Всеки собственик на частна къща се стреми да сведе до минимум разходите за отопление на дома. В това отношение термопомпите са много по-изгодни от другите опции за отопление; те дават 2,5-4,5 kW топлина от един киловат консумирана електроенергия. Обратната страна на монетата: за да получите евтина енергия, ще трябва да инвестирате много пари в оборудване, най-скромната отоплителна инсталация с мощност 10 кВт ще струва 3500 г. д. (начална цена).
Единственият начин да намалите разходите с 2-3 пъти е да направите термопомпа със собствените си ръце (съкратено като TN). Обмислете няколко реални работни възможности, сглобени и тествани от майсторите ентусиасти на практика. Тъй като производството на сложен агрегат изисква основни познания за хладилните машини, нека започнем с теорията.
Характеристики и принцип на работа на VT
По какво се различава термопомпата от другите инсталации за отопление на частни къщи:
- за разлика от котлите и отоплителните уреди, самият блок не произвежда топлина, но подобно на климатик, го премества вътре в сградата;
- ВТ е наречена помпата, защото "изпомпва" енергия от източници на нискокачествена топлина - околен въздух, вода или почва;
- агрегатът се захранва изключително от консумираната електроенергия от компресора, вентилаторите, циркулационните помпи и контролното табло;
- работата на устройството се основава на цикъла Carnot, използван във всички хладилни машини, например, климатици и сплит системи.
Референтен. Топлината се съдържа във всяко вещество, чиято температура е над абсолютната нула (минус 273 градуса). Съвременните технологии ви позволяват да приемате определената енергия от въздуха с температури до -30 ° C, земя и вода - до +2 ° C.
В циркулационния цикъл на Карно участва работен флуид - газов фреон, който кипи при минус температура. Чрез последователно изпаряване и кондензация в два топлообменника, хладилният агент абсорбира околната среда и го пренася в сградата. По принцип принципът на термопомпата повтаря работата на климатика, включен в отоплението:
- Намирайки се в течна фаза, фреонът се движи през тръбите на външен топлообменник-изпарител, както е показано на диаграмата. Получавайки топлина на въздух или вода през метални стени, хладилният агент се загрява, кипи и се изпарява.
- Тогава газът влиза в компресора, принуждавайки налягането до изчислената стойност. Нейната задача е да повиши температурата на кипене на веществото, така че фреонът да се кондензира при по-висока температура.
- Преминавайки през вътрешен топлообменник-кондензатор, газът отново се превръща в течност и се отдава натрупаната енергия директно на топлоносителя (вода) или на въздуха в помещението.
- На последния етап течният хладилен агент навлиза в приемника - сепаратор на влага, след това в устройството за дроселиране. Налягането на веществото отново спада, фреонът е готов да премине през втори цикъл.
Забележка. Конвенционалните сплит системи и фабричните термопомпи имат обща характеристика - способността да прехвърлят енергия в двете посоки и да работят в 2 режима - отопление / охлаждане. Превключването се осъществява с помощта на четириходов реверсивен клапан, който променя посоката на потока на газ по веригата.
В битовите климатици и VT се използват различни видове термостатични клапани, които намаляват налягането на хладилния агент пред изпарителя. В домакинските сплит системи ролята на регулатора се играе от обикновено капилярно устройство, в помпите е инсталиран скъп термостатичен клапан (TRV).
Обърнете внимание, че горният цикъл се среща при всички видове термопомпи. Разликата се състои в методите за подаване / отвеждане на топлина, които изброяваме по-долу.
Разновидности на инсталациите
Според общоприетата класификация VT се разделят на типове според източника на получена енергия и вида на охлаждащата течност, към която се прехвърля:
- Помпите въздух-въздух са най-близо до традиционните сплит системи, разликата е в областта на външния изпарител. Устройството отнема топлината на околната среда и директно пренася въздуха в помещението, както се случва при конвенционален климатик.
- Конструкцията на генераторите въздух-вода е идентична, но предвижда загряване на вода или антифриз, циркулиращи през отоплителната система на жилищна сграда.
- Монтажът от типа "вода-вода" отнема нискокачествената топлина на резервоара и го прехвърля в течната охлаждаща течност. Тук се използва допълнителен външен тръбен топлообменник, потопен в кладенец, езеро, кладенец или септична яма. Циркулацията на водата през изпарителя осигурява втора помпа.
- Геотермалната термопомпа използва топлината на почвата и загрява вътрешната охлаждаща течност. Външната топлообменна верига представлява намотка с антифриз, задълбочена с 1,5-2 м и заемаща голяма площ. Вторият вариант са няколко вертикални сонди от тръби, спуснати в кладенците на дълбочина 10-100 метра.
Референтен. Разновидностите на термопомпите са изброени по реда на увеличаване на разходите за оборудване, заедно с инсталацията. Въздушните инсталации са най-евтините, геотермалните инсталации са скъпи.
Основният параметър, характеризиращ термопомпата за отопление на къща, е коефициентът на ефективност на COP, който е равен на съотношението между получената и консумираната енергия. Например, сравнително евтините въздушни нагреватели не могат да се похвалят с висок COP - 2.5 ... 3.5. Обясняваме: след като изразходва 1 kW електроенергия, инсталацията доставя 2,5-3,5 kW топлина на жилището.
Водните и подземните системи са по-ефективни, реалният им коефициент е в диапазона от 3 ... 4.5. Производителност - променлива стойност, в зависимост от много фактори: дизайн на топлообменната верига, дълбочина на потапяне, температура и воден поток.
Важен момент. Термопомпите за гореща вода не могат да загряват топлоносителя до 60–90 ° C без допълнителни вериги. Нормалната температура на водата от трансформатора е 35 ... 40 градуса, котлите тук ясно печелят. Оттук и препоръката на производителя: свържете оборудването към отопление с ниска температура - подове с отопление с вода.
Кой VT е по-добре да се събира
Заявяваме проблема: трябва да изградим домашна термопомпа с най-ниски разходи. От това следва редица логични изводи:
- Инсталацията ще трябва да използва минимум скъпи части, така че няма да е възможно да се постигне висока COP. По отношение на производителността нашето устройство ще загуби от фабричните модели.
- Съответно няма смисъл да се прави чисто въздушен VT, по-лесно е да използвате инверторен климатик в режим на отопление.
- За да получите реални ползи, трябва да направите термопомпа "въздух - вода", "вода-вода" или да изградите геотермална инсталация. В първия случай е възможно да се постигне COP от около 2–2,2, в останалите случаи може да се постигне индикатор 3–3,5.
- Не е възможно да се направи без вериги за подово отопление. Топлинният носител, загрят до 30-35 градуса, е несъвместим с радиаторната мрежа, освен в южните райони.
Коментар. Производителите твърдят: инверторната сплит система работи при улична температура минус 15-30 ° C. Всъщност ефективността на отоплението е значително намалена. Според собствениците на жилища в мразовити дни вътрешното тяло доставя слабо топъл въздушен поток.
За внедряването на водната версия на VT се изискват определени условия (за избор):
- езерце на 25-50 м от дома, на по-голямо разстояние консумацията на електроенергия ще се увеличи значително поради мощната циркулационна помпа;
- кладенец или кладенец с достатъчно снабдяване (дебит) на вода и място за заустване (яма, втори кладенец, улук, канализация);
- сглобяем канализационен колектор (ако ви е позволено да се срине там).
Потреблението на подземни води е лесно да се изчисли.В процеса на избор на топлина, домашна термопомпа ще намали температурата им с 4-5 ° С, оттук обемът на дебита се определя чрез топлинния капацитет на водата. За да получим 1 кВт топлина (вземаме 5 градуса делта от температурата на водата), около 170 литра трябва да се задвижват през VT за час.
Отоплението на къща с площ от 100 м² ще изисква мощност от 10 кВт и консумация на вода 1,7 тона на час - обемът е впечатляващ. Такава термопомпа за вода ще се побере за малка селска къща от 30-40 м², за предпочитане изолирана.
Сглобяването на геотермалната система е по-реално, въпреки че процесът е доста трудоемък. Опцията за хоризонтално разположение на тръбата над площ на дълбочина 1,5 м се отхвърля веднага - трябва да изкопаете целия участък или да платите пари за услугите на земнокопално оборудване. Методът за пробиване на кладенци е много по-лесен и по-евтин за изпълнение, практически без да нарушава пейзажа.
Най-простата термопомпа от климатик на прозореца
Както може би се досещате, за производството на помпи вода-въздух е необходим охладител на прозорците в работно състояние. Много препоръчително е да закупите модел, оборудван с реверсивен клапан и способен да работи за отопление, в противен случай ще трябва да преработите фреоновата верига.
Бакшиш. Когато купувате използван климатик, обърнете внимание на табелката с етикет, която показва техническите характеристики на домакинския уред. Параметърът, който ви интересува, е студената производителност на устройството (посочена в киловати или британски термични единици - BTU).
С малко късмет дори не е нужно да пускате фреонни и спояващи тръби. Как да преобразувате климатика в термопомпа:
- Извадете горния корпус на модула и развийте външния топлообменник от палета. Преместете внимателно радиатора, като внимавате да не огънете тръбите на хладилния агент.
- Извадете външното работно колело от общия вал.
- Направете метален резервоар по дължината на външния топлообменник, направете ширината с 10-15 см по-голяма. Нарежете фитингите за подаване на течаща вода в страничните стени.
- За да предотвратите замръзване на радиатора, увеличете обменната площ, като добавите медни или алуминиеви плочи отстрани (в зависимост от материала на топлообменника).
- Потопете радиатора в резервоара, за предпочитане без да режете фреоновите тръби. Запечатайте капачката и запечатайте контурните вписвания.
- Свържете маркучите за подаване и изпускане на вода към фитингите, свържете циркулационните помпи. Напълнете и проверете резервоара за течове.
Препоръка. Ако топлообменникът не може да бъде поставен в резервоара, без да нарушите линията на фреона, опитайте се да евакуирате газа и да отрежете тръбите в желаните точки (далеч от изпарителя). След сглобяване на топлообменния блок на водата веригата ще трябва да бъде запоена и напълнена с фреон. Количеството хладилен агент също е посочено на табелата.
Сега остава да стартирате домашен VT и да регулирате водния поток, постигайки максимална ефективност. Моля, обърнете внимание: импровизиран нагревател използва напълно фабрично „пълнене“, току-що преместихте радиатора от въздух в течност. Как работи системата на живо, вижте видеото на майстора майстор:
Изработка на геотермална инсталация
Ако предишната опция позволява постигане на приблизително двойни спестявания, тогава дори самостоятелно направена земна верига ще даде COP в района на 3 (три киловата топлина на 1 kW консумирана електроенергия). Истина, финансовите и трудовите разходи също ще се увеличат значително.
Въпреки че в интернет се публикуват много примери за сглобяване на такива устройства, универсална инструкция с чертежи не съществува. Ще предложим работеща версия, сглобена и тествана от истински домашен майстор, въпреки че много неща ще трябва да бъдат обмислени и завършени независимо - цялата информация за термопомпите е трудна за поставяне в една публикация.
Изчисляване на топлообменници на почвата и помпите
Следвайки нашите собствени препоръки, пристъпваме към изчисленията на геотермална помпа с вертикални U-образни сонди, поставени в кладенци.Необходимо е да се установи общата дължина на външния контур, а след това дълбочината и броя на вертикалните валове.
Първоначални данни например: трябва да отоплявате частна изолирана къща с площ 80 м² и височина на тавана 2,8 м, разположена в средната лента. Няма да изчислим натоварването при отопление, ще определим нуждата от топлина по площ, като вземем предвид топлоизолацията - 7 кВт.
Важно уточнение. Инженерните изчисления на термопомпите са доста сложни и изискват високо квалифициран изпълнител, на тази тема са посветени цели книги. Статията предоставя опростени изчисления, взети от практическия опит на строители и занаятчии, които обичат домашните продукти.
Интензивността на топлообмена между земята и незамръзващата течност, циркулираща по контура, зависи от вида на почвата:
- 1 линеен метър от вертикална сонда, потопен в подземни води, ще получи около 80 вата топлина;
- в скалисти почви отвеждането на топлина ще бъде около 70 W / m;
- глинестите почви, наситени с влага, ще отделят около 50 W на 1 м колектор;
- сухи породи - 20 W / m.
Референтен. Вертикалната сонда е 2 бримки от тръби, спуснати до дъното на кладенеца и пълни с бетон.
Пример за изчисляване на дължината на тръба. За да извлечете необходимите 7 kW топлинна енергия от сурова глинена скала, трябва да разделите 7000 W на 50 W / m, получаваме общата дълбочина на сондата от 140 м. Сега тръбопроводът се разпределя между кладенците с дълбочина 20 m, които можете да пробиете със собствените си ръце. Общо 7 сондажа от 2 контури за пренос на топлина, общата дължина на тръбата е 7 x 20 x 4 = 560 m.
Следващата стъпка е да се изчисли площта на топлопреминаване на изпарителя и кондензатора. Различни ресурси за изчисление се предлагат в различни интернет ресурси и форуми, в повечето случаи неправилни. Няма да сме свободни да препоръчаме подобни техники и да ви подведем, но ще ви предложим няколко трудни варианта:
- Свържете се с всеки известен производител на пластинни топлообменници, например Alfa Laval, Kaori, Anvitek и т.н. Можете да отидете на официалния уебсайт на марката.
- Попълнете формата за избор на топлообменника или се обадете на управителя и поръчайте избора на агрегата, като посочите параметрите на носителя (антифриз, фреон) - температура на входа и изхода, топлинно натоварване.
- Специалист на компанията ще направи необходимите изчисления и ще предложи подходящ модел топлообменник. Сред неговите характеристики ще намерите основното - повърхността на обмена.
Ламелните агрегати са много ефективни, но скъпи (200-500 евро). По-евтино е да се сглоби топлообменник с черупки и тръби от медна тръба с външен диаметър 9,5 или 12,7 мм. Умножете цифрата, дадена от производителя, с коефициент на безопасност 1,1 и разделете на обиколката на тръбата, за да получите кадрите.
Пример. Топлообменната площ на предлаганата единица е 0,9 м². Избирайки ½ ”медна тръба с диаметър 12,7 мм, изчисляваме обиколката в метри: 12,7 х 3,14 / 1000 ≈ 0,04 м. Определяме общия кадър: 0,9 х 1,1 / 0,04 ≈ 25 м.
Оборудване и материали
Предлага се изграждането на бъдещата термопомпа на базата на външното тяло на сплит система с подходяща мощност (посочена на табелата). Защо е по-добре да използвате използван климатик:
- устройството вече е оборудвано с всички компоненти - компресор, дросел, приемник и пускаща електрическа енергия;
- домашните топлообменници могат да бъдат поставени в тялото на хладилната машина;
- Има удобни сервизни портове за зареждане на фреон.
Забележка. Разбирайки темата, потребителите избират отделно оборудване - компресор, разширителен клапан, контролер и т.н. С опит и знания този подход е добре дошъл.
Не е практично да сглобявате VT на базата на стар хладилник - капацитетът на устройството е твърде малък. В най-добрия случай ще бъде възможно да се „изтласка“ до 1 кВт топлина, което е достатъчно за отопление на една малка стая.
В допълнение към външното разделително устройство ще са необходими следните материали:
- PND тръба Ø20 mm - на заземяващия контур;
- полиетиленови фитинги за сглобяване на колектори и свързване към топлообменници;
- циркулационни помпи - 2 бр .;
- манометри, термометри;
- висококачествен маркуч за вода или HDPE тръба с диаметър 25–32 mm към корпуса на изпарителя и кондензатора;
- медна тръба Ø9,5-12,7 мм с дебелина на стената най-малко 1 мм;
- изолация за тръбопроводи и магистрали с фреон;
- комплект за уплътняване на отоплителни кабели, положени във водоснабдяването (необходими за уплътняване на краищата на медни тръби).
Като външна охлаждаща течност се използва физиологичен разтвор на вода или антифриз за нагряване - етиленгликол. Ще ви е необходим и запас от фреон, чиято марка е посочена на табелката на сплит системата.
Монтаж на топлообменника
Преди да започнете монтажните работи, външният модул трябва да бъде разглобен - премахнете всички капаци, свалете вентилатора и голям обикновен радиатор. Изключете соленоида, който управлява реверсивния клапан, ако не планирате да използвате помпата като охладител. Датчиците за температура и налягане трябва да се поддържат.
Ред за сглобяване на основното устройство VT:
- Изработете кондензатора и изпарителя, като поставите медната тръба в маркуча с изчислената дължина. В краищата инсталирайте тройници за свързване на почвата и отоплителния кръг, запечатайте стърчащите медни тръби със специален комплект за отоплителния кабел.
- Използвайки парче пластмасова тръба Ø150-250 мм като сърцевина, увийте домашни двутръбни вериги и изведете краищата в правилните посоки, както е направено по-долу във видеото.
- Поставете и фиксирайте двете топлообменници на корпуса и тръбата на мястото на стандартния радиатор, спойка медните тръби към съответните клеми. По-добре е да свържете "горещ" топлообменник - кондензатор към сервизните портове.
- Инсталирайте фабрични датчици, които измерват температурата на хладилния агент. Изолирайте голите участъци от тръбите и самите топлообменници.
- На водните линии поставете термометри и манометри.
Бакшиш. Ако планирате да поставите основното устройство на улицата, трябва да вземете мерки срещу втвърдяването на маслото в компресора. Закупете и монтирайте електрическия комплект за отопление на зимния котел.
На тематичните форуми се открива друг метод за производство на изпарител - медна тръба се навива в спирала, след което се вкарва вътре в затворен контейнер (резервоар или варел). Опцията е съвсем разумна с голям брой завои, когато изчисленият топлообменник просто не се побира в кутията на климатика.
Устройство на наземния контур
На този етап се извършват прости, но трудоемки изкопни работи и поставяне на сондите в кладенците. Последното може да се извърши ръчно или да поканите пробивната машина. Разстоянието между съседните кладенци е най-малко 5 м. По-нататъшната работна процедура:
- Изкопайте плитък окоп между дупките, за да положите захранващите тръби.
- Във всеки отвор спуснете 2 бримки от полиетиленови тръби и напълнете ямите с бетон.
- Доведете линиите до точката на свързване и монтирайте общия колектор с помощта на HDPE фитинги.
- Изолирайте тръбопроводите, положени в земята, и го напълнете с почва.
Важен момент. Преди бетониране и запълване не забравяйте да проверите херметичността на веригата. Например, свържете въздушен компресор към колектора, надуйте 3-4 бара и оставете за няколко часа.
Когато свързвате магистралите, следвайте схемата по-долу. Завивки с кранове ще са необходими при пълнене на системата със солев разтвор или етиленгликол. Водете две основни тръби от колектора към термопомпата и се свържете към „студения“ топлообменник - изпарител.
По същия начин кондензаторът е свързан към домашната система за подово отопление. Смесителна единица с трипътен клапан по избор се монтира поради ниската температура на потока.Ако е необходимо да комбинирате VT с други източници на топлина (слънчеви колектори, котли), използвайте буферен резервоар за няколко заключения.
Зареждане и стартиране на системата
След инсталирането и свързването на устройството към електрическата мрежа започва важен етап - пълнене на системата с хладилен агент. Тук ви очаква клопка: не знаете колко фреон трябва да зареждате, защото обемът на основната верига значително нарасна поради инсталирането на домашен кондензатор с изпарител.
Проблемът се решава чрез зареждане чрез налягане и температура на прегряване на фреона, измерени на входа на компресора (там фреонът се доставя в газообразно състояние). Подробни инструкции за попълване на метода за измерване на температурата са изложени в следващото ръководство.
Втората част на видеото показва как да се напълни системата с фреон R22 по отношение на налягането и температурата на прегряването на хладилния агент:
След зареждане с гориво включете и двете циркулационни помпи с първа скорост и стартирайте компресора. Посочете температурата на солевия разтвор и вътрешната охлаждаща течност с термометри. На етапа на отопление линиите с хладилния агент могат да замръзнат, впоследствие студът трябва да се стопи.
Заключение
Направата и пускането на термогеотермална помпа със собствените си ръце е много трудно. Със сигурност ще са необходими многократни подобрения, корекции на грешки и настройки. По правило повечето от проблемите при самостоятелно направените VT възникват поради неправилно сглобяване или зареждане на основната топлообменна верига. Ако агрегатът веднага се повреди (автоматиката за безопасност е работила) или топлоносителят не се загрява, струва си да се обадите на съветника за хладилно оборудване - той ще извърши диагностика и ще посочи направените грешки.