První verze tepelných čerpadel by mohla jen částečně uspokojit potřeby tepelné energie. Moderní odrůdy jsou účinnější a lze je použít pro vytápění. To je důvod, proč se mnozí majitelé domů snaží namontovat tepelné čerpadlo vlastníma rukama.
Řekneme vám, jak si vybrat nejlepší variantu pro tepelné čerpadlo, s přihlédnutím k geo-datům oblasti, kde se má instalovat. Článek navržený k posouzení podrobně popisuje princip fungování systémů využívajících „zelenou energii“, rozdíly jsou uvedeny. S naší radou se budete bezpochyby zabývat efektivním typem.
U nezávislých mistrů prezentujeme technologii montáže tepelného čerpadla. Prezentované informace jsou doplněny vizuálními diagramy, výběry fotografií a podrobnou videozáznamem ve dvou částech.
Co je tepelné čerpadlo a jak funguje?
Termín tepelné čerpadlo se týká sady specifických zařízení. Hlavní funkcí tohoto zařízení je sběr tepelné energie a její přeprava ke spotřebiteli. Zdrojem takové energie může být jakékoliv těleso nebo médium, které má teplotu + 1 ° nebo více stupňů.
V našem prostředí jsou zdroje nízkoteplotního tepla více než dostačující. Jedná se o průmyslové odpady podniků, tepelné a jaderné elektrárny, splašky atd. Pro provoz tepelných čerpadel v oblasti vytápění domácností jsou potřeba tři samoregenerační přírodní zdroje - vzduch, voda, půda.
Tepelná čerpadla „čerpají“ energii z procesů, které se pravidelně vyskytují v prostředí. Tok procesů se nikdy nezastaví, protože zdroje jsou lidskými kritérii považovány za nevyčerpatelné.
Tři potenciální dodavatelé energie jsou přímo spojeni s energií Slunce, která prostřednictvím ohřevu pohání vzduch větrem a přenáší tepelnou energii na Zemi. Hlavním kritériem, podle kterého jsou systémy tepelného čerpadla klasifikovány, je volba zdroje.
Princip činnosti tepelných čerpadel je založen na schopnosti těles nebo médií přenášet tepelnou energii do jiného těla nebo média. Příjemci a dodavatelé energie v systémech tepelných čerpadel obvykle pracují ve dvojicích.
Rozlišujte následující typy tepelných čerpadel:
- Vzduch je voda.
- Země je voda.
- Voda je vzduch.
- Voda je voda.
- Země je vzduch.
- Voda - voda
- Vzduch je vzduch.
V tomto případě první slovo určuje typ média, ve kterém má systém nízkoteplotní teplo. Druhá označuje typ nosiče, na který se tato tepelná energie přenáší. V tepelných čerpadlech je tedy voda voda, teplo je odebíráno z vodního média a kapalina je používána jako nosič tepla.
Tepelná čerpadla konstruktivního typu jsou zařízení pro kompresi par. Získávají teplo z přírodních zdrojů, zpracovávají a přepravují ke spotřebitelům (+)
Moderní tepelná čerpadla využívají tři hlavní zdroje tepelné energie. To - půda, voda a vzduch. Nejjednodušší z těchto možností je vzduchové tepelné čerpadlo. Popularita těchto systémů je spojena s jejich poměrně jednoduchým designem a snadnou instalací.
Tepelné čerpadlo obsahuje vnitřní a venkovní jednotku. Vnější část je určena pro přirozený příjem energie, vnitřní pro její zpracování 
Externí jednotka tepelného čerpadla vzduch-vzduch je podobná venkovní klimatizaci, používá podobné principy. 
Pokud chcete zvýšit výkon tepelného systému vzduch-vzduch, zvětšete plochu výparníku. 
Tepelné systémy využívající teplo ze zemského interiéru jsou podstatně složitější a dražší. Mezi nimi jsou vertikální práce - studny 
Pro konstrukci horizontálních odpařovacích systémů, které odvádějí teplo z půdy, jsou zapotřebí velké plochy bez budov. 
Trubky výparníku mohou být v zákopech uloženy v mnoha smyčkách. Hlavní věcí je vykopat potřebný záznam přijímače energie do země 
Studna pro využití energie podzemní vody je konstruována podle principů obdobných pravidlům systémů výparníku zařízení s přívodem zemní energie 
Pro zařízení vertikálního výparníku tepelného čerpadla, které využívá energii vody, potřebujete blízkou nádrž dostatečné plochy
Nicméně, přes tuto popularitu, tyto odrůdy mají spíše nízkou produktivitu. Kromě toho je účinnost nestabilní a závisí na sezónních výkyvech teploty.
S klesající teplotou výrazně klesá jejich výkon. Tyto varianty tepelných čerpadel lze považovat za doplnění stávajícího hlavního zdroje tepelné energie.
Možnosti zařízení, které využívají zemní teplo, jsou považovány za účinnější. Půda přijímá a hromadí tepelnou energii nejen ze Slunce, ale je neustále ohřívána energií zemského jádra.
To znamená, že půda je druhem akumulátoru tepla, jehož kapacita je prakticky neomezená. Navíc teplota půdy, zejména v určité hloubce, je konstantní a mění se v nevýznamných mezích.
Rozsah energie generované tepelnými čerpadly:
Tepelná čerpadla slouží jako dodavatelé energie pro potřeby nízkoteplotních topných okruhů a systémů ohřevu vody. 
Tepelná čerpadla našli nejaktivnější využití jako dodavatel energie pro okruhy ohřevu vzduchu. 
Tepelná čerpadla jsou schopna plně zajistit systém teplou podlahou s požadovaným množstvím požadované teploty chladiva 
Malé tepelné čerpadlo malého nebo středního výkonu se dokonale vyrovná s ohřívanou vodou pro soukromý bazén
Stabilita zdrojové teploty je důležitým faktorem stabilního a efektivního provozu tohoto typu energetického zařízení. Podobné charakteristiky mají systémy, ve kterých je vodní prostředí hlavním zdrojem tepelné energie. Kolektor těchto čerpadel je umístěn buď ve studni, kde je umístěn ve vodonosném potrubí nebo v nádrži.
Průměrná roční teplota těchto zdrojů, jako je půda a voda, se pohybuje od + 7 ° do + 12 ° C. Tato teplota je dostačující k zajištění efektivního provozu systému.
Nejúčinnější jsou tepelná čerpadla, která odebírají tepelnou energii ze zdrojů se stabilními teplotními indexy, tzn. z vody a půdy
Hlavní konstrukční prvky tepelných čerpadel
Aby mohla elektrárna pracovat podle principů provozu tepelného čerpadla, musí její konstrukce zahrnovat 4 hlavní jednotky, kterými jsou:
- Kompresor.
- Výparník
- Kondenzátor
- Škrticí klapka.
Důležitým prvkem konstrukce tepelného čerpadla je kompresor. Jeho hlavní funkcí je zvýšení tlaku a teploty par vznikajících při varu chladiva. Pro HVAC zařízení a tepelná čerpadla se používají zejména moderní svitkové kompresory.
Kapaliny s nízkou teplotou varu se používají jako pracovní médium, které provádí přímý přenos tepelné energie. Obecně se používá amoniak a freony (+).
Tyto kompresory jsou konstruovány pro provoz při teplotách pod nulou. Na rozdíl od jiných odrůd, šnekové kompresory produkují malý hluk a pracují jak při nízkých teplotách varu plynu, tak při vysokých teplotách kondenzace. Nespornou výhodou je jejich kompaktní velikost a nízká měrná hmotnost.
Téměř veškerá energie tepelného čerpadla se vynakládá na přepravu tepelné energie zvenčí do místnosti. Takže práce systémů trvá asi 1 energetickou jednotku ve výrobě 4 - 6 jednotek (+)
Výparník jako konstrukční prvek je nádrž, ve které dochází k přeměně kapalného chladiva na páry. Chladivo, cirkulující v uzavřeném okruhu, prochází výparníkem. V něm se chladivo ohřívá a mění se na páru. Výsledné páry pod nízkým tlakem směřují k kompresoru.
V kompresoru jsou páry chladiva vystaveny tlaku a jejich teplota stoupá. Kompresor čerpá ohřívanou páru pod vysokým tlakem do kondenzátoru.
Kompresor stlačuje médium cirkulující v okruhu, v důsledku čehož se zvyšuje jeho teplota a tlak. Potom stlačené médium vstupuje do tepelného výměníku (kondenzátoru), kde je chlazeno, odvádí teplo do vody nebo vzduchu
Dalším konstrukčním prvkem systému je kondenzátor. Jeho funkce je omezena na návrat tepelné energie do vnitřního okruhu topného systému.
Sériové vzorky vyráběné průmyslovými podniky jsou vybaveny deskovými výměníky tepla. Hlavním materiálem pro tyto kondenzátory je legovaná ocel nebo měď.
Pro vlastní výrobu tepelného výměníku vhodné měděné trubky o průměru půl palce. Tloušťka stěny trubek používaných k výrobě výměníku tepla musí být nejméně 1 mm
Na začátku této části hydraulického okruhu, kde je vysokotlaké cirkulační médium přeměněno na médium s nízkým tlakem, je nainstalován ventil termostatu nebo jinak sytič. Přesněji řečeno, škrtící klapka spřažená s kompresorem rozděluje okruh tepelného čerpadla na dvě části: jednu s vysokotlakými parametry, druhou s nízkými.
Při průchodu expanzním škrtícím ventilem se kapalina cirkulující v uzavřeném okruhu částečně vypařuje, v důsledku čehož tlak klesá s teplotou. Poté vstupuje do výměníku tepla, komunikuje s okolím. Zachycuje energii média a přenáší ji zpět do systému.
Pomocí škrtícího ventilu je průtok chladiva regulován směrem k výparníku. Při volbě ventilu je třeba vzít v úvahu parametry systému Ventil musí splňovat tyto parametry.
Při průchodu tepelným regulačním ventilem se teplonosná kapalina částečně vypařuje a teplota proudění klesá (+)
Vyberte typ tepelného čerpadla
Hlavním indikátorem tohoto topného systému je výkon. Od výkonu v první řadě bude záležet na finančních nákladech na nákup zařízení a výběru jednoho nebo jiného zdroje nízkoteplotního tepla. Čím vyšší je kapacita tepelného čerpacího systému, tím větší jsou náklady na konstrukční prvky.
Především se jedná o kapacitu kompresoru, hloubku vrtů pro geotermální sondy nebo oblast pro uložení horizontální nádrže. Správné termodynamické výpočty jsou zárukou, že systém bude fungovat efektivně.
Pokud je vedle osobního prostoru vodní nádrž, bude tepelné čerpadlo voda-voda nejhospodárnější a nejproduktivnější.
Pro začátek je nutné studovat místo, které je plánováno pro instalaci čerpadla. Ideálním stavem je přítomnost rezervoáru na tomto místě. Volba typu voda-voda výrazně sníží množství zemních prací.
Použití tepla země, naopak, zahrnuje velké množství prací souvisejících s výkopem. Systémy, které využívají vodní prostředí jako teplo nízké kvality, jsou považovány za nejúčinnější.
Zařízení tepelného čerpadla, které odebírá tepelnou energii z půdy, zahrnuje působivé množství zemních prací. Kolektor je položen pod sezónní mrazovou hladinu.
Použijte tepelnou energii půdy dvěma způsoby. První zahrnuje vrtání vrtů o průměru 100-168 mm. Hloubka těchto jamek může v závislosti na parametrech systému dosáhnout 100 m nebo více.
V těchto jamkách jsou umístěny speciální sondy. Druhá metoda využívá kolektor trubek. Takový kolektor je umístěn pod zemí v horizontální rovině. Pro tuto možnost potřebujete dostatek prostoru.
Pro pokládku kolektoru jsou prostory s mokrým povrchem považovány za ideální. Samozřejmě, že vrtání vrtů bude stát více než horizontální umístění nádrže. Ne každý web však má volné místo. Pro jeden kW výkonu tepelného čerpadla potřebujete od 30 do 50 m² plochy.
Zařízení pro odebírání tepelné energie z jedné hluboké studny může být o něco levnější než vykopání jámy. Ale vážným plusem jsou významné úspory ve vesmíru, což je důležité pro majitele malých ploch.
V případě přítomnosti vysoko položeného horizontu podzemních vod mohou být výměníky tepla uspořádány ve dvou studnách umístěných ve vzdálenosti asi 15 m od sebe.
Výběr tepelné energie v těchto systémech čerpáním podzemní vody v uzavřené smyčce, jejíž části jsou umístěny v studnách. Takový systém musí instalovat filtr a pravidelně čistit výměník tepla.
Nejjednodušší a nejlevnější schéma tepelného čerpadla je založeno na odsávání tepelné energie ze vzduchu. Jakmile se stal základem pro zařízení chladničky, později podle svých zásad byly vyvinuty klimatizační zařízení.
Nejjednodušší systém tepelného čerpadla čerpá energii ze vzduchové hmoty. V létě se podílí na vytápění, v zimě v klimatizaci. Mínus systému je, že v nezávislé verzi je jednotka s nedostatečným výkonem
Účinnost různých typů tohoto zařízení není stejná. Nejnižší indikátory mají čerpadla používající vzduchové prostředí. Tyto údaje jsou navíc přímo závislé na povětrnostních podmínkách.
Půdní typy tepelných čerpadel mají stabilní výkon. Koeficient účinnosti těchto systémů se pohybuje v rozmezí 2, 8-3, 3. Nejúčinnější systémy mají vodu-vodu. To je dáno především stabilitou teploty zdroje.
Je třeba poznamenat, že čím hlouběji je kolektor čerpadla umístěn v nádrži, tím stabilnější bude teplota. Pro dosažení výkonu systému 10 kW potřebujete asi 300 metrů potrubí.
Hlavním parametrem charakterizujícím účinnost tepelného čerpadla je jeho konverzní koeficient. Čím vyšší je koeficient přeměny, tím účinnější je tepelné čerpadlo.
Konverzní poměr tepelného čerpadla je vyjádřen jako poměr tepelného toku a elektrické energie spotřebované kompresorem.
Budování tepelného čerpadla
Znát schéma činnosti a zařízení tepelného čerpadla, je zcela možné sestavit a sestavit alternativní topný systém nezávisle. Před zahájením práce je nutné spočítat všechny základní parametry budoucího systému. Pro výpočet parametrů budoucího čerpadla můžete použít software určený k optimalizaci chladicích systémů.
Nejjednodušší variantou je systém vzduch-voda. Nevyžaduje složitou práci na zařízení externího okruhu, která je vlastní vodním a zemním variantám tepelných čerpadel. Pro instalaci budou potřeba pouze dva kanály, z nichž jeden bude zásobován vzduchem, druhý bude použit k vypouštění odpadní hmoty.
Nejjednodušší způsob, jak to udělat sami, je mít tepelné čerpadlo s teplem odebíraným ze vzdušné hmoty. Venkovní ventilátor fouká vzduch do výparníku.
Kromě ventilátoru musíte získat kompresor s požadovaným výkonem. Pro takovou jednotku je vhodný kompresor, který je vybaven konvenčními dělenými systémy. Není nutné kupovat novou jednotku.
Můžete ji odstranit ze starého zařízení nebo použít komponenty staré chladničky. Doporučuje se použít spirální verzi. Tyto možnosti kompresoru, kromě dostatečné účinnosti, vytvářejí vysoký tlak, který zajišťuje zvýšení teploty.
K vybudování kondenzátoru potřebujete nádrž a měděnou trubku. Z potrubí je cívka. Pro jeho výrobu s použitím jakéhokoliv válcového tělesa požadovaného průměru. S navinutým měděným potrubím můžete tento konstrukční prvek snadno a rychle vyrobit.
Připravená cívka je namontována v předřezu na poloviční kapacitu. Pro výrobu kontejnerů je lepší použít materiály odolné vůči korozním procesům. Po umístění cívky do ní jsou poloviny nádrže svařeny.
Plocha cívky se vypočítá podle následujícího vzorce:
MT / 0, 8 RT,
kde:
- MT je výkon tepelné energie, kterou systém vyrábí.
- 0, 8 je koeficient tepelné vodivosti v interakci vody s materiálem cívky.
- RT - rozdíl teploty vody na vstupu a výstupu.
Výběr měděné trubky pro vlastní výrobu cívky, musíte věnovat pozornost tloušťce stěn. Musí být nejméně 1 mm. Jinak se při navíjení trubka deformuje. Trubka, skrze kterou je přívod chladiva umístěn v horní části nádrže.
Výměník tepla je vyroben z měděné trubky navíjením měděné trubky na předmět válcového tvaru. Čím větší je plocha cívky, tím vyšší je výkon čerpadla
Výparník tepelného čerpadla může být vyroben ve dvou provedeních - ve formě nádrže s cívkou v ní a ve formě trubky v potrubí. Поскольку, температура жидкости в испарителе небольшая, емкость можно выполнить из пластиковой бочки. В эту емкость помещается контур, который выполняется из медной трубы.
В отличие от конденсатора, спираль змеевика испарителя должна соответствовать диаметру и высоте выбранной емкости. Второй вариант испарителя: труба в трубе. В таком варианте трубка с хладагентом размещается в пластиковой трубе большего диаметра, по которой циркулирует вода.
Длина такой трубы зависит от планируемой мощности насоса. Она может быть от 25 до 40 метров. Такую трубу сворачивают в спираль.
Терморегулирующий клапан относится к запорно-регулирующей трубопроводной арматуре. В качестве запорного элемента в ТРВ используется игла. Положение запорного элемента клапана обуславливается температурой в испарителе.
Это важный элемент системы имеет довольно сложную конструкцию. В ее состав входят:
- Термоэлемент.
- Диафрагма.
- Капиллярная трубка.
- Термобаллон.
Эти элементы могут прийти в негодность при высокой температуре. Поэтому во время работ по пайке системы клапан следует изолировать при помощи асбестовой ткани. Регулирующий клапан должен соответствовать производительности испарителя.
После проведения работ по изготовлению основных конструкционных частей наступает ответственный момент сборки всей конструкции в единый блок. Наиболее ответственным этапом является процесс закачки хладагента или теплоносителя в систему.
Самостоятельное проведение подобной операции вряд ли по силам простому обывателю. Тут придется обратиться к профессионалам, которые занимаются ремонтом и обслуживанием климатического оборудования.
У работников этой сферы, как правило, имеется необходимое оборудование. Помимо заправки хладагента они могут протестировать работу системы. Самостоятельная закачка хладагента может привести не только к поломке конструкции, но и к тяжелым травмам. Кроме того, для запуска системы так же необходимо специальное оборудование.
При запуске системы происходит пиковая пусковая нагрузка, составляющая, как правило, около 40 А. Поэтому запуск системы без пускового реле невозможен. После первого пуска необходима регулировка клапана и давления хладагента.
К выбору хладагента стоит отнестись со всей серьезностью. Ведь именно это вещество по сути считается основным “переносчиком” полезной тепловой энергии. Из существующих современных хладагентов наибольшей популярностью пользуются фреоны. Это производные углеводородных соединений, в которых часть атомов углерода замещается на другие элементы.
В результате сборки отдельных элементов теплового насоса должен получиться замкнутый контур, по которому циркулирует рабочая среда
В результате проведения этих работ получилась система с замкнутым контуром. В нем будет циркулировать хладагент, обеспечивая отбор и перенос тепловой энергии от испарителя к конденсатору. При подключении тепловых насосов к системе теплоснабжения дома следует учитывать, что температура воды на выходе из конденсатора не превышает 50 – 60 градусов.
В связи небольшой температурой тепловой энергии, вырабатываемой тепловым насосом, в качестве потребителя тепла нужно выбирать специализированные приборы отопления. Это может быть теплый пол или же объемные низко-инерционные радиаторы из алюминия или стали с большой площадью излучения.
Самодельные варианты тепловых насосов наиболее уместно рассматривать в качестве вспомогательного оборудования, которое поддерживает и дополняет работу основного источника.
С каждым годом конструкции тепловых насосов совершенствуются. В промышленных образцах, предназначенных для бытового использования, используются более эффективные теплопередающие поверхности. В результате производительность систем постоянно растет.
Немаловажным фактором, который стимулирует развитие подобной технологии производства тепловой энергии, является экологическая составляющая. Подобные системы помимо того, что являются довольно эффективными, не загрязняют окружающую среду. Отсутствие открытого пламени делает его работу абсолютно безопасной.
Závěry a užitečné video na toto téma
Video č. 1. Как сделать простейший самодельный тепловой насос с теплообменником из РЕХ трубы:
Video č. 2. Продолжение инструктажа:
В качестве альтернативных систем отопления довольно давно используются тепловые насосы. Эти системы обладают надежностью, длительным сроком службы и, что немаловажно, безвредны для окружающей среды. Они всерьез начинают рассматриваться, как очередной шаг на пути развития эффективных и безопасных систем отопления.
Хотите задать вопрос или рассказать об интересном способе сооружения теплового насоса, не упомянутом в статье? Пишите, пожалуйста комментарии в расположенном ниже блоке.