Prve različice toplotnih črpalk so lahko le delno zadovoljile povpraševanje po toplotni energiji. Sodobne sorte so bolj učinkovite in jih je mogoče uporabiti za ogrevalne sisteme. Zato mnogi lastniki domov poskušajo namestiti toplotno črpalko z lastnimi rokami.
Povedali vam bomo, kako izbrati najboljšo možnost toplotne črpalke, pri čemer bomo upoštevali geo-podatke mesta, na katerem je načrtovana namestitev. Članek, predlagan v obravnavo, podrobno opisuje načelo delovanja sistemov zelene energije, razlike so navedene. Na podlagi naših nasvetov se boste nedvomno osredotočili na učinkovito vrsto.
Za neodvisne mojstre predstavljamo tehnologijo sestavljanja toplotne črpalke. Informacije, predstavljene v obravnavo, dopolnjujejo vizualni diagrami, izbira fotografij in podrobno video usposabljanje v dveh delih.
Kaj je toplotna črpalka in kako deluje?
Izraz toplotna črpalka se nanaša na nabor posebne opreme. Glavna funkcija te opreme je zbiranje toplotne energije in njen prenos do potrošnika. Vir takšne energije je lahko katero koli telo ali medij s temperaturo + 1 ° ali več stopinj.
V našem okolju je več kot dovolj virov nizkotemperaturne toplote. To so industrijski odpadki iz podjetij, termoelektrarn in jedrskih elektrarn, kanalizacije itd. Za delovanje toplotnih črpalk na področju ogrevanja stanovanj so potrebni trije neodvisno obnovljeni naravni viri - zrak, voda in zemlja.
Toplotne črpalke "črpajo" energijo iz procesov, ki se redno dogajajo v okolju. Proces se nikoli ne ustavi, ker so viri po človeških merilih prepoznani kot neizčrpni
Našteti trije potencialni dobavitelji energije so neposredno povezani z energijo sonca, ki s segrevanjem premika zrak z vetrom in prenaša toplotno energijo na zemljo. Glavno merilo, po katerem so razvrščeni sistemi toplotnih črpalk, je izbira vira.
Načelo delovanja toplotnih črpalk temelji na sposobnosti teles ali medijev, da toplotno energijo prenašajo v drugo telo ali medij. Prejemniki in dobavitelji energije v sistemih za toplotno črpanje običajno delujejo v paru.
Torej ločite naslednje vrste toplotnih črpalk:
- Zrak je voda.
- Zemlja je voda.
- Voda je zrak.
- Voda je voda.
- Zemlja je zrak.
- Voda - Voda
- Zrak je zrak.
V tem primeru prva beseda določa vrsto medija, v katerem sistem odstranjuje nizkotemperaturno toploto. Druga označuje vrsto nosilca, na katerega se prenaša ta toplotna energija. Torej, v toplotnih črpalkah voda - voda, toplota se vzame iz vodnega medija in tekočina se uporablja kot toplotni nosilec.
Toplotne črpalke so po načelu parne kompresije. Iz naravnih virov pridobivajo toploto, jo predelajo in prenesejo do potrošnikov (+)
Sodobne toplotne črpalke uporabljajo tri glavne vire toplotne energije. To so tla, voda in zrak. Najenostavnejša od teh možnosti je zračna toplotna črpalka. Priljubljenost takih sistemov je povezana z njihovo precej preprosto zasnovo in enostavnostjo namestitve.
Galerija slik
Fotografija s
Standardno načelo toplotne črpalke
Zunanja toplotna črpalka zrak-zrak
Različne grelnike zrak-zrak
Vodoravni uparjalnik od tal do vode
Naprava za sprejem toplote črpalke zemeljski zrak
Uparjalnik v jarkih, izbranih v tleh
Vodnjak za toplotno črpalko voda v vodo
Vodoravni sprejemniki vodne energije
Kljub tako priljubljenosti pa imajo te sorte precej nizko produktivnost. Poleg tega je učinkovitost nestabilna in odvisna od sezonskih temperaturnih nihanj.
Z zniževanjem temperature njihov učinek bistveno pade. Takšne možnosti toplotnih črpalk lahko štejemo kot dodatek k obstoječemu glavnemu viru toplotne energije.
Različice opreme, ki uporabljajo zemeljsko toploto, se štejejo za učinkovitejše. Tla sprejemajo in nabirajo toplotno energijo ne samo od Sonca, nenehno jo segreva z energijo zemeljskega jedra.
Se pravi, da je tla nekakšna termična baterija, katere moč je praktično neomejena. Poleg tega je temperatura tal, zlasti na določeni globini, konstantna in se nepomembno spreminja.
Obseg energije, ki jo ustvarijo toplotne črpalke:
Galerija slik
Fotografija s
Toplotne črpalke za ogrevanje in toplo vodo
Uporaba v krogih ogrevanja z zrakom
Priprava nosilca toplote za sisteme talnega ogrevanja
Toplotna inštalacija pri ogrevanju vode v bazenu
Stalnost temperature vira je pomemben dejavnik stabilnega in učinkovitega delovanja te vrste napajalnih naprav. Podobne lastnosti imajo sistemi, v katerih je vodno okolje glavni vir toplotne energije. Zbiralnik takšnih črpalk je nameščen bodisi v vodnjaku, kjer je v vodonosniku, ali v rezervoarju.
Povprečna letna temperatura virov, kot sta zemlja in voda, se giblje od + 7 ° do + 12 ° C. Takšna temperatura je povsem zadostna za zagotovitev učinkovitega delovanja sistema.
Najbolj učinkovite so toplotne črpalke, ki črpajo toplotno energijo iz virov s stabilnimi temperaturnimi kazalniki, tj. iz vode in zemlje
Glavni konstrukcijski elementi toplotnih črpalk
Da lahko proizvodnja energije deluje v skladu z načeli toplotne črpalke, morajo biti v svoji zasnovi prisotne 4 glavne enote, in sicer:
- Kompresor.
- Uparjalnik.
- Kondenzator.
- Ventil za plin.
Pomemben konstrukcijski element toplotne črpalke je kompresor. Njegova glavna funkcija je povečati tlak in temperaturo hlapov, ki nastanejo zaradi vrenja hladilnega sredstva. Za klimatsko tehnologijo in toplotne črpalke se uporabljajo zlasti sodobni drsni kompresorji.
Kot delovna tekočina, ki izvaja neposreden prenos toplotne energije, se uporabljajo tekočine z nizkim vreliščem. Praviloma se uporabljajo amoniak in freoni (+)
Takšni kompresorji so zasnovani za delovanje pri nižjih temperaturah. V nasprotju z drugimi sortami drsni kompresorji proizvajajo malo hrupa in delujejo tako pri nizkih vreliščih plina kot pri visoki temperaturi kondenzacije. Nedvomna prednost je njihova kompaktna velikost in nizka specifična teža.
Skoraj vso energijo toplotne črpalke porabimo za transport toplotne energije od zunaj do notranjosti prostora. Torej približno 1 energijska enota porabi za delovanje sistemov za proizvodnjo 4-6 enot (+)
Uparjalnik kot strukturni element je posoda, v kateri se tekoče hladilno sredstvo pretvori v hlape. Hladilno sredstvo, ki kroži v zaprtem krogu, prehaja skozi uparjalnik. V njem se hladilno sredstvo segreje in spremeni v paro. Nastala para nizkega tlaka je usmerjena proti kompresorju.
V kompresorju so hlapi hladilnega sredstva izpostavljeni tlaku in njihova temperatura narašča. Kompresor črpa ogrevano paro pod visokim pritiskom proti kondenzatorju.
Kompresor stisne medij, ki kroži vzdolž tokokroga, zaradi česar se njegova temperatura in tlak povečata.Nato stisnjen medij vstopi v izmenjevalec toplote (kondenzator), kjer se ohladi, prenaša toploto na vodo ali zrak
Naslednji strukturni element sistema je kondenzator. Njegova funkcija je prenos toplotne energije v notranji krog ogrevalnega sistema.
Serijski vzorci, ki jih izdelujejo industrijska podjetja, so opremljeni s ploščnimi izmenjevalci toplote. Glavni material za take kondenzatorje je legirano jeklo ali baker.
Za samostojen toplotni izmenjevalec je primerna bakrena cev s premerom pol palca. Debelina sten cevi, ki se uporablja za izdelavo toplotnega izmenjevalnika, mora biti najmanj 1 mm
Na začetku dela hidravličnega tokokroga se vgradi termostatski ali dušilni ventil, kjer se obtočni visokotlačni medij pretvori v medij z nizkim tlakom. Natančneje, dušilec v paru s kompresorjem razdeli vezje toplotne črpalke na dva dela: eden z visokimi tlačnimi parametri, drugi z nizkim.
Pri prehodu skozi ekspanzijski ventil se tekočina, ki kroži v zaprtem krogu, delno izhlapi, zaradi česar se tlak s temperaturo zmanjšuje. Nato v komunikacijo z okoljem vstopi v izmenjevalnik toplote. Tam zajame energijo medija in jo prenese nazaj v sistem.
Ventil za regulacijo plina nadzoruje pretok hladilnega sredstva proti uparjalniku. Pri izbiri ventila je treba upoštevati sistemske parametre. Ventil mora biti v skladu s temi parametri.
Pri prehodu skozi ventil za nadzor toplote tekoča hladilna tekočina delno izhlapi, temperatura dovoda pa se zmanjša (+)
Izbira vrste toplotne črpalke
Glavni indikator tega ogrevalnega sistema je moč. Najprej bodo finančni stroški za nakup opreme in izbira enega ali drugega vira nizkotemperaturne toplote odvisni od zmogljivosti. Večja kot je moč sistema toplotne črpalke, višji so stroški sestavnih delov.
Najprej se nanaša na moč kompresorja, globino vdolbinic za geotermalne sonde ali območje za postavitev vodoravnega kolektorja. Pravilni termodinamični izračuni so nekakšno zagotovilo, da bo sistem deloval učinkovito.
Če je v bližini osebnega mesta ribnik, bo najbolj stroškovno učinkovita in produktivna izbira toplotna črpalka voda-voda
Za začetek bi morali preučiti območje, ki je načrtovano za namestitev črpalke. Idealen pogoj bi bila prisotnost vodnega telesa na tem odseku. Uporaba možnosti tipa voda-voda bo znatno zmanjšala obseg izkopov.
Uporaba toplote zemlje nasprotno vključuje veliko število del, povezanih z izkopom. Sistemi, ki uporabljajo vodno okolje kot nizko stopnjo toplote, veljajo za najučinkovitejše.
Naprava toplotne črpalke, ki črpa toplotno energijo iz tal, vključuje impresivno količino zemeljskih del. Zbiralnik je postavljen pod nivo sezonske zmrzovanja
Obstajata dva načina za uporabo toplotne energije tal. Prva vključuje vrtanje vrtin s premerom 100-168 mm. Globina takšnih vrtin lahko, odvisno od parametrov sistema, doseže 100 m ali več.
V te vrtine so nameščene posebne sonde. Pri drugi metodi se uporablja cevni razdelilnik. Tak kolektor je nameščen pod zemljo v vodoravni ravnini. Za to možnost je potrebno dovolj veliko območje.
Za polaganje kolektorja se območja z mokrimi tlemi štejejo za idealna. Seveda bo vrtanje vrtin stalo več kot vodoravna lokacija rezervoarja. Vendar pa nima vsak prostor prostega prostora. Za en kW moči toplotne črpalke je potrebnih 30 do 50 m² površine.
Objekt za zbiranje toplotne energije iz enega globokega vodnjaka je morda nekoliko cenejši od kopanja jame.Toda pomemben plus je pomemben prihranek prostora, kar je pomembno za lastnike majhnih parcel
V primeru prisotnosti visoko ležečega obzorja podzemne vode lahko izmenjevalnike toplote razporedimo v dva vodnjaka, ki sta nameščena približno 15 m drug od drugega.
Izbor toplotne energije v takšnih sistemih s črpanjem podzemne vode v zaprti zanki, katere deli so nameščeni v vodnjakih. Tak sistem zahteva filter in občasno čiščenje izmenjevalnika toplote.
Najenostavnejši in najcenejši krog toplotne črpalke temelji na črpanju toplotne energije iz zraka. Nekoč je postala osnova za hladilnike, kasneje pa so po njegovih načelih razvili klimatske naprave.
Najpreprostejši sistem toplotne črpalke dobi energijo iz zračne mase. Poleti sodeluje pri ogrevanju, pozimi pri klimatizaciji. Minus sistema je, da je pri neodvisni izvedbi enota z nezadostno močjo
Učinkovitost različnih vrst opreme ni enaka. Najnižji kazalniki so črpalke, ki uporabljajo zrak. Poleg tega so ti kazalniki neposredno odvisni od vremenskih razmer.
Sorte toplotnih črpalk tal imajo stabilne lastnosti. Koeficient učinkovitosti teh sistemov se giblje med 2,8 -3,3. Sistemi voda-voda so najbolj učinkoviti. To je predvsem posledica stabilnosti temperature vira.
Upoštevati je treba, da globlje kot je zbiralnik črpalke nameščen v rezervoarju, bolj stabilna bo temperatura. Za pridobitev sistemske zmogljivosti 10 kW potrebujete približno 300 metrov cevovoda.
Glavni parameter, ki označuje učinkovitost toplotne črpalke, je njen koeficient pretvorbe. Višji kot je faktor pretvorbe, bolj učinkovita je toplotna črpalka.
Koeficient pretvorbe toplotne črpalke je izražen v razmerju med toplotnim tokom in električno močjo, porabljeno na kompresorju
Sestavite sami toplotno črpalko
Poznavanje sheme delovanja in naprave toplotne črpalke je povsem mogoče sestaviti in namestiti alternativni ogrevalni sistem po svoje. Pred začetkom dela je treba izračunati vse osnovne parametre prihodnjega sistema. Za izračun parametrov prihodnje črpalke lahko uporabite programsko opremo za optimizacijo hladilnih sistemov.
Najenostavnejša možnost gradnje je sistem zrak-voda. Ne potrebuje zapletenega dela na napravi zunanjega tokokroga, ki je lastna vodnim in talnim sortam toplotnih črpalk. Za namestitev bosta potrebna samo dva kanala, od katerih bo en dovajal zrak, drugi pa bo odvajal porabljeno maso.
Najlažji način, da to storite sami, uredite toplotno črpalko z dovodom toplote iz zračne mase. Zunanji ventilator piha zrak v uparjalnik
Poleg ventilatorja morate dobiti kompresor potrebne moči. Za takšno enoto je kompresor, s katerim so navadni split sistemi, povsem primeren. Kupiti novo enoto ni potrebno.
Lahko ga odstranite iz stare opreme ali uporabite dodatke starega hladilnika. Priporočljivo je uporabiti spiralno sorto. Te možnosti kompresorja poleg zadostne učinkovitosti ustvarjajo visoke pritiske, ki povečajo temperaturo.
Za izdelavo kondenzatorja bo potreben kondenzator in bakrena cev. Iz cevi je narejena tuljava. Za njegovo izdelavo se uporablja katero koli valjasto telo želenega premera. Če nanjo ovijete bakreno cev, lahko ta in strukturni element enostavno in hitro naredite.
Končana tuljava je nameščena v posodi, ki je bila prej prepolovljena. Za izdelavo zabojnikov je bolje uporabiti materiale, odporne na korozijske procese.Po tem, ko vanj položite tuljavo, polovice rezervoarja varimo.
Površina tuljave se izračuna po naslednji formuli:
MT / 0,8 RT,
Kje:
- MT - moč toplotne energije, ki jo sistem proizvaja.
- 0,8 - koeficient toplotne prevodnosti med interakcijo vode z materialom tuljave.
- RT - razlika v temperaturi vode na vstopu in iztoku.
Izbira bakrene cevi za samo-proizvodnjo tuljave, morate biti pozorni na debelino stene. Naj bo vsaj 1 mm. V nasprotnem primeru se pri navijanju cev deformira. Cev, skozi katero se nahaja dovod hladilnega sredstva, se nahaja v zgornjem delu rezervoarja.
Izmenjevalec toplote iz bakrene cevi je narejen z navijanjem bakrene cevi na cilindričen predmet. Večja kot je površina tuljave, večja je zmogljivost črpalke
Izparilnik toplotne črpalke je lahko izdelan v dveh različicah - v obliki posode s tuljavo, ki se nahaja v njej, in v obliki cevi v cevi. Ker je temperatura tekočine v uparjalniku majhna, lahko zmogljivost izdelamo iz plastičnega sode. V tej zmogljivosti je postavljeno vezje iz bakrene cevi.
Za razliko od kondenzatorja mora tuljava uparjalne tuljave ustrezati premeru in višini izbranega rezervoarja. Druga varianta uparjalnika: cev v cevi. V tej izvedbi je cev za hladilno sredstvo postavljena v plastično cev večjega premera, skozi katero kroži voda.
Dolžina takšne cevi je odvisna od načrtovane zmogljivosti črpalke. Lahko je od 25 do 40 metrov. Takšna cev je navita.
Termostatski ventil se nanaša na zaporne in regulacijske cevi. Igla se uporablja kot zaporni element v ekspanzijskem ventilu. Položaj zapornega elementa ventila se določi s temperaturo v uparjalniku.
Ta pomemben element sistema ima precej zapleteno zasnovo. Sestavljen je iz:
- Termoelement.
- Diafragma.
- Kapilarna cev.
- Termični balon.
Ti elementi lahko postanejo neuporabni pri visokih temperaturah. Zato je treba med spajkanjem sistema ventil izolirati z azbestno krpo. Krmilni ventil mora ustrezati zmogljivosti uparjalnika.
Po opravljenih delih izdelave glavnih konstrukcijskih delov prihaja ključni trenutek sestavljanja celotne konstrukcije v en sam blok. Najbolj kritičen korak je postopek črpanja hladilnega sredstva ali hladilne tekočine v sistem.
Neodvisno izvajanje takšne operacije verjetno ne bo cenovno ugodno za preprostega laika. Tu se boste morali obrniti na strokovnjake, ki se ukvarjajo s popravilom in vzdrževanjem HVAC opreme.
Delavci na tem področju imajo praviloma potrebno opremo. Poleg polnjenja hladilnega sredstva lahko sistem testirajo. Samo nalaganje hladilnega sredstva lahko vodi ne le do razpada strukture, temveč tudi do resnih poškodb. Poleg tega je za zagon sistema potrebna tudi posebna oprema.
Ko se sistem zažene, pride do največje zagonske obremenitve, ki je običajno približno 40 A. Zato zagon sistema brez zagonskega releja ni mogoč. Po prvem zagonu je treba prilagoditi tlak ventila in hladilnega sredstva.
Izbira hladilnega sredstva je treba jemati resno. Konec koncev je prav ta snov v bistvu glavni nosilec koristne toplotne energije. Od obstoječih sodobnih hladilnih sredstev so najbolj priljubljeni freoni. Gre za derivate ogljikovodikovih spojin, pri katerih del ogljikovih atomov nadomestimo z drugimi elementi.
Zaradi sestavljanja posameznih elementov toplotne črpalke je treba dobiti zaprto zanko, vzdolž katere kroži delovni medij
Kot rezultat teh del smo dobili sistem zaprte zanke. Hladilno sredstvo bo krožilo v njem, kar zagotavlja izbiro in prenos toplotne energije iz uparjalnika v kondenzator.Pri priključitvi toplotnih črpalk na sistem oskrbe s toploto hiše je treba upoštevati, da temperatura vode na iztoku kondenzatorja ne presega 50-60 stopinj.
Zaradi nizke temperature toplotne energije, ki jo ustvarja toplotna črpalka, je treba za porabnika toplote izbrati specializirane grelnike. Lahko so topla tla ali volumski nizko inertni radiatorji iz aluminija ali jekla z velikim območjem sevanja.
Domače različice toplotnih črpalk je najprimernejše obravnavati kot pomožno opremo, ki podpira in dopolnjuje delo glavnega vira.
Vsako leto se izboljšajo oblike toplotnih črpalk. Industrijski modeli, zasnovani za uporabo v gospodinjstvu, uporabljajo učinkovitejše površine za prenos toplote. Zaradi tega zmogljivost sistema nenehno raste.
Pomemben dejavnik, ki spodbuja razvoj takšne tehnologije za proizvodnjo toplotne energije, je okoljski del. Takšni sistemi poleg tega, da so precej učinkoviti, ne onesnažujejo okolja. Če ni odprtega plamena, je njegovo delovanje popolnoma varno.
Video №1. Kako narediti najpreprostejšo domačo toplotno črpalko s toplotnim izmenjevalnikom iz cevi PEX:
Video №2. Nadaljevanje seznanjanja:
Toplotne črpalke se že dolgo uporabljajo kot alternativni ogrevalni sistemi. Ti sistemi imajo zanesljivost, dolgo življenjsko dobo in, kar je pomembno, so okolju prijazni. Resno se začnejo obravnavati kot naslednji korak k razvoju učinkovitih in varnih ogrevalnih sistemov.
Želite postaviti vprašanje ali govoriti o zanimivem načinu gradnje toplotne črpalke, ki ni omenjen v članku? V spodnji blok napišite komentarje.