Sadržaj članka
- Malo teorije
- Gdje je bolje „oduzimati“ toplinu
- Shematski dijagram
- Proizvodnja isparivača i kondenzatora
- Ugradnja kruga
Za razliku od uređaja s alternativnom energijom, poput solarnih panela i vjetroagregata, toplinska je pumpa manje poznata. I uzalud. Najčešća shema podzemnih voda djeluje stabilno i ne ovisi o vremenskim ili klimatskim uvjetima. A možete i sami.
Malo teorije
Najjednostavnije je koristiti prirodnu toplinu zemlje za grijanje kuće ako u regiji postoji geotermalna voda (kao što je to slučaj na Islandu). Ali takvi su uvjeti rijetki..
U isto vrijeme, toplinska energija je posvuda – samo je trebate izdvojiti i učiniti da djeluje. Za to je toplinska pumpa. Što to radi:
- uzima energiju iz prirodnih izvora niske temperature;
- akumulira ga, odnosno podiže temperaturu do visokih vrijednosti;
- daje ga rashladnoj tekućini sustava grijanja.
U principu se koristi standardni krug hladnjaka kompresora, ali “obrnuto”. Prirodni nosač topline cirkulira u prvom krugu. Zatvoren je za izmjenjivač topline koji djeluje kao isparivač drugog kruga.
1 – zemlja; 2 – cirkulacija slane vode; 3 – cirkulacijska pumpa; 4 – isparivač; 5 – kompresor; 6 – kondenzator; 7 – sustav grijanja; 8 – rashladno sredstvo; 9 – prigušnica
Drugi krug je sama toplinska pumpa, unutar koje se nalazi freon. Ciklus toplinske pumpe sastoji se od sljedećih koraka:
- U isparivaču se freon zagrijava do točke ključanja. Ovisi o vrsti freona i tlaku u ovom dijelu sustava (obično do 5 atmosfera).
- U plinovitom stanju, freon ulazi u kompresor i komprimira se na 25 atmosfera, dok njegova temperatura raste (što je veća kompresija, to je veća temperatura). Ovo je faza akumulacije topline – od velikog volumena s niskom temperaturom, prijelaza na mali volumen s visokom temperaturom.
- Plin zagrijan pritiskom ulazi u kondenzator, u kojem se toplina prenosi na rashladnu tekućinu sustava grijanja.
- Nakon hlađenja, freon ulazi u leptir za gas (aka regulator protoka ili termostatski ventil). U njemu se tlak spusti, freon se kondenzira i vraća se u isparivač u obliku tekućine.
Gdje je bolje „oduzimati“ toplinu
U principu, postoje tri medija sa kojih se toplina može „ukloniti“:
1. Zrak. Pri normalnom tlaku sve vrste freona kuhaju na negativnim temperaturama (na primjer, R22 – oko -25 ° C, R404 i R502 – oko -30 ° C). No za cirkulaciju u sustavu potrebno je stvoriti višak tlaka već u prvoj fazi – isparavanjem. Iste 4 atmosfere u isparivaču zahtijevaju da temperatura vanjskog zraka bude najmanje 0 ° C za R22 i -5 ° C za R404 i R502. U našim krajevima ova vrsta toplinske pumpe može se koristiti za grijanje u izvan sezone i za opskrbu toplom vodom u toploj sezoni..
2. Voda. Ovo je stabilniji izvor topline, pod uvjetom da se rezervoar zimi ne smrzne na dno. Ali kuća ne bi trebala biti samo pored jezera ili rijeke, već biti na prvom redu.
3. Zemlja. Najstabilniji izvor toplinske energije. Možete koristiti dvije sheme – vodoravnu i vertikalnu. Vodoravni se čini lakšim, jer ne zahtijeva bušenje. Ali morat ćete napraviti veliku količinu zemljanih radova da bi se iskopao sustav rovova do dubine ispod razine smrzavanja tla (za srednje širine on se kreće od jednog metra na zapadu europskog dijela zemlje i do 1,6-1,8 bliže Uralu, u Sibiru je situacija još gora “Vertikalna shema je svestranija i učinkovitija, ali zahtijeva bušenje do velike dubine. Iako se umjesto plitkih bušotina može koristiti nekoliko plitkih bušotina..
Shematski dijagram
Sam krug toplinske crpke je jednostavan: isparivač – kompresor – kondenzator – prigušnica – isparivač.
Srce kruga je kompresor. Možete kupiti novu, ali jeftinije je naći rabljenu. Naravno da ne govorimo o kompresorima male snage za kućanske hladnjake, već o modelima ugrađenim u split sustave. U režimu grijanja potrebno je usredotočiti se ne na potrošnju energije, već na snagu (koja je 5–20% veća nego u načinu hlađenja).
Odaberite model kompresora u omjeru 1 kW po 10 sq. metara grijane površine.
Pažnja! Snaga se može navesti ne samo u kW, već i u BTU (engleska jedinica za mjerenje toplinske energije, usvojena za klimatsku tehnologiju). Pretvorba je jednostavna – BTU vrijednost podijelite s 3,4.
Pri izračunavanju parametara toplinske pumpe, uključujući izmjenjivače topline, koristi se softver za modeliranje, proračun i optimizaciju rashladnih sustava, na primjer, CoolPack
Već u fazi izračuna (ili bolje rečeno, prilikom određivanja “ulaza”) možete optimizirati sustav odabirom optimalnih toplinskih uvjeta.
Upotreba toplinske pumpe učinkovita je za sustave grijanja na niskim temperaturama, na primjer, za podno grijanje s temperaturom ne većom od 35-40 ° C. Usput, ista temperatura preporučuje se za medicinske potrebe za sustav tople vode.
Za svaku vrstu freona postoje optimalne temperature “dovoda” i “izlaza”, točnije, ključanja i kondenzacije, ali razlika u svim njima nije veća od 45-50 ° C.
Čini se da će porast temperature na izlazu toplinske crpke imati pozitivan učinak, ali to nije slučaj. Također će se povećati temperaturna razlika, što će dovesti do smanjenja COP-a (konverzijskog faktora ili učinkovitosti toplinskog motora). Pored toga, ovo će zahtijevati upotrebu snažnijeg kompresora i dodatnu potrošnju energije..
Idealni COP se ne može postići (gubici u kompresoru, potrošnja električne energije, gubici topline tijekom transporta unutar sustava, itd.), Pa se stvarne vrijednosti obično kreću u rasponu od 3 do 5.
Postoji još jedan način za povećanje učinkovitosti – uporaba dvovalentnog kruga grijanja.
U stvarnosti, rad sustava grijanja u punom kapacitetu potreban je samo 15-20% tijekom cijele sezone. Tijekom tog vremena možete koristiti dodatne uređaje za grijanje (na primjer, keramički grijač ili konvektor). Smanjenje konstrukcijske toplinske snage do 80% štedi na kompresoru, smanjuje dubinu bušotine ili duljinu vodoravnih cijevi i smanjuje potrošnju energije za servisiranje toplinske pumpe.
Dizajn vodoravnog ili vertikalnog zemljanog izmjenjivača topline ovisi o zadanom nazivu izlazne toplinske crpke i COP-u. U prosjeku uklanja se 20 W s svakog metra “horizonta” (sa korakom polaganja cijevi od najmanje 0,7 m), a iz “vertikale” – 50 W. Ali određene vrijednosti ovise o vrsti stijene i njenom sadržaju vlage. Najbolje vrijednosti za podzemne vode.
Zanimljiv! Postoje i drugi zemljani izmjenjivači topline – “spiralno” ili “košarica”. U stvari, to je vertikalna sonda izrađena od cijevi u obliku spirale, koja omogućuje smanjenje dubine bušenja..
Nakon što odredite duljinu vodoravnog kruga ili dubinu vertikalne sonde, izračunajte dimenzije isparivača i kondenzatora.
Proizvodnja isparivača i kondenzatora
Možete kupiti gotove izmjenjivače topline i za isparivač (pri niskom tlaku) i za kondenzator (pri tlaku do 25 bara). Ali jeftinije je napraviti ih od bakrene cijevi za klima uređaje (koja je dizajnirana posebno za rad s rashladnim sredstvima pod visokim tlakom) i improviziranih spremnika.
Važno! Vodovodna bakrena cijev nije tako čista i fleksibilna. Još je gore za lemljenje i kotrljanje.
Izračunava se površina izmjenjivača topline koja je izravno proporcionalna snagama otpuštanja topline i obrnuto proporcionalna razlici temperature toplinskih nosača na ulazu i izlazu svakog spojenog kruga (zemlja i sustav grijanja).
Znajući promjer cijevi i površinu, odredite duljinu svake zavojnice isparivača i kondenzatora.
Bolje je napraviti spremnik za kondenzator od nehrđajućeg čelika (temperatura dolazne pare freona može biti prilično visoka):
- uzmite gotov spremnik odgovarajućeg kapaciteta (tako da se spirala iz bakrene cijevi uklapa);
- stavite zavojnicu u nju (ulaz na vrhu, izlaz na dnu);
- uklonite krajeve bakrene cijevi za spajanje na kompresor i ekspanzijski ventil (lemljenjem ili prirubnicom);
- izvršite povezivanje adaptera u spremniku za spajanje cijevi sustava grijanja;
- zavarite poklopac.
Isparivač radi na nižim temperaturama, tako da možete uzeti jeftiniji plastični spremnik, u koji su urezani adapteri za spajanje na uzemljenu petlju. Također se od kondenzatora razlikuje po mjestu namota izmjenjivača topline – ulaza (tekuća faza freona iz ekspanzijskog ventila) odozdo, izlaza u kompresor odozdo..
Ugradnja kruga
Nakon proizvodnje izmjenjivača topline sastavlja se plinsko-hidraulički krug:
- kompresor, kondenzator i isparivač instalirani su na mjestu;
- lemljene ili prirubničke bakrene cijevi;
- spojite isparivač na pumpu kruga uzemljenja;
- spojite kondenzator na sustav grijanja.
1 – cirkulacijska pumpa kruga tla; 2 – isparivač; 3 – izlaz iz konture tla; 4 – termostatski ventil; 5 – kompresor; 6 – na sustav grijanja; 7 – kondenzator; 8 – povratak sustava grijanja
Električni krug (kompresor, pumpa za uzemljenje, hitna automatizacija) mora biti povezan putem namjenskog kruga koji mora izdržati prilično velike početne struje.
Nužno je koristiti prekidač, kao i hitno isključivanje s prekidača temperature: na izlazu vode iz kondenzatora (s pregrijavanjem) i na izlazu slanika iz isparivača (s pregrijavanjem).
Imate li iskustva sa izradom toplinske pumpe za grijanje kuće? Kako biste ocijenili njezinu učinkovitost i isplativost u usporedbi s drugim sustavima grijanja? Koji materijali i alati su potrebni za izgradnju takve pumpe? Da li postoji neki vodič ili tutorial koji biste preporučili za početnike poput mene? Hvala!
Kako mogu napraviti toplinsku pumpu za grijanje kuće? Može li mi netko pružiti informacije i savjete o tome? Koje materijale i alate trebam koristiti? Koliko vremena i truda će biti potrebno da bude učinkovita? Molim vas, podijelite svoja iskustva i znanje s nama. Hvala!