Jak wykonać pompę ciepła powietrze-woda: schematy urządzeń i samodzielny montaż

Ze względu na regularny wzrost kosztów płynów grzewczych, zapotrzebowanie na alternatywne metody podgrzewania staje się coraz większe.Na przykład praktyczna pompa ciepła powietrze-woda, która do ogrzewania wykorzystuje energię powietrza. Instalacja nie wymaga drogich materiałów eksploatacyjnych, jest łatwa w obsłudze i bezpieczna.

Ze względu na znaczną cenę fabrycznego montażu urządzenia, wiele osób jest zainteresowanych samodzielnym zbudowaniem tego systemu. Powiemy Ci, czego będzie potrzebował rzemieślnik, aby zbudować domową pompę ciepła. Tutaj dowiesz się w jakie wyposażenie techniczne warto się zaopatrzyć.

Cechy systemu termicznego powietrze-woda

Pompa ciepła, której poświęcony jest ten artykuł, w odróżnieniu od innych modyfikacji podobnego urządzenia (w szczególności woda woda i gleba-woda), ma szereg zalet:

• oszczędza energię elektryczną;
• instalacja nie będzie wymagała prowadzenia wykopów na dużą skalę, wiercenia studni ani uzyskiwania specjalnych zezwoleń;
• Jeśli podłączysz system do paneli słonecznych, możesz zapewnić jego pełną autonomię.

Istotną zaletą systemu cieplnego pobierającego energię wiatru i przekazującego ją wodzie jest jego 100% bezpieczeństwo ekologiczne.

Zanim zaczniesz projektować pompę, musisz dowiedzieć się, w jakich przypadkach system jest najskuteczniejszy, a kiedy jego użycie jest niewłaściwe.

Układ pompy ciepła czerpiący energię z masy powietrza może służyć do podgrzewania wszystkich rodzajów czynników chłodniczych stosowanych w WNP: wody, powietrza, pary

Specyfika zastosowania i działania

Pompa ciepła pracuje produktywnie wyłącznie w zakresie temperatur od -5 do +7 stopni. Przy temperaturze powietrza +7 system wygeneruje więcej ciepła niż to konieczne, a przy temperaturach poniżej -5 nie wystarczy do ogrzewania. Wynika to z faktu, że stężony freon zawarty w strukturze wrze w temperaturze -55 stopni.

Teoretycznie system może generować ciepło nawet przy 30-stopniowym mrozie, ale do ogrzewania nie wystarczy, ponieważ wydajność grzewcza zależy bezpośrednio od różnicy między temperaturą wrzenia czynnika chłodniczego a temperaturą powietrza.

Dlatego system ten nie będzie odpowiedni dla mieszkańców regionów północnych, gdzie mrozy nastają wcześniej, ale w domach w regionach południowych może skutecznie służyć przez kilka zimnych miesięcy.

Jeśli w pomieszczeniu zostaną zainstalowane standardowe baterie, pompa ciepła będzie działać mniej wydajnie. Urządzenie powietrze-woda najlepiej łączyć z konwektorami i innymi grzejnikami o dużej powierzchni, a także systemy „ciepłej podłogi”., „ciepłe ściany” typu wodnego.

Również samo pomieszczenie musi być dobrze izolowane od zewnątrz, posiadać zabudowane okna wielokomorowe, które zapewniają lepszą izolację termiczną niż tradycyjne okna drewniane czy plastikowe.

Pompa ciepła najlepiej współpracuje z wodnym systemem „ciepłej podłogi”, który nie wymaga podgrzewania czynnika chłodniczego powyżej 40 - 45°C

Domowej roboty Pompa ciepła będą w stanie skutecznie ogrzać domy o powierzchni do 100 metrów kwadratowych. m i gwarantuje wytwarzanie mocy 5 kW. Należy rozumieć, że nie da się wypełnić freonu o wystarczającej jakości w strukturze utworzonej w warunkach domowych, dlatego należy liczyć się z jego temperaturą wrzenia do -22 stopni.

Urządzenie do samodzielnego montażu idealnie nadaje się do doprowadzenia ciepła do garażu, szklarni, pomieszczenia gospodarczego, mały prywatny basen itp. System jest zwykle używany jako dodatkowe ogrzewanie.

Kocioł elektryczny lub inny tradycyjny sprzęt na sezon grzewczy będzie w każdym przypadku wymagany. Podczas silnych mrozów (-15-30 stopni) zaleca się wyłączenie pompy ciepła, aby nie marnować prądu, ponieważ w tym okresie jej wydajność nie przekracza 10%.

Pompy ciepła dostarczają energię wystarczającą do podgrzania wody w krytych prywatnych basenach (+)

Zasada działania systemu

Substancją roboczą w konstrukcji jest powietrze. Przez jednostkę zewnętrzną, która jest zainstalowana na zewnątrz, tlen dostaje się do parownika rurami, gdzie wchodzi w interakcję z czynnikiem chłodniczym.

Pod wpływem temperatury freon staje się gazowy (ponieważ wrze w temperaturze -55 stopni) i wchodzi do sprężarki w postaci ogrzanej pod ciśnieniem. Urządzenie spręża gaz, podnosząc w ten sposób jego temperaturę.

Gorący freon dostaje się do obwodu zasobnika (skraplacza), gdzie ciepło przekazywane jest wodzie, którą można następnie wykorzystać do zorganizowania ogrzewania i FGP. W skraplaczu freon traci tylko część swojego ciepła i nadal znajduje się w stanie gazowym.

Przechodząc przez przepustnicę, następuje rozpylenie czynnika chłodniczego, w wyniku czego jego temperatura spada. Freon przechodzi w stan ciekły i w tej postaci przechodzi do parownika. Cykl się powtarza.

Rysunek schematycznie pokazuje realizację zasady elementarnej pompy ciepła podzielonej przez sprężarkę i ekspander na dwa obwody - wysokie i niskie ciśnienie

Dla tych, którzy chcą zbudować własny Pompa ciepła z materiałów odpadowych i zużytego sprzętu, na przykład ze starej lodówki, pomocne będą informacje zawarte w naszym polecanym artykule.

Budowa pompy ciepła powietrze-woda

System pompy ciepła składa się z czterech głównych elementów:

• jednostka zewnętrzna;
• zbiorniki wymienników ciepła-parowników;
• jednostka kompresorowa;
• zbiornik magazynujący (kondensator).

Spójrzmy na cechy konstrukcyjne każdego bloku.

Montaż jednostki zewnętrznej

Aby utworzyć blok zewnętrzny, będziesz potrzebować:

• Rama. Tradycyjnie odpowiednia jest jednostka wykonana z systemu dzielonego, pralki lub innego dużego sprzętu; czasami sami ją budują spawalniczy elementy metalowe. Po montażu ważne jest, aby pokryć metal antykorozyjną farbą proszkową.
• Wentylator. Produkt można wypożyczyć ze starego egzemplarza systemy klimatyzacji lub kup osobno.

Model wentylatora powinien mieć szerokie łopatki z tworzywa sztucznego i najlepiej z odłączanym silnikiem, aby można było go podłączyć do czujnika.

Do montażu jednostki zewnętrznej potrzebna będzie obudowa i wentylator spod układu klimatyzacji. Przybliżone parametry kostki – 75x85x30 cm

W jednostce zewnętrznej można zamontować parownik i elementy pomocnicze do jego obsługi, jednak bardziej wskazane jest umieszczenie tych części w osobnej obudowie.

Zamontuj jednostkę zewnętrzną w odległości 2-10 m od domu. Ważne jest, aby zbudować dla niego fundament i zainstalować baldachim, aby chronić konstrukcję przed opadami atmosferycznymi. Konieczne jest również zamocowanie kratki przed wentylatorem, aby zapobiec przedostawaniu się brudu, gruzu i liści do łopatek i rur wentylatora.

Dodatkowo zaleca się zamontowanie grzejników zabezpieczających boki i panele przed oblodzeniem.W takim przypadku dodatkowe ogrzewanie obudowy nie będzie konieczne. Miejsce instalacji urządzenia musi być dobrze wentylowane i oddalone od źródeł otwartego ognia.

Blok z wymiennikiem ciepła-parownikiem

Parownik można kupić w postaci gotowej, korzystając z usług dostawców internetowych lub można go stworzyć samodzielnie. Aby to zrobić, potrzebujesz 80-litrowego zbiornika i drutu miedzianego o średnicy 10 mm i grubości co najmniej 1 mm.

Długość wyliczana jest indywidualnie z uwzględnieniem wymaganej mocy. W przypadku urządzenia o mocy 5 kW można zająć 10 m. Freon będzie podgrzewany i cyrkulowany w parowniku, a także będzie miał kontakt z powietrzem.

Aby utworzyć wymiennik ciepła, musisz skonstruować wężownicę. W tym celu drut owija się wokół grubościennej rury o średnicy nieprzekraczającej szerokości zbiornika. Ważne jest, aby pozostawić nacięcia wystające poza wysokość ciała. Będą potrzebne do podłączenia wężownicy do pozostałych elementów układu – sprężarki i zbiornika akumulacyjnego.

Aby utworzyć cewkę, miedziana rurka o ściankach około 1 mm jest owinięta wokół butli z gazem, rury lub plastikowej butelki wypełnionej wodą.

W korpusie wycięte są 2 łączniki do łączenia rurociągów, a do wyjścia przewodu tworzone są dwa złącza. Połączenia są uszczelnione. Gotową konstrukcję mocuje się za pomocą wsporników w kształcie litery L.

Zaleca się dodatkowo zainstalowanie przekaźnika odszraniania na parowniku, ponieważ w zbiorniku będzie krążyć powietrze, którego temperatura jest ujemna. W takim przypadku kondensacja gromadząca się w układzie może doprowadzić do oblodzenia parownika. Ponadto, aby zapobiec tworzeniu się wilgoci, można wprowadzić do układu filtr-osuszacz.

Zasady instalacji kompresora

Aby zainstalować sprężarkę, potrzebujesz osobnej obudowy z izolacją akustyczną i wibracyjną, ponieważ prawie wszystkie modyfikacje urządzenia są hałaśliwe podczas pracy. Możesz wyjąć używaną sprężarkę spod lodówki, klimatyzatora lub kupić nowy model.

Do pomp ciepła nadają się następujące typy sprężarek:

1. Obrotowy sprężarki są najtańsze, ale mają wiele wad - są głośne, mają niską wydajność i działają 8-10 lat.
2. Spirala modyfikacje są instalowane we wszystkich nowoczesnych modelach klimatyzatorów i lodówek. Są trwałe (15-20 lat), ciche, wydajne, ale drogie.
3. Tłok modele są instalowane głównie w lodówkach przemysłowych. Produkty mają dobrą wydajność, są trwałe (15-20 lat), ale są wyjątkowo hałaśliwe i drogie.

W przypadku pompy ciepła należy wybrać sprężarkę jednofazową. Przed zakupem ważne jest, aby dowiedzieć się, z jakim rodzajem freonu współpracuje urządzenie. Wskazane jest zakupienie modelu działającego na R22, najlepiej na R422. Z tym typem czynnika chłodniczego łatwiej jest pracować niż z jakimkolwiek innym rodzajem freonu.

Sprężarka jest połączona rurkami z parownikiem i skraplaczem. Dzięki urządzeniu freon podnosi swoją temperaturę.

Projekt zbiornika akumulacyjnego (kondensatora)

Aby wykonać skraplacz, potrzebujesz obudowy ze 100-litrowego kotła lub innego zbiornika ze stali nierdzewnej o tej samej objętości. Potrzebna jest również cewka wykonana z rurki miedzianej. Pompa o mocy 5 kW może zużyć 12 metrów drutu. Gorący freon przejdzie przez rurkę wężownicy, powodując podgrzanie wody.

Krok #1: Tworzenie cewki

Do wykonania cewki potrzebny będzie drut miedziany o średnicy co najmniej 26 mm i grubości ścianki 1 mm. Należy go nawinąć na rurę o mniejszym przekroju niż przekrój zbiornika.

Wysokość spirali musi odpowiadać wysokości ciała. Ważne jest, aby wyloty rur pozostawić na zewnątrz zbiornika, aby móc podłączyć wężownicę do parownika i sprężarki.

Krok #2: Przygotowanie sprawy

Aby zainstalować wężownicę, należy wyciąć zbiornik. Będziesz musiał utworzyć otwory u góry i u dołu na wyloty drutu miedzianego, a także wyciąć dodatkowe przegródki do zainstalowania 2 łączników, z których jeden jest przeznaczony do wylotu wody, a drugi do jego wlotu. Po tych procedurach zbiornik należy zamknąć.

Wymiennik ciepła-sprężarkę można kupić osobno jako gotową konstrukcję. Stosując fabrycznie zmontowane urządzenie, można zwiększyć moc i wydajność instalacji.

Zgodnie z przepisami Montrealu czynnik chłodniczy oznaczony R22 ma zostać wycofany do 2030 roku. Do napełnienia układu lepiej zastosować jego zamiennik – czynnik chłodniczy R422

Podłączenie jednostki zewnętrznej do parownika

Do podłączenia jednostki zewnętrznej i parownika wymagane będą 2 rury polietylenowe HDPE 32. Powietrze przejdzie przez jedną rurę i wyjdzie przez drugą.

Rury można zakopać w ziemi po dosypaniu do rowu piasku lub pozostawić na powierzchni, jeżeli otulina zewnętrzna zlokalizowana jest w pobliżu domu.

Podłączenie parownika, sprężarki i zbiornika

W tym układzie krąży freon. Aby połączyć cewki ze sprężarką i przepustnicą, należy skontaktować się ze specjalistami chłodnictwa.Osobie, która nie ma doświadczenia w pracach lutowniczych, nawet jeśli dysponuje narzędziami i materiałami, trudno będzie poprawnie połączyć wszystkie elementy w jeden układ, aby zapewnić działanie konstrukcji.

Ponadto potrzebnych będzie wiele dodatkowych materiałów - rury o różnych średnicach, różne modyfikacje krany spustowe, zawory odpowietrzające, zawory bezpieczeństwa, a także obejmy rurowe, obejmy, obcinaki do rur do cięcia odcinków rurociągów.

Przydadzą Ci się także inne specjalistyczne urządzenia, które są dostępne w każdym warsztacie zajmującym się naprawą lodówek i klimatyzacji.

Wysokiej jakości wtrysk freonu odbywa się również przy użyciu specjalnego sprzętu. Dlatego, aby połączyć wymienniki ciepła, sprężarkę i przepustnicę w działający system, wygodniej i opłacalniej jest zwrócić się do profesjonalistów.

Wdrażanie systemów sterowania instalacjami

Do monitorowania ciśnienia i temperatury freonu można użyć tablicy z wyświetlaczem spod dowolnego klimatyzatora. Podczas procesu lutowania, przy pomocy specjalistów, projekt można poprawnie wdrożyć w instalacji.

Istnieje także możliwość podłączenia specjalnego urządzenia – czujnika obrotów wentylatora. Reguluje prędkość obrotową łopatek, a także automatyzuje prędkość pompy obiegowej freonu.

Dodatkowo możesz ustawić timer rozrusznik elektryczny, urządzenie chroniące sprężarkę przed przegrzaniem. Wszystkie te części można kupić w warsztatach naprawczych lub na rynku wtórnym.

Obliczanie mocy pompy ciepła powietrze-woda

Do ogrzewania pomieszczenia o powierzchni 100 mkw. m będzie wymagać pompy ciepła o większej mocy. Możesz w przybliżeniu obliczyć wymaganą moc instalacji, korzystając z tabeli:

Tabele te pomogą Ci obliczyć powierzchnię cewki, aby utworzyć instalację o określonej mocy

Aby określić jaką moc powinna mieć sprężarka, jaką średnicę rur zastosować oraz inne ważne dane przy projektowaniu pompy ciepła powietrze-woda należy zastosować jedną z poniższych metod:

• Skorzystaj z kalkulatorów online zamieszczonych na stronach producentów wymienników ciepła.
• Zastosuj oprogramowanie CoolPack 1,46, Copelanda.
• Zaproś specjalistę, który dokona niezbędnych pomiarów i obliczeń.

Powierzchnia cewki skraplacza (PZK) można obliczyć ze wzoru:

PZK = M/0,8DT,

gdzie M to moc instalacji w kW; 0,8 - współczynnik przewodności cieplnej w kontakcie z wodą i miedzią; DT to różnica temperatur pomiędzy powietrzem napływającym i wychodzącym z systemu.

Podane powyżej parametry pompy ciepła są odpowiednie dla pomieszczeń o powierzchni do 100m2. metrów. Moc instalacji - 5 kW. Jeśli kupisz specjalne wymienniki ciepła, całkiem możliwe jest zwiększenie mocy instalacji do 10-15 kW.

Rysunek przedstawia system, w którym wymienniki ciepła, sprężarka i przepustnica są połączone w jednym zbiorniku. W konstrukcji zastosowano fabryczne wymienniki ciepła (+)

Konserwacja domowej instalacji

Aby zapewnić wysoką jakość pracy, pompa ciepła wymaga dodatkowej konserwacji. Jeśli używasz urządzenia zimą (biorąc pod uwagę, że w obudowie nie ma zainstalowanego dodatkowego ogrzewania), urządzenie będzie musiało być okresowo rozgrzewane, ponieważ na jego powierzchni utworzy się skorupa lodowa.

Konieczne jest również okresowo:

• Oczyść łopatki wentylatora z zanieczyszczeń - liści, kurzu, brudu, śniegu itp.
• Nasmaruj sprężarkę zgodnie z jej instrukcją.
• Wymień olej w sprężarce i wentylatorze.

Ponadto do prawidłowego funkcjonowania systemu należy regularnie sprawdzać stan rurociągu miedzianego, kabla zasilającego sprężarkę, wentylator i inne urządzenia.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Poniższy film zapozna Cię z zasadą działania i budową pompy ciepła przetwarzającej energię wiatru:

Domowa pompa ciepła powietrze-woda to jedno z efektywnych i niedrogich urządzeń do dodatkowego ogrzewania domu. Każdy może stworzyć i zainstalować taki system.

Proszę pisać komentarze w bloku poniżej. Być może masz ciekawe informacje i zdjęcia na temat artykułu? Zadawaj pytania, dziel się własnymi opiniami i wskazówkami przydatnymi dla odwiedzających witrynę.