. Ta rura jest zwinięta w spiralę.
Zawór termostatyczny odnosi się do zaworów odcinających i regulacyjnych. Igła jest używana jako element blokujący w komorze rozprężnej. Położenie zaworu zależy od temperatury w parowniku.
Jest to ważny element systemu o dość złożonej strukturze. Obejmuje:
- Termopara.
- Przysłona.
- Rurka kapilarna.
- Thermoball.
Elementy te mogą stać się bezużyteczne w wysokich temperaturach. Dlatego podczas pracy przy systemie lutowania zawór powinien być izolowany tkaniną azbestową. Zawór sterujący musi być zgodny z wydajnością parownika.
Po pracy nad wytwarzaniem podstawowych części konstrukcyjnych, kluczowy moment przychodzi na montaż całej konstrukcji w jedną całość. Najważniejszym krokiem jest proces pompowania czynnika chłodniczego lub chłodziwa do systemu.
Samodzielne przeprowadzenie takiej operacji jest trudne dla prostego człowieka na ulicy. Konieczne będzie zwrócenie się do specjalistów zajmujących się naprawą i konserwacją sprzętu klimatycznego.
Pracownicy z tego obszaru mają z reguły niezbędny sprzęt. Oprócz ładowania czynnika chłodniczego mogą przetestować działanie systemu. Wtrysk samoczynnego czynnika chłodniczego może prowadzić nie tylko do uszkodzenia konstrukcji, ale także do poważnych obrażeń. Ponadto, aby uruchomić system, potrzebujesz również specjalnego sprzętu.
Podczas uruchamiania systemu występuje szczytowe obciążenie początkowe, które zwykle wynosi około 40 A. Dlatego uruchomienie systemu bez przekaźnika rozruchowego jest niemożliwe. Po pierwszym uruchomieniu konieczna jest regulacja zaworu i ciśnienia czynnika chłodniczego.
Wybór czynnika chłodniczego należy traktować poważnie. W końcu substancja ta jest zasadniczo uważana za główny „nośnik” użytecznej energii cieplnej. Spośród istniejących nowoczesnych czynników chłodniczych najbardziej popularne są freony. Są to pochodne związków węglowodorowych, w których część atomów węgla jest zastąpiona innymi pierwiastkami.
W rezultacie montaż poszczególnych elementów pompy ciepła powinien mieć zamkniętą pętlę, przez którą krąży czynnik roboczy.
W wyniku tej pracy uzyskano system zamkniętej pętli. Czynnik chłodniczy będzie w nim krążył, zapewniając wybór i transfer energii cieplnej z parownika do skraplacza. Podczas podłączania pomp ciepła do domowego systemu ogrzewania należy wziąć pod uwagę, że temperatura wody opuszczającej skraplacz nie przekracza 50 - 60 stopni.
Ze względu na niską temperaturę energii cieplnej wytwarzanej przez pompę ciepła, należy wybrać specjalistyczne urządzenia grzewcze jako odbiornik ciepła. Może to być grzejnik o niskiej lub bezwładności, wykonany z aluminium lub stali o dużej powierzchni promieniowania.
Samodzielne wersje pomp ciepła są najbardziej odpowiednie do rozważenia jako wyposażenie pomocnicze, które wspiera i uzupełnia pracę głównego źródła.
Co roku ulepszane są projekty pomp ciepła. W projektach przemysłowych przeznaczonych do użytku domowego stosuje się bardziej wydajne powierzchnie wymiany ciepła. W rezultacie wydajność systemu stale rośnie.
Ważnym czynnikiem stymulującym rozwój takiej technologii do produkcji energii cieplnej jest komponent środowiskowy. Takie systemy, oprócz tego, że są dość wydajne, nie zanieczyszczają środowiska. Brak otwartego płomienia sprawia, że działa całkowicie bezpiecznie.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Wideo # 1. Jak zrobić najprostszą domową pompę ciepła z wymiennikiem ciepła z rury PEX:
Wideo # 2. Instrukcja kontynuacji:
Od dłuższego czasu pompy ciepła są używane jako alternatywne systemy grzewcze. Systemy te są niezawodne, mają długą żywotność i, co ważne, są przyjazne dla środowiska. Poważnie zaczynają być uważani za kolejny krok w kierunku rozwoju wydajnych i bezpiecznych systemów grzewczych.
Czy chcesz zadać pytanie lub opowiedzieć o interesującej metodzie budowy pompy ciepła, której nie ma w artykule? Napisz komentarze w polu poniżej.