Každý majitel soukromého domu se snaží minimalizovat náklady na vytápění domu. V tomto ohledu jsou tepelná čerpadla mnohem výhodnější než jiné možnosti vytápění a dávají 2,5–4,5 kW tepla z jednoho kilowattu spotřebované elektřiny. Zadní strana mince: k získání levné energie budete muset investovat spoustu peněz do vybavení, nejskromnější topná instalace s kapacitou 10 kW bude stát 3500 y. e. (vyvolávací cena).
Jediným způsobem, jak snížit náklady 2-3krát, je vytvořit tepelné čerpadlo vlastními rukama (zkráceně TN). Zvažte několik skutečných pracovních možností, sestavených a testovaných mistrovskými nadšenci v praxi. Protože výroba složité jednotky vyžaduje základní znalosti o chladicích strojích, začněme s teorií.
Funkce a provozní princip VT
Jak se liší tepelné čerpadlo od jiných zařízení pro vytápění soukromých domů:
- na rozdíl od kotlů a ohřívačů samotná jednotka nevytváří teplo, ale jako klimatizace ji pohybuje uvnitř budovy;
- VT bylo pojmenováno čerpadlo, protože „odčerpává“ energii ze zdrojů nízkého stupně tepla - okolního vzduchu, vody nebo půdy;
- jednotka je poháněna výhradně elektřinou spotřebovanou kompresorem, ventilátory, oběhovými čerpadly a řídicí deskou;
- provoz jednotky je založen na Carnotově cyklu používaném ve všech chladicích strojích, například klimatizacích a split systémech.
Odkaz. Teplo je obsaženo v jakékoli látce, jejíž teplota je nad absolutní nulou (mínus 273 stupňů). Moderní technologie umožňují odebrat specifikovanou energii ze vzduchu s teplotami až -30 ° C, zeminou a vodou - až +2 ° C.
V cyklu výměny tepla Carnot je zapojena pracovní tekutina - plynový freon, vroucí při minus teplotě. Tím, že chladivo střídavě odpařuje a kondenzuje ve dvou tepelných výměnících, absorbuje energii prostředí a přenáší ji do budovy. Princip tepelného čerpadla obecně opakuje činnost klimatizačního zařízení, které je součástí vytápění:
- Freon se nachází v kapalné fázi a prochází trubkami externího výměníku tepla-výparníku, jak je znázorněno na obrázku. Chladivo, které přijímá teplo vzduchu nebo vody kovovými stěnami, se zahřívá, vaří a odpařuje.
- Poté plyn vstoupí do kompresoru, což nutí tlak na vypočítanou hodnotu. Jeho úkolem je zvýšit bod varu látky tak, aby freon kondenzoval při vyšší teplotě.
- Prochází vnitřním tepelným výměníkem - kondenzátorem, plyn se opět přemění v kapalinu a dává nahromaděnou energii přímo tepelnému nosiči (vodě) nebo vzduchu z místnosti přímo.
- V poslední fázi tekuté chladivo vstupuje do přijímače - odlučovače vlhkosti a poté do škrticího zařízení. Tlak látky opět klesá, freon je připraven projít druhým cyklem.
Poznámka. Běžné splitové systémy a tovární tepelná čerpadla mají společnou vlastnost - schopnost přenášet energii v obou směrech a pracovat ve 2 režimech - vytápění / chlazení. Spínání se provádí pomocí čtyřcestného zpětného ventilu, který mění směr proudění plynu podél obvodu.
V klimatizacích pro domácnost a VT se používají různé typy termostatických ventilů, které snižují tlak chladiva před výparníkem. V domácích split systémech hraje roli regulátoru jednoduché kapilární zařízení, v čerpadlech je nainstalován drahý termostatický ventil (TRV).
Uvedený cyklus se vyskytuje u všech typů tepelných čerpadel. Rozdíl spočívá ve způsobech dodávky / odebírání tepla, které uvádíme níže.
Druhy instalací
Podle obecně přijímané klasifikace se VT dělí na typy podle zdroje přijaté energie a typu chladicí kapaliny, na kterou je převáděna:
- Čerpadla vzduch-vzduch jsou nejblíže k tradičním splitovým systémům, rozdíl je v oblasti vnějšího výparníku. Zařízení odvádí teplo z okolí a přímo přenáší vzduch do místnosti, jako je tomu u konvenčních klimatizačních zařízení.
- Konstrukce generátorů vzduch-voda je identická, ale zajišťuje ohřev vody nebo nemrznoucí směsi cirkulující topným systémem obytné budovy.
- Instalace typu „voda-voda“ odebírá teplo zásobníku nízké kvality a přenáší jej do kapalného chladiva. Zde se používá další vnější trubkový tepelný výměník, ponořený do studny, jezera, studny nebo septiku. Cirkulace vody výparníkem zajišťuje druhé čerpadlo.
- Geotermální tepelné čerpadlo využívá teplo půdy a ohřívá vnitřní chladicí médium. Vnější obvod výměny tepla je cívka s nemrznoucí směsí, prohloubená o 1,5–2 ma zabírající velkou plochu. Druhou možností je několik vertikálních sond z trubek spuštěných do studní do hloubky 10 - 100 metrů.
Odkaz. Varianty tepelných čerpadel jsou uvedeny v pořadí podle rostoucích nákladů na zařízení spolu s instalací. Letecké instalace jsou nejlevnější, geotermální instalace jsou drahé.
Hlavním parametrem charakterizujícím tepelné čerpadlo pro vytápění domu je koeficient účinnosti COP, který je roven poměru mezi přijatou a spotřebovanou energií. Například relativně levné ohřívače vzduchu se nemohou chlubit vysokým COP - 2,5 ... 3,5. Vysvětlujeme: po spotřebování 1 kW elektřiny dodává zařízení do bytu 2,5–3,5 kW tepla.
Vodní a podzemní systémy jsou účinnější, jejich skutečný koeficient leží v rozmezí 3 ... 4.5. Produktivita - variabilní hodnota v závislosti na mnoha faktorech: konstrukce obvodu výměny tepla, hloubka ponoření, teplota a průtok vody.
Důležitý bod. Tepelná čerpadla na horkou vodu nejsou schopna ohřívat chladicí kapalinu na 60–90 ° C bez dalších obvodů. Normální teplota vody z transformátoru je 35 ... 40 stupňů, kotle zde jasně vyhrávají. Proto doporučení výrobce: připojte zařízení k nízkoteplotnímu vytápění - vodou vytápěné podlahy.
Který VT je lepší sbírat
Uvádíme problém: musíme postavit domácí tepelné čerpadlo za co nejnižší cenu. Z toho plyne řada logických závěrů:
- Instalace bude muset používat minimum drahých dílů, takže nebude možné dosáhnout vysoké hodnoty COP. Z hlediska výkonu ztratí naše zařízení tovární modely.
- Proto nemá smysl vyrábět čistě vzduch VT, je snazší používat invertorovou klimatizaci v režimu vytápění.
- Abyste získali skutečné výhody, musíte vytvořit tepelné čerpadlo „vzduch - voda“, „voda-voda“ nebo postavit geotermální instalaci. V prvním případě je možné dosáhnout COP asi 2–2,2, ve zbývajících případech lze dosáhnout ukazatele 3–3,5.
- Bez podlahových topných okruhů není možné. Nosič tepla zahřátý na 30-35 stupňů je nekompatibilní se sítí radiátorů, s výjimkou jižních oblastí.
Komentář. Výrobci tvrdí: systém střídače střídače pracuje při pouliční teplotě minus 15-30 ° C. Ve skutečnosti je účinnost ohřevu výrazně snížena. Podle majitelů domů poskytuje vnitřní jednotka v mrazivých dnech slabě teplý proud vzduchu.
Pro implementaci vodní verze VT jsou vyžadovány určité podmínky (vybrat):
- rybník 25-50 m od domu, na větší vzdálenost, se spotřeba elektřiny výrazně zvýší díky silnému oběhovému čerpadlu;
- studna nebo studna s dostatečným přívodem (debet) vody a místo pro vypouštění (jáma, druhá studna, okap, kanalizace);
- prefabrikovaný kanalizační kolektor (pokud tam máte povolení k havárii).
Spotřeba podzemní vody se snadno vypočítá.V procesu výběru tepla domácí tepelné čerpadlo sníží svou teplotu o 4 až 5 ° С, odtud se objem proudu určuje pomocí tepelné kapacity vody. Abychom získali 1 kW tepla (vezmeme 5 stupňů delta teploty vody), musí projít VT asi 170 litrů za hodinu.
Vytápění domu o rozloze 100 m² bude vyžadovat výkon 10 kW a spotřebu vody 1,7 tun za hodinu - objem je impozantní. Takové tepelné čerpadlo bude vhodné pro malý venkovský dům o rozloze 30-40 m², nejlépe izolovaný.
Sestavení geotermálního systému je reálnější, i když proces je poněkud pracný. Možnost horizontálního rozmístění potrubí na ploše v hloubce 1,5 m je okamžitě zamítnuta - musíte za lopatku celou sekci nebo platit peníze za služby zemních strojů. Metoda děrování studní je mnohem snazší a levnější implementovat, prakticky bez narušení krajiny.
Nejjednodušší tepelné čerpadlo z klimatizace okna
Jak můžete hádat, pro výrobu čerpadel voda-vzduch je v provozním stavu vyžadován chladič oken. Je velmi vhodné zakoupit model vybavený zpětným ventilem a schopný pracovat pro vytápění, jinak budete muset znovu provést obvod freon.
Spropitné. Při nákupu použitého klimatizačního zařízení dbejte na typový štítek, který zobrazuje technické vlastnosti spotřebiče pro domácnost. Parametr, o který se zajímáte, je studený výkon zařízení (uvedený v kilowattech nebo britských tepelných jednotkách - BTU).
S trochou štěstí nemusíte ani vypouštět trubice z freonu a pájky. Jak převést klimatizaci na tepelné čerpadlo:
- Sejměte horní kryt jednotky a odšroubujte externí výměník tepla z palety. Opatrně pohybujte radiátorem a dejte pozor, abyste ohýbali potrubí chladiva.
- Demontujte vnější oběžné kolo ze společné hřídele.
- Vytvořte kovovou nádrž po délce vnějšího tepelného výměníku, zvětšete šířku 10-15 cm. Odřízněte armatury pro přívod tekoucí vody do bočních stěn.
- Abyste zabránili zamrznutí chladiče, zvětšete oblast výměny přidáním měděných nebo hliníkových desek po stranách (v závislosti na materiálu tepelného výměníku).
- Ponořte chladič do nádrže, nejlépe bez řezání freonových trubic. Uzavřete víčko a utěsněte kontury.
- Připojte přívodní a výstupní hadici vody k armaturám, připojte oběhová čerpadla. Naplňte a zkontrolujte těsnost nádrže.
Doporučení. Pokud nelze tepelný výměník umístit do nádrže bez narušení vedení freonů, zkuste evakuovat plyn a přerušit potrubí v požadovaných bodech (od výparníku). Po sestavení jednotky pro výměnu vody je nutné okruh zapájet a naplnit freonem. Množství chladiva je také uvedeno na desce.
Nyní zbývá spustit domácí VT a upravit průtok vody a dosáhnout maximální účinnosti. Vezměte prosím na vědomí: Impromptu topení používá zcela tovární "plnění", právě jste přesunuli chladič ze vzduchu do kapaliny. Jak systém funguje, podívejte se na video mistra řemesla:
Provedení geotermální instalace
Pokud předchozí možnost umožňuje dosáhnout přibližně dvojnásobných úspor, pak i vlastní zemnící obvod poskytne COP v oblasti 3 (tři kilowatty tepla na 1 kW spotřebované elektřiny). Pravda, finanční a mzdové náklady se také výrazně zvýší.
Přestože je mnoho příkladů montáže takových zařízení zveřejněno na internetu, neexistuje univerzální instrukce s výkresy. Nabídneme funkční verzi, sestavenou a otestovanou skutečným domovským mistrem, ačkoli mnoho věcí bude muset být promyšleno a dokončeno samostatně - všechny informace o tepelných čerpadlech je obtížné uvést v jedné publikaci.
Výpočet výměníků tepla v půdním okruhu a čerpadle
Na základě vlastních doporučení přistoupíme k výpočtům geotermálního čerpadla s vertikálními sondami ve tvaru písmene U umístěnými v jamkách.Je nutné zjistit celkovou délku vnějšího obrysu, hloubku a počet svislých hřídelí.
Například počáteční údaje: musíte vytápět soukromý zateplený dům o ploše 80 m² a výšce stropu 2,8 m, který se nachází ve středním pruhu. Nebudeme počítat zatížení vytápěním, určíme potřebu tepla podle oblasti s přihlédnutím k tepelné izolaci - 7 kW.
Důležité vysvětlení. Technické výpočty tepelných čerpadel jsou poměrně složité a vyžadují vysoce kvalifikovaného umělce, tomuto tématu se věnují celé knihy. Článek poskytuje zjednodušené výpočty převzaté z praktických zkušeností stavitelů a řemeslníků, kteří milují domácí výrobky.
Intenzita výměny tepla mezi zemí a nemrznoucí kapalinou cirkulující podél kontury závisí na typu půdy:
- 1 lineární metr svislé sondy ponořené do podzemní vody přijme asi 80 wattů tepla;
- ve skalních půdách bude odvod tepla asi 70 W / m;
- jílové půdy nasycené vlhkostí vydávají asi 50 W na 1 m kolektoru;
- suchá plemena - 20 W / m.
Odkaz. Svislá sonda je 2 smyčky trubek spuštěných ke dnu studny a vyplněných betonem.
Příklad výpočtu délky potrubí. Aby bylo možné získat potřebnou 7 kW tepelné energie ze surové hlíny, musíte rozdělit 7000 W na 50 W / m, dostaneme celkovou hloubku sondy 140 m. Nyní je potrubí distribuováno přes vrty s hloubkou 20 m, kterou můžete vrtat vlastními rukama. Celkem 7 vrtů 2 smyček pro přenos tepla, celková délka potrubí je 7 x 20 x 4 = 560 m.
Dalším krokem je výpočet plochy přenosu tepla výparníku a kondenzátoru. Na různých internetových zdrojích a fórech jsou nabízeny různé výpočetní prostředky, ve většině případů nesprávné. Nebudeme mít svobodu doporučovat takové techniky a uvádět vás v omyl, ale nabídneme několik složitých možností:
- Kontaktujte jakéhokoli známého výrobce deskových výměníků tepla, například Alfa Laval, Kaori, Anvitek atd. Můžete přejít na oficiální web značky.
- Vyplňte formulář pro výběr výměníku tepla nebo zavolejte manažera a objednejte výběr jednotky, uveďte parametry média (nemrznoucí směs, freon) - teplotu na vstupu a výstupu, tepelné zatížení.
- Odborník společnosti provede potřebné výpočty a navrhne vhodný model tepelného výměníku. Mezi jeho vlastnosti najdete hlavní - povrch výměny.
Lamelární agregáty jsou velmi efektivní, ale drahé (200 - 500 EUR). Je levnější sestavit skořepinový výměník tepla z měděné trubky s vnějším průměrem 9,5 nebo 12,7 mm. Vynásobte hodnotu udanou výrobcem koeficientem bezpečnosti 1,1 a vydělte obvodem potrubí, abyste získali záběry.
Příklad. Výměra tepla navrhované jednotky byla 0,9 m². Při výběru měděné trubice s průměrem 12,7 mm se vypočítá obvod v metrech: 12,7 x 3,14 / 1 000 ≈ 0,04 m. Stanovíme celkovou stopáž: 0,9 x 1,1 / 0,04 ≈ 25 m.
Vybavení a materiály
Navrhuje se vybudovat budoucí tepelné čerpadlo na základě venkovní jednotky splitového systému s vhodným výkonem (uvedeno na štítku). Proč je lepší používat použitý klimatizační systém:
- zařízení je již vybaveno všemi komponenty - kompresorem, sytičem, přijímačem a spouštěcí elektrikou;
- domácí výměníky tepla mohou být umístěny v těle chladicího stroje;
- Pro doplňování freonů existují pohodlné servisní porty.
Poznámka. Pochopení tématu si uživatelé vyberou zařízení samostatně - kompresor, expanzní ventil, ovladač atd. Se zkušenostmi a znalostmi je tento přístup vítán.
Není praktické sestavovat VT na základě staré ledničky - kapacita jednotky je příliš malá. V nejlepším případě bude možné „stlačit“ až 1 kW tepla, což stačí k vytápění jedné malé místnosti.
Kromě externí dělené jednotky budou zapotřebí následující materiály:
- Trubka PND Ø20 mm - na zemní smyčce;
- polyethylenové kování pro montáž kolektorů a připojení k tepelným výměníkům;
- oběhová čerpadla - 2 ks .;
- manometry, teploměry;
- vysoce kvalitní vodní hadice nebo HDPE trubka o průměru 25–32 mm k plášti výparníku a kondenzátoru;
- měděná trubka Ø9,5-12,7 mm s tloušťkou stěny nejméně 1 mm;
- izolace potrubí a freonových dálnic;
- sada pro utěsnění topných kabelů položených uvnitř přívodu vody (potřebná k utěsnění konců měděných trubek).
Jako vnější chladivo se pro ohřev používá solný roztok vody nebo nemrznoucí směsi - ethylenglykol. Budete také potřebovat zásoby freonu, jehož značka je uvedena na typovém štítku split systému.
Sestava výměníku tepla
Před zahájením instalačních prací musí být venkovní modul demontován - sejměte všechny kryty, sejměte ventilátor a velký běžný radiátor. Pokud nechcete čerpadlo používat jako chladič, odpojte elektromagnet, který ovládá zpětný ventil. Snímače teploty a tlaku musí být udržovány.
Montážní příkaz hlavní jednotky VT:
- Vyrobte kondenzátor a výparník vložením měděné trubice do hadice vypočtené délky. Na konci instalujte podložky pro připojení zeminy a topného okruhu, utěsněte vyčnívající měděné trubky speciální sadou pro topný kabel.
- Jako jádro použijte kus plastové trubky Ø150-250 mm, zabalte domácí dvou trubkové obvody a výstupy odešlete ve správných směrech, jak je uvedeno níže ve videu.
- Umístěte a upevněte oba výměníky tepla typu trubka namísto standardního radiátoru, připájejte měděné trubky k odpovídajícím svorkám. Je lepší připojit „horký“ výměník tepla - kondenzátor k servisním portům.
- Nainstalujte tovární senzory, které měří teplotu chladiva. Izolujte holé části trubek a samotné tepelné výměníky.
- Na vodovodní potrubí položte teploměry a manometry.
Spropitné. Pokud plánujete umístit hlavní jednotku na ulici, musíte podniknout opatření proti tuhnutí oleje v kompresoru. Koupit a nainstalovat elektrickou topnou soupravu zimní olejové vany.
Na tematických fórech je nalezen další způsob výroby výparníku - měděná trubice je navinuta ve spirále a poté vložena do uzavřené nádoby (nádrže nebo sudu). Tato možnost je zcela rozumná s velkým počtem zatáček, když se vypočítaný výměník tepla jednoduše nehodí do skříně klimatizace.
Pozemní konturovací zařízení
V této fázi se provádějí jednoduché, ale pracné výkopové práce a rozmístění sond v jamkách. Ten lze provést ručně nebo pozvat vrtačku. Vzdálenost mezi sousedními studnami je nejméně 5 m. Další pracovní postup:
- Vykopejte mělký příkop mezi otvory a položte přívodní potrubí.
- V každé díře spusťte 2 smyčky polyetylenových trubek a vyplňte jamy betonem.
- Přiveďte potrubí k připojovacímu bodu a namontujte společný kolektor pomocí tvarovek HDPE.
- Izolujte potrubí položená v zemi a naplňte je půdou.
Důležitý bod. Před betonováním a zasypáním nezapomeňte zkontrolovat těsnost obvodu. Například připojte vzduchový kompresor k rozdělovači, načerpejte tlak 3-4 bar a nechte několik hodin.
Při připojování dálnic postupujte podle níže uvedeného schématu. Při plnění systému solným roztokem nebo ethylenglykolem budou nutné ohyby s kohoutky. Vede dvě hlavní trubky z kolektoru do tepelného čerpadla a připojí se k „studenému“ tepelnému výměníku - výparníku.
Podobně je kondenzátor připojen k domácímu systému podlahového vytápění. Směšovací jednotka s trojcestným ventilem je volitelně namontována kvůli nízké teplotě přívodu.Pokud je nutné kombinovat VT s jinými zdroji tepla (solární kolektory, kotle), použijte vyrovnávací nádrž pro několik závěrů.
Doplňování paliva a spouštění systému
Po instalaci a připojení jednotky do sítě začíná důležitá fáze - naplnění systému chladivem. Čeká na vás úskalí: nevíte, kolik freonu musíte doplnit, protože objem hlavního okruhu se výrazně zvýšil díky instalaci domácího kondenzátoru s výparníkem.
Problém je vyřešen doplňováním paliva tlakem a teplotou přehřátí freonu, měřeno na vstupu kompresoru (tam je freon dodáván v plynném stavu). Podrobné pokyny pro plnění metodou měření teploty jsou uvedeny v následující příručce.
Druhá část videa ukazuje, jak naplnit systém freonem R22 z hlediska tlaku a teploty přehřátí chladiva:
Po doplnění paliva obě oběhová čerpadla zapněte první rychlostí a spusťte kompresor. Teploměrem označte teplotu solanky a vnitřního chladicího média. Ve fázi zahřívání mohou potrubí s chladivem zamrznout, a následně by mráz měl roztát.
Závěr
Je velmi obtížné vyrobit a spustit tepelné geotermální čerpadlo vlastními rukama. Určitě budou vyžadována opakovaná vylepšení, opravy chyb a nastavení. Většina poruch v domácích VT vznikne zpravidla v důsledku nesprávné montáže nebo doplňování paliva do hlavního výměníkového okruhu. Pokud jednotka okamžitě selže (bezpečnostní automatika je funkční) nebo se tepelný nosič nezohřívá, vyplatí se zavolat průvodce chladicím zařízením - provede diagnostiku a zobrazí chyby.