Bilo koji vlasnik privatne kuće nastoji smanjiti troškove grijanja kuće. U tom smislu toplinske su pumpe mnogo isplativije od ostalih opcija grijanja: daju 2,5-4,5 kW topline iz jednog kilovata potrošene električne energije. Obrnuta strana novčića: da biste dobili jeftinu energiju, morat ćete uložiti puno novca u opremu, a najskromnija instalacija grijanja snage 10 kW koštat će 3500 y. e. (početna cijena).
Jedini način da se troškovi smanje za 2-3 puta je napraviti toplinsku pumpu vlastitim rukama (skraćeno kao TN). Razmotrite nekoliko stvarnih radnih mogućnosti koje su u praksi sastavili i testirali majstorski entuzijasti. Budući da izrada složene jedinice zahtijeva osnovno znanje o rashladnim strojevima, započnimo s teorijom.
Značajke i princip rada VT
Po čemu se toplinska pumpa razlikuje od ostalih instalacija za grijanje privatnih kuća:
- za razliku od kotlova i grijača, sama jedinica ne proizvodi toplinu, već je poput klima uređaja premještena unutar zgrade;
- VT je nazvana crpka jer "ispumpava" energiju iz izvora niskokvalitetne topline - vanjskog zraka, vode ili tla;
- jedinica se napaja isključivo električnom energijom koju troše kompresor, ventilatori, cirkulacijske crpke i upravljačka ploča;
- rad jedinice temelji se na Carnotovom ciklusu koji se koristi u svim rashladnim strojevima, na primjer, klima uređajima i sustavima razdvajanja.
Reference. Toplina se nalazi u bilo kojoj tvari čija je temperatura iznad apsolutne nule (minus 273 stupnja). Suvremene tehnologije omogućuju vam oduzimanje navedene energije iz zraka s temperaturama do -30 ° C, zemlje i vode - do +2 ° C.
U Carnotovom ciklusu izmjene topline uključen je radni fluid - plin freon, koji ključa na minus temperaturi. Naizmjenično isparavanjem i kondenzacijom u dva izmjenjivača topline, rashladno sredstvo apsorbira energiju iz okoliša i prenosi je u zgradu. Općenito, princip toplinske pumpe ponavlja rad klima uređaja koji je uključen u grijanje:
- Budući da je u tekućoj fazi, freon se kreće kroz cijevi vanjskog izmjenjivača topline-isparivača, kao što je prikazano na dijagramu. Primanje topline zraka ili vode kroz metalne zidove, rashladno sredstvo zagrijava, ključa i isparava.
- Tada plin ulazi u kompresor, prisiljavajući tlak na izračunatu vrijednost. Njegova je zadaća podići tačku ključanja tako da se freon kondenzira na višoj temperaturi.
- Prolazeći kroz unutarnji izmjenjivač topline-kondenzator, plin se ponovno pretvara u tekućinu i predaje akumuliranu energiju izravno nositelju topline (vodi) ili sobnom zraku.
- U posljednjoj fazi, tekuće rashladno sredstvo ulazi u prijamnik - separator vlage, a zatim u uređaj za prigušivanje. Tlak tvari ponovo opada, freon je spreman da prođe kroz drugi ciklus.
Bilješka. Konvencionalni split sustavi i tvorničke toplinske pumpe imaju zajedničko svojstvo - sposobnost prijenosa energije u oba smjera i rade u 2 načina - grijanje / hlađenje. Prebacivanje se provodi pomoću četverosmjernog povratnog ventila koji mijenja smjer protoka plina duž kruga.
U kućanskim klima uređajima i VT koriste se razne vrste termostatskih ventila koji smanjuju tlak rashladnog sredstva ispred isparivača. U sustavima razdvajanja kućanstava ulogu regulatora igra jednostavan kapilarni uređaj, u crpke se ugrađuje skupi termostatski ventil (TRV).
Imajte na umu da se gornji ciklus događa kod svih vrsta toplinskih pumpi. Razlika leži u metodama opskrbe / oduzimanja topline, koje navodimo u nastavku.
Vrste instalacija
Prema općenito prihvaćenoj klasifikaciji, VT su podijeljeni u vrste prema izvoru dobivene energije i vrsti rashladnog sredstva na koji se prenosi:
- Crpke zrak-zrak najbliže su tradicionalnim split sustavima, razlika je u području vanjskog isparivača. Uređaj odvodi toplinu okoliša i izravno prenosi zrak u prostoriju, kao što se događa kod klasičnog klima uređaja.
- Dizajn generatora zrak-voda je identičan, ali uključuje grijanje vode ili antifriza koji kruži kroz sustav grijanja stambene zgrade.
- Ugradnja vrste "voda-voda" uzima lošu toplinu rezervoara i prenosi je u tekuću rashladnu tekućinu. Ovdje se koristi dodatni vanjski cijevni izmjenjivač topline, uronjen u bunar, jezero, bunar ili septičku jamu. Kruženje vode kroz isparivač osigurava drugu pumpu.
- Geotermalna toplinska pumpa koristi toplinu tla i zagrijava unutarnju rashladnu tekućinu u kući. Vanjski krug izmjene topline je zavojnica s antifrizom, produbljena za 1,5-2 m i zauzima veliko područje. Druga opcija je nekoliko vertikalnih sondi od cijevi spuštenih u bušotine do dubine od 10-100 metara.
Reference. Navedene su razne toplinske pumpe, kako bi se povećala cijena opreme, zajedno s ugradnjom. Zračne instalacije su najjeftinije, a geotermalne instalacije skupe.
Glavni parametar koji karakterizira toplinsku pumpu za grijanje kuće je koeficijent učinkovitosti COP, koji je jednak omjeru između primljene i potrošnje energije. Na primjer, relativno jeftini grijači zraka ne mogu se pohvaliti s visokom COP - 2,5 ... 3,5. Objašnjavamo: nakon što potroši 1 kW električne energije, instalacija dovodi 2,5-3,5 kW topline u stan.
Sustavi vode i tla učinkovitiji su, njihov stvarni koeficijent nalazi se u rasponu od 3 ... 4,5. Produktivnost - varijabilna vrijednost, ovisno o mnogim čimbenicima: dizajn kruga izmjene topline, dubina uranjanja, temperatura i protok vode.
Važna točka. Toplinske crpke za toplu vodu ne mogu zagrijati rashladno sredstvo na 60–90 ° C bez dodatnih krugova. Normalna temperatura vode iz transformatora je 35 ... 40 stupnjeva, ovdje kotlovi očito pobjeđuju. Otuda preporuka proizvođača: priključite opremu na grijanje na niskim temperaturama - podove koji se grije vodom.
Koji VT je bolji za prikupljanje
Izjavljujemo problem: moramo graditi domaću toplinsku pumpu po najnižim troškovima. Iz toga slijedi niz logičkih zaključaka:
- Instalacija će morati koristiti najmanje skupe dijelove, tako da neće biti moguće postići visoku vrijednost COP-a. U pogledu performansi naš će uređaj izgubiti na tvorničkim modelima.
- U skladu s tim, nema smisla raditi čisto zračni VT, lakše je koristiti inverterski klima uređaj u načinu grijanja.
- Da biste postigli stvarne koristi, trebate napraviti toplinsku pumpu "zrak - voda", "voda-voda" ili izgraditi geotermalnu instalaciju. U prvom je slučaju moguće postići COP od oko 2–2,2, a u ostalim slučajevima može se postići pokazatelj 3–3,5.
- Bez krugova podnog grijanja nije moguće. Nosač topline zagrijan na 30-35 stupnjeva nespojiv je s mrežom radijatora, osim u južnim regijama.
Komentar. Proizvođači tvrde: inverterski split sustav radi na uličnoj temperaturi od minus 15-30 ° C. Zapravo se učinkovitost grijanja značajno smanjuje. Prema riječima vlasnika kuća, u mraznim danima unutarnja jedinica isporučuje slabo topli tok zraka.
Za provedbu vodene verzije VT potrebni su određeni uvjeti (na izbor):
- ribnjak udaljen 25-50 m od kuće, na većoj udaljenosti potrošnja električne energije značajno će se povećati zahvaljujući moćnoj cirkulacijskoj pumpi;
- bunar ili bunar s dovoljnom opskrbom (debitnom) vodom i mjestom za ispuštanje (jama, drugi bunar, oluk, kanalizacija);
- montažni kanalizacijski kolektor (ako vam je dopušteno da se srušite tamo).
Potrošnja podzemne vode je lako izračunati.U procesu odabira topline, kućna toplinska crpka snizit će njihovu temperaturu za 4-5 ° C, odakle se određuje volumen protoka kroz toplinski kapacitet vode. Da bismo dobili 1 kW topline (uzimamo 5 stupnjeva delta temperature vode), kroz VT treba sat vremena voziti oko 170 litara.
Za grijanje kuće površine 100 m² trebat će snage 10 kW i potrošnja vode 1,7 tona na sat - volumen je impresivan. Takva toplinska crpka za vodu prikladna je za malu seosku kuću površine 30-40 m², po mogućnosti izoliranu.
Sastavljanje geotermalnog sustava stvarnije je, iako je postupak prilično naporan. Mogućnost vodoravnog rasporeda cijevi preko područja na dubini od 1,5 m odmah se odbacuje - morat ćete lopati cijeli dio ili platiti novac za zemljanu opremu. Metoda probijanja bušotina mnogo je lakša i jeftinija za provedbu, praktički bez ometanja krajolika.
Najjednostavnija toplinska pumpa iz prozorskog klima uređaja
Kao što možda nagađate, za proizvodnju pumpi voda-zrak potreban je prozorska hladnjak u radnom stanju. Vrlo je preporučljivo kupiti model opremljen reverznim ventilom i sposoban raditi za grijanje, u protivnom ćete morati ponoviti krug freona.
Savjet. Pri kupnji rabljenog klima uređaja obratite pažnju na natpisnu pločicu, na kojoj su prikazane tehničke karakteristike kućanskog aparata. Parametar koji vas zanima je hladan rad uređaja (naznačen u kilovatima ili britanskim termalnim jedinicama - BTU).
Uz malo sreće, čak ni ne morate puštati cijevi za freon i lemljenje. Kako pretvoriti klima uređaj u toplinsku pumpu:
- Uklonite gornje kućište jedinice i odvijte vanjski izmjenjivač topline s palete. Pažljivo pomaknite radijator, vodeći računa da ne savijete cijevi rashladnog sredstva.
- Uklonite vanjsko rotora iz zajedničkog vratila.
- Napravite metalni spremnik duž duljine vanjskog izmjenjivača topline, širinu napravite 10-15 cm. Izrežite okov za opskrbu tekućom vodom u bočne stijenke.
- Da biste spriječili zamrzavanje radijatora, povećajte područje izmjene dodavanjem bakrenih ili aluminijskih ploča sa strane (ovisno o materijalu izmjenjivača topline).
- Uronite radijator u spremnik, po mogućnosti bez rezanja cijevi s freonom. Zapnite poklopac i udubite konture.
- Spojite cijevi za dovod i odvod vode na armature, spojite cirkulacijske crpke. Napunite i provjerite istjecanje u spremniku.
Preporuka. Ako se izmjenjivač topline ne može staviti u rezervoar bez ometanja freonskih vodova, pokušajte evakuirati plin i prerezati cijevi na željenim mjestima (dalje od isparivača). Nakon sastavljanja jedinice za izmjenu topline vode, krug će se morati lemiti i napuniti freonom. Količina rashladnog sredstva navedena je i na pločici.
Sada ostaje lansirati kućni VT i prilagoditi protok vode, postižući maksimalnu učinkovitost. Napominjemo: improvizirani grijač koristi potpuno tvorničko "punjenje", upravo ste premjestili radijator iz zraka u tekućinu. Kako sustav funkcionira uživo, pogledajte u videu majstora majstora:
Izrada geotermalne instalacije
Ako prethodna opcija omogućuje postizanje približno dvostruke uštede, tada će čak i samo napravljeni zemljani krug dati COP u području od 3 (tri kilovata topline po 1 kW potrošene električne energije). Istina, financijski i troškovi rada također će se značajno povećati.
Iako je na Internetu objavljeno puno primjera sastavljanja takvih uređaja, univerzalna uputa s crtežima ne postoji. Nudit ćemo radnu verziju, koju je sastavio i testirao pravi domaći majstor, mada će mnoge stvari trebati dobro osmisliti i dovršiti - sve je podatke o toplinskim crpkama teško staviti u jednu publikaciju.
Proračun kruga tla i izmjenjivača topline pumpe
Slijedeći vlastite preporuke, prelazimo na proračune geotermalne pumpe s vertikalnim sondama u obliku slova U smještene u bušotine.Potrebno je saznati ukupnu duljinu vanjske konture, a zatim dubinu i broj okomitih osovina.
Početni podaci za primjer: trebate zagrijati privatnu izoliranu kuću površine 80 m² i visinu stropa od 2,8 m, smještenu u srednjem traku. Nećemo izračunati opterećenje za grijanje, već ćemo odrediti potrebu za toplinom po površini, uzimajući u obzir toplinsku izolaciju - 7 kW.
Važno pojašnjenje. Tehnički proračuni toplinskih pumpi prilično su složeni i zahtijevaju visoko kvalificirane izvođače, čitave knjige su posvećene ovoj temi. Članak sadrži pojednostavljene izračune uzete iz praktičnog iskustva građevinara i obrtnika koji vole domaće proizvode.
Intenzitet izmjene topline između tla i tekućine bez smrzavanja koja kruži duž konture ovisi o vrsti tla:
- 1 linearni metar vertikalne sonde uronjen u podzemne vode dobit će oko 80 vata topline;
- u kamenitim tlima uklanjanje topline bit će oko 70 W / m;
- glinena tla zasićena vlagom ispuštaju oko 50 W na 1 m sakupljača;
- suhe pasmine - 20 W / m.
Reference. Okomita sonda je 2 petlje cijevi spuštene na dno bunara i napunjene betonom.
Primjer izračuna duljine cijevi. Da biste izvadili potrebnih 7 kW toplinske energije iz sirove glinene stijene, trebate podijeliti 7000 W na 50 W / m, dobivamo ukupnu dubinu sonde od 140 m. Sada se cjevovod distribuira među bušotine s dubinom od 20 m, koje možete izbušiti vlastitim rukama. Ukupno 7 bušenja 2 petlje za prijenos topline, ukupna duljina cijevi je 7 x 20 x 4 = 560 m.
Sljedeći korak je izračunavanje površine prijenosa topline isparivača i kondenzatora. Na raznim internetskim resursima i forumima nude se različiti resursi za proračun, u većini slučajeva netočni. Nećemo slobodu preporučiti takve tehnike i zavesti vas, ali ponudit ćemo neku škakljivu mogućnost:
- Obratite se bilo kojem poznatom proizvođaču pločastih izmjenjivača topline, na primjer, Alfa Laval, Kaori, Anvitek i tako dalje. Možete otići na službenu web stranicu marke.
- Ispunite obrazac za odabir izmjenjivača topline ili nazovite upravitelja i naručite odabir jedinice, navodeći parametre medija (antifriz, freon) - temperaturu na ulazu i izlazu, toplinsko opterećenje.
- Specijalist tvrtke izvršit će potrebne proračune i predložiti odgovarajući model izmjenjivača topline. Među njegovim karakteristikama pronaći ćete glavno - površinu razmjene.
Lamelarni agregati vrlo su učinkoviti, ali skupi (200-500 eura). Jeftinije je sastaviti izmjenjivač topline s cijevima i cijevima iz bakrene cijevi s vanjskim promjerom 9,5 ili 12,7 mm. Pomnožite brojku koju je dao proizvođač sa faktorom sigurnosti 1,1 i podijelite s obodom cijevi da biste dobili snimke.
Primjer. Površina izmjene topline u predloženoj jedinici bila je 0,9 m². Odabirom ½ ”bakrene cijevi promjera 12,7 mm, izračunavamo opseg u metrima: 12,7 x 3,14 / 1000 ≈ 0,04 m. Određujemo ukupni snimak: 0,9 x 1,1 / 0,04 ≈ 25 m.
Oprema i materijali
Predlaže se izgradnju buduće toplinske crpke na temelju vanjske jedinice podijeljenog sustava odgovarajuće snage (naznačeno na pločici). Zašto je bolje koristiti rabljeni klima uređaj:
- uređaj je već opremljen sa svim komponentama - kompresorom, prigušnicom, prijemnikom i električnom energijom;
- domaći izmjenjivači topline mogu se postaviti u tijelo rashladnog stroja;
- Postoje pogodni servisni priključci za punjenje freona.
Bilješka. Razumijevši temu, korisnici odabire opremu odvojeno - kompresor, ekspanzijski ventil, regulator i tako dalje. Uz iskustvo i znanje, takav je pristup samo dobrodošao.
Nije praktično sastaviti VT na temelju starog hladnjaka - kapacitet jedinice je premali. U najboljem slučaju, moguće je "iscijediti" do 1 kW topline, što je dovoljno za zagrijavanje jedne male sobe.
Pored vanjske podijeljene jedinice, potrebni su sljedeći materijali:
- PND cijev Ø20 mm - na uzemljenoj petlji;
- polietilenski okov za sastavljanje kolektora i spajanje na izmjenjivače topline;
- cirkulacijske pumpe - 2 kom .;
- manometri, termometri;
- visokokvalitetno crijevo za vodu ili HDPE cijev promjera 25–32 mm do ljuske isparivača i kondenzatora;
- bakrena cijev Ø9,5-12,7 mm s debljinom stijenke od najmanje 1 mm;
- izolacija za cjevovode i freonske autoceste;
- set za brtvljenje grijaćih kabela položenih unutar dovoda vode (potreban za brtvljenje krajeva bakrenih cijevi).
Kao vanjsko rashladno sredstvo koristi se fiziološka otopina vode ili antifriz za zagrijavanje - etilen glikol. Trebat će vam i zaliha freona čija je marka označena na natpisnoj pločici split sustava.
Sklop izmjenjivača topline
Prije početka instalacijskih radova, vanjski modul morate rastaviti - uklonite sve poklopce, uklonite ventilator i veliki obični radijator. Isključite solenoid koji upravlja povratnim ventilom ako ne planirate koristiti pumpu kao hladnjak. Senzori temperature i tlaka moraju se održavati.
Redoslijed montaže glavne jedinice VT:
- Izradite kondenzator i isparivač umetanjem bakrene cijevi u crijevo proračunate duljine. Na krajevima instalirajte trake za spajanje tla i kruga grijanja, zapečatite izbočene bakrene cijevi posebnim kitom za grijaći kabel.
- Koristeći komad plastične cijevi Ø150-250 mm kao jezgru, namotajte domaće dvocijevne krugove i izvucite krajeve u pravim smjerovima, kao što se radi ispod u videu.
- Postavite i pričvrstite oba izmjenjivača topline na cijevi i cijevi umjesto standardnog radijatora, lepite bakrene cijevi na odgovarajuće terminale. Bolje je na servisne priključke spojiti vrući izmjenjivač topline - kondenzator.
- Ugradite tvorničke senzore koji mjere temperaturu rashladnog sredstva. Gole dijelove cijevi i same izmjenjivače topline izolirajte.
- Na vodovodne vodove stavite termometre i manometre.
Savjet. Ako planirate staviti glavnu jedinicu na ulicu, morate poduzeti mjere protiv ukrućenja ulja u kompresoru. Kupnja i instaliranje zimskog uljnog kompleta za električno grijanje.
Na tematskim forumima pronađena je druga metoda proizvodnje isparivača - bakrena cijev je namotana u spiralu, a zatim je umetnuta u zatvoreni spremnik (spremnik ili bačva). Ova opcija je prilično razumna s velikim brojem okreta, kad se izračunati izmjenjivač topline jednostavno ne uklapa u kućište klima uređaja.
Uređaj za izradu konture
U ovoj se fazi obavljaju jednostavni, ali naporni radovi na iskopavanju i postavljanje sondi u bušotine. Potonje se može obaviti ručno ili pozvati stroj za bušenje. Udaljenost između susjednih bunara je najmanje 5 m. Daljnji postupak rada:
- Između rupa iskopajte plitki rov kako biste postavili opskrbne cijevi.
- U svaku rupu spustite 2 petlje polietilenskih cijevi i napunite jame betonom.
- Dovedite vodove do spojne točke i montirajte zajednički kolektor pomoću HDPE spojnica.
- Izolirajte cjevovode položene u zemlju i napunite je tlom.
Važna točka. Prije betoniranja i ponovnog punjenja, provjerite nepropusnost kruga. Na primjer, spojite kompresor zraka na razvodnik, napunite tlak 3-4 bara i ostavite nekoliko sati.
Pri povezivanju autocesta slijedite donji dijagram. Zavoji sa slavinama bit će potrebni prilikom punjenja sustava slanicom ili etilen glikolom. Vodite dvije glavne cijevi od kolektora do toplinske pumpe i povežite se s "hladnim" izmjenjivačem topline - isparivačem.
Slično tome, kondenzator je povezan s kućnim sustavom podnog grijanja. Miješajuća jedinica s trosmjernim ventilom opcionalno je montirana zbog niske temperature protoka.Ako je potrebno kombinirati VT s drugim izvorima topline (solarni kolektori, bojleri), za nekoliko zaključaka koristite spremnik pufera.
Dolivanje goriva i pokretanje sustava
Nakon instaliranja i spajanja jedinice na mrežu, započinje važna faza - punjenje sustava rashladnim sredstvom. Ovdje vas čeka zamka: ne znate koliko freona trebate za punjenje goriva, jer je volumen glavnog kruga znatno porastao zbog ugradnje domaćeg kondenzatora s isparivačem.
Problem se rješava dolivanjem tlaka i temperature pregrijavanja freona, mjereno na ulazu kompresora (tamo se freon dovodi u plinovitom stanju). Detaljne upute za punjenje metodom mjerenja temperature navedene su u sljedećem priručniku.
Drugi dio videa prikazuje kako sustav napuniti R22 freonom u smislu tlaka i temperature pregrijavanja rashladnog sredstva:
Nakon punjenja gorivom, uključite obje cirkulacijske crpke prvom brzinom i uključite kompresor u pogon. Termometrima navedite temperaturu slane otopine i unutarnje rashladno sredstvo. U fazi grijanja, vodovi s rashladnim sredstvom mogu se smrznuti, nakon čega bi se mraz trebao otopiti.
Zaključak
Vrlo je teško napraviti i pokrenuti toplinsku geotermalnu crpku vlastitim rukama. Sigurno će biti potrebna opetovana poboljšanja, ispravke programskih pogrešaka i postavke. U pravilu, većina problema u vlastito proizvedenim VT nastaje zbog nepravilnog sastavljanja ili ponovnog punjenja glavnog kruga izmjene topline. Ako jedinica odmah ne uspije (sigurnosna automatizacija je radila) ili se nosač topline ne zagrijava, vrijedno je pozvati čarobnjaka za rashladnu opremu - izvršit će dijagnostiku i naznačiti pogreške.