Obsah článku
- Trocha teorie
- Kde je lepší odvádět teplo
- Schematický diagram
- Výroba výparníku a kondenzátoru
- Instalace obvodu
Na rozdíl od zařízení s alternativní energií, jako jsou solární panely a větrné turbíny, je tepelné čerpadlo méně známé. A marně. Nejběžnější schéma podzemních vod funguje stabilně a nezávisí na počasí nebo klimatických podmínkách. A můžete si to udělat sami.
Trocha teorie
Nejjednodušší je využít přirozené teplo Země k vytápění bytů, pokud v oblasti existují geotermální vody (jako na Islandu). Ale takové podmínky jsou vzácné..
A zároveň tepelná energie je všude – stačí ji extrahovat a nechat ji fungovat. To je to, pro co je tepelné čerpadlo. Co to dělá:
- bere energii z nízkoteplotních přírodních zdrojů;
- akumuluje ji, to znamená, že zvyšuje teplotu na vysoké hodnoty;
- dává to chladicí kapalině topného systému.
V zásadě se používá standardní chladicí okruh kompresoru, ale „naopak“. V prvním okruhu cirkuluje přírodní tepelný nosič. Je uzavřen u tepelného výměníku, který funguje jako výparník pro druhý okruh.
1 – země; 2 – oběh solanky; 3 – oběhové čerpadlo; 4 – výparník; 5 – kompresor; 6 – kondenzátor; 7 – topný systém; 8 – chladivo; 9 – sytič
Druhým okruhem je samotné tepelné čerpadlo, uvnitř kterého je freon. Cyklus tepelného čerpadla se skládá z následujících kroků:
- Ve výparníku se freon zahřívá na teplotu varu. Závisí to na typu freonu a tlaku v této části systému (obvykle do 5 atmosfér).
- V plynném stavu vstupuje freon do kompresoru a je stlačen na 25 atmosfér, zatímco jeho teplota stoupá (čím větší je komprese, tím vyšší je teplota). Toto je fáze akumulace tepla – od velkého objemu s nízkou teplotou, přechodu k malému objemu s vysokou teplotou.
- Plyn ohřátý tlakem vstupuje do kondenzátoru, ve kterém je teplo přenášeno do chladicího média topného systému.
- Po ochlazení vstupuje freon do škrticí klapky (tzv. Regulátor průtoku nebo termostatický ventil). V něm poklesne tlak, kondenzuje freon a vrací se do výparníku ve formě kapaliny.
Kde je lepší odvádět teplo
V zásadě existují tři média, ze kterých lze teplo „odvádět“:
1. Vzduch. Při normálním tlaku vaří všechny typy freonů za záporných teplot (například R22 – asi -25 ° C, R404 a R502 – asi -30 ° C). Ale pro cirkulaci v systému je nutné vytvořit přetlak již v první fázi – odpařování. Stejné 4 atmosféry ve výparníku vyžadují, aby teplota venkovního vzduchu byla alespoň 0 ° C pro R22 a -5 ° C pro R404 a R502. V našich regionech lze toto tepelné čerpadlo použít pro vytápění mimo sezónu a pro zásobování teplou vodou v teplé sezóně..
2. Voda. Jedná se o stabilnější zdroj tepla za předpokladu, že nádrž v zimě nezamrzne až na dno. Dům by ale neměl být jen u jezera nebo řeky, ale měl by být v první řadě.
3. Země. Nejstabilnější zdroj tepelné energie. Můžete použít dvě schémata – horizontální a vertikální. Horizontální se zdá jednodušší, protože nevyžaduje vrtání. Bude však třeba provést velké množství zemních prací, aby se kopal systém zákopů do hloubky pod úrovní zamrzání půdy (pro střední šířky se pohybuje od 1 metru na západ od evropské části země a až do 1,6 až 1,8 blíž k Uralu, na Sibiři je situace „ještě horší“) „Vertikální schéma je všestrannější a efektivnější, ale vyžaduje vrtání do značné hloubky. Přesto lze použít několik mělkých vrtů místo jedné hluboké..
Schematický diagram
Samotný okruh tepelného čerpadla je jednoduchý: výparník – kompresor – kondenzátor – sytič – výparník.
Srdcem obvodu je kompresor. Můžete si koupit nový, ale je levnější najít použitý. Samozřejmě nemluvíme o nízkoenergetických kompresorech pro domácí chladničky, ale o modelech instalovaných v split systémech. Je nutné se nezaměřovat na spotřebu energie, ale na energii v režimu vytápění (což je o 5–20% vyšší než v režimu chlazení).
Model kompresoru je vybrán podle poměru 1 kW na 10 m2. metrů vytápěné plochy.
Pozornost! Výkon lze uvést nejen v kW, ale také v BTU (anglická jednotka měření tepelné energie, přijatá pro klimatickou technologii). Převod je snadný – vydělte hodnotu BTU 3,4.
Při výpočtu parametrů tepelného čerpadla, včetně tepelných výměníků, použijte software určený pro modelování, výpočet a optimalizaci chladicích systémů, například CoolPack.
Již ve fázi výpočtů (nebo spíše při určování „vstupu“) můžete optimalizovat systém výběrem optimálních tepelných podmínek.
Použití tepelného čerpadla je účinné pro nízkoteplotní topné systémy, například pro podlahové vytápění s teplotou nepřesahující 35–40 ° C. Mimochodem, stejná teplota se doporučuje pro lékařské požadavky na systém teplé vody.
Pro každý typ freonu existují optimální teploty „vstupu“ a „výstupu“, přesněji varu a kondenzace, ale rozdíl ve všech z nich není větší než 45–50 ° C.
Zdá se, že zvýšení teploty na výstupu z tepelného čerpadla bude mít pozitivní účinek, ale není tomu tak. Rozdíl teplot se také zvýší, což povede ke snížení COP (konverzní faktor nebo účinnost tepelného motoru). Navíc to bude vyžadovat použití výkonnějšího kompresoru a další spotřebu energie..
Ideálního COP nelze dosáhnout (ztráty v kompresoru, spotřebu energie, tepelné ztráty během přepravy v systému atd.), Takže skutečné hodnoty obvykle leží v rozmezí 3 až 5.
Existuje další způsob, jak zvýšit účinnost – použití bivalentního topného okruhu.
Ve skutečnosti je provoz topného systému na plný výkon potřebný pouze pro 15–20% celé sezóny. Během této doby můžete použít další topná zařízení (například keramický ohřívač nebo konvektor). Snížení konstrukčního tepelného výkonu až o 80% ušetří kompresor, sníží hloubku studny nebo délku vodorovných trubek a sníží spotřebu energie při údržbě samotného tepelného čerpadla..
Konstrukce vodorovného nebo svislého zemního tepelného výměníku závisí na daném jmenovitém výkonu tepelného čerpadla a COP. Průměrně se z každého metru „horizontu“ (s krokem pokládky potrubí nejméně 0,7 m) odstraní v průměru 20 W a ze „svislého“ – 50 W. Konkrétní hodnoty však závisí na typu horniny a jeho vlhkosti. Nejlepší hodnoty pro podzemní vody.
Zajímavý! Existují také další zemní tepelné výměníky – „spirála“ nebo „koš“. Ve skutečnosti se jedná o vertikální sondu vyrobenou z trubky ve tvaru spirály, která umožňuje snížit hloubku vrtání..
Po stanovení délky vodorovného okruhu nebo hloubky svislé sondy vypočítejte rozměry výparníku a kondenzátoru.
Výroba výparníku a kondenzátoru
Můžete si koupit hotové výměníky tepla jak pro výparník (při nízkém tlaku), tak i pro kondenzátor (při tlaku do 25 bar). Je však levnější vyrábět je z měděné trubice pro klimatizaci (která je navržena speciálně pro práci s chladivy pod vysokým tlakem) a improvizované nádoby.
Důležité! Instalatérské měděné potrubí není tak čisté a flexibilní. Horší je pájení a válcování během instalace.
Vypočítá se povrchová plocha tepelného výměníku, která je přímo úměrná výkonu uvolňujícímu teplo a nepřímo úměrná teplotnímu rozdílu nosičů tepla na vstupu a výstupu každého připojeného okruhu (zem a topný systém)..
Znáte průměr trubky a plochu povrchu a určete délku každé cívky pro výparník a kondenzátor.
Je lepší vyrobit nádobu pro kondenzátor z nerezové oceli (teplota vstupujících freonových par může být docela vysoká):
- vzít hotovou nádrž o vhodné kapacitě (aby se hodila spirála z měděné trubice);
- vložte do něj cívku (vstup nahoře, výstup na dno);
- odstranit konce měděné trubice pro připojení k kompresoru a expanznímu ventilu (pájením nebo přírubou);
- vytvořit spojku adaptérů v nádrži pro připojení potrubí topného systému;
- přivařte víko.
Výparník pracuje při nižších teplotách, takže si můžete vzít levnější plastovou nádobu, do které jsou rozříznuty adaptéry pro připojení k zemní smyčce. Liší se také od kondenzátoru v místě cívky výměníku tepla – vstup (kapalná fáze freonu z expanzního ventilu) zespodu, výstup do kompresoru shora.
Instalace obvodu
Po výrobě tepelných výměníků se sestaví plynovo-hydraulický obvod:
- kompresor, kondenzátor a výparník jsou nainstalovány na místě;
- měděné trubky jsou pájeny nebo připojeny k přírubě;
- připojte výparník k čerpadlu zemního okruhu;
- připojte kondenzátor k topnému systému.
1 – oběhové čerpadlo půdního okruhu; 2 – výparník; 3 – výstup z obrysu půdy; 4 – termostatický ventil; 5 – kompresor; 6 – do topného systému; 7 – kondenzátor; 8 – návrat topného systému
Elektrický obvod (kompresor, čerpadlo zemní smyčky, nouzová automatizace) musí být připojen přes vyhrazený obvod, který musí odolat poměrně vysokým spouštěcím proudům.
Je bezpodmínečně nutné použít jistič a nouzové vypnutí z teplotního spínače: na výstupu vody z kondenzátoru (s přehřátím) a výstupu solanky z výparníku (s podchlazením).
Jaká jsou nejoblíbenější a nejefektivnější tepelná čerpadla pro vytápění domácností, která si mohu sám postavit? Existují nějaké osvědčené návody nebo stavební plány, které byste mi mohl doporučit? Děkuji za odpověď.
Je možné si sám postavit tepelné čerpadlo pro vytápění domácností? Jaké jsou náklady a potřebné dovednosti pro provedení tohoto projektu? Existuje nějaké nebezpečí spojené s instalací a používáním tepelných čerpadel? Děkuji za odpověď!