Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Treść artykułu



W przeciwieństwie do urządzeń wykorzystujących alternatywne źródła energii, takich jak panele słoneczne i turbiny wiatrowe, pompa ciepła jest mniej znana. I na próżno. Najpopularniejszy schemat wód gruntowych działa stabilnie i nie zależy od warunków pogodowych ani klimatycznych. I możesz to zrobić sam.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Trochę teorii

Najłatwiej jest wykorzystać naturalne ciepło ziemi do ogrzania domu, jeśli w regionie jest woda geotermalna (tak jak ma to miejsce na Islandii). Ale takie warunki są rzadkie..

Jednocześnie energia cieplna jest wszędzie – wystarczy ją wydobyć i sprawić, by działała. Do tego służy pompa ciepła. Co to robi:

  • pobiera energię z naturalnych źródeł o niskiej temperaturze;
  • gromadzi go, to znaczy podnosi temperaturę do wysokich wartości;
  • podaje go do chłodziwa systemu grzewczego.

Zasadniczo używany jest standardowy obwód lodówki ze sprężarką, ale „na odwrót”. W pierwszym obwodzie krąży naturalny nośnik ciepła. Jest zamknięty dla wymiennika ciepła, który działa jako parownik dla drugiego obwodu.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu 1 – ziemia; 2 – obieg solanki; 3 – pompa obiegowa; 4 – parownik; 5 – sprężarka; 6 – kondensator; 7 – system grzewczy; 8 – czynnik chłodniczy; 9 – dławik

Drugi obwód to sama pompa ciepła, wewnątrz której znajduje się freon. Cykl pompy ciepła składa się z następujących kroków:

  1. W parowniku freon jest podgrzewany do temperatury wrzenia. Zależy to od rodzaju freonu i ciśnienia w tej części układu (zwykle do 5 atmosfer).
  2. W stanie gazowym freon wchodzi do sprężarki i jest sprężany do 25 atmosfer, a jego temperatura rośnie (im większe sprężanie, tym wyższa temperatura). To faza akumulacji ciepła – od dużej objętości o niskiej temperaturze, przejście do małej objętości o wysokiej temperaturze.
  3. Gaz ogrzany ciśnieniem dostaje się do skraplacza, w którym ciepło jest przekazywane do chłodziwa systemu grzewczego.
  4. Po schłodzeniu freon wpada do przepustnicy (jest jednocześnie regulatorem przepływu lub zaworem termostatycznym). W nim ciśnienie spada, freon skrapla się i wraca do parownika w postaci cieczy.

Gdzie lepiej „zabrać” ciepło

Zasadniczo istnieją trzy media, z których można „usunąć” ciepło:

1. Powietrze. Przy normalnym ciśnieniu wszystkie rodzaje freonów wrzą w ujemnych temperaturach (na przykład R22 – około -25 ° C, R404 i R502 – około -30 ° C). Ale do cyrkulacji w systemie konieczne jest wytworzenie nadciśnienia już w pierwszej fazie – parowaniu. Te same 4 atmosfery w parowniku wymagają, aby temperatura powietrza zewnętrznego wynosiła co najmniej 0 ° C dla R22 i -5 ° C dla R404 i R502. W naszych regionach ten typ pompy ciepła może być używany do ogrzewania poza sezonem oraz do dostarczania ciepłej wody w sezonie ciepłym..

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

2. Woda. Jest to stabilniejsze źródło ciepła, pod warunkiem, że zbiornik zimą nie przymarznie do dna. Ale dom powinien znajdować się nie tylko nad jeziorem lub rzeką, ale także na pierwszej linii.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

3. Ziemia. Najbardziej stabilne źródło energii cieplnej. Możesz użyć dwóch schematów – poziomego i pionowego. Poziome wydaje się łatwiejsze, ponieważ nie wymaga wiercenia. Ale trzeba będzie wykonać dużo robót ziemnych, aby wykopać system rowów na głębokość poniżej poziomu zamarzania gleby (dla średnich szerokości geograficznych waha się od 1 metra na zachodzie europejskiej części kraju i do 1,6-1,8 bliżej Uralu, na Syberii sytuacja jest „jeszcze gorsza „Schemat pionowy jest bardziej wszechstronny i skuteczny, ale wymaga wiercenia na znaczną głębokość. Chociaż zamiast jednego głębokiego można użyć kilku płytkich studni..

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Schemat

Sam obwód pompy ciepła jest prosty: parownik – sprężarka – skraplacz – dławik – parownik.

Sercem obwodu jest sprężarka. Możesz kupić nowy, ale taniej jest znaleźć używany. Oczywiście nie mówimy o sprężarkach małej mocy do lodówek domowych, ale o modelach zainstalowanych w systemach dzielonych. Należy skupić się nie na zużyciu energii, ale na mocy w trybie grzania (która jest o 5–20% wyższa niż w trybie chłodzenia).

Model sprężarki jest wybierany zgodnie ze stosunkiem 1 kW na 10 m2. metrów ogrzewanej powierzchni.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Uwaga! Moc można wskazać nie tylko w kW, ale także w BTU (angielska jednostka miary energii cieplnej, przyjęta dla technologii klimatycznej). Konwersja jest łatwa – podziel wartość BTU przez 3,4.

Przy obliczaniu parametrów pompy ciepła, w tym wymienników ciepła, wykorzystuje się oprogramowanie do modelowania, obliczania i optymalizacji układów chłodniczych, np. CoolPack

Już na etapie obliczeń (a raczej przy określaniu „wejścia”) można zoptymalizować system dobierając optymalne warunki termiczne.

Zastosowanie pompy ciepła jest skuteczne w przypadku niskotemperaturowych systemów grzewczych, na przykład do ogrzewania podłogowego o temperaturze nieprzekraczającej 35–40 ° C. Nawiasem mówiąc, ta sama temperatura jest zalecana dla wymagań medycznych dla systemu CWU.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Dla każdego typu freonu istnieją optymalne temperatury „wlotu” i „wylotu”, a dokładniej wrzenia i kondensacji, ale różnica we wszystkich nie przekracza 45-50 ° C.

Wydawałoby się, że podwyższenie temperatury na wylocie pompy ciepła będzie miało pozytywny wpływ, ale tak nie jest. Różnica temperatur również wzrośnie, co doprowadzi do spadku współczynnika konwersji (współczynnika konwersji, czyli sprawności silnika cieplnego). Ponadto będzie to wymagało zastosowania mocniejszej sprężarki i dodatkowego zużycia energii..

Nie można osiągnąć idealnego współczynnika COP (straty w sprężarce, zużycie energii, straty ciepła podczas transportu w systemie itp.), Więc rzeczywiste wartości zwykle mieszczą się w przedziale od 3 do 5.

Istnieje inny sposób na zwiększenie wydajności – zastosowanie biwalentnego obwodu grzewczego.

W rzeczywistości działanie systemu grzewczego z pełną wydajnością jest potrzebne tylko przez 15–20% całego sezonu. W tym czasie można zastosować dodatkowe urządzenia grzewcze (na przykład grzejnik ceramiczny lub konwektor). Zmniejszenie projektowej mocy cieplnej do 80% pozwoli zaoszczędzić na sprężarce, zmniejszyć głębokość studni lub długość poziomych rur oraz zmniejszyć zużycie energii na serwisowanie samej pompy ciepła.

Konstrukcja poziomego lub pionowego gruntowego wymiennika ciepła zależy od podanej znamionowej mocy cieplnej pompy ciepła i współczynnika COP. Średnio z każdego metra „horyzontu” (z krokiem układania rur co najmniej 0,7 m) pobierane jest średnio 20 W, az „pionu” 50 W. Ale konkretne wartości zależą od rodzaju skały i jej wilgotności. Najlepsze wartości dla wód gruntowych.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Ciekawy! Istnieją również inne gruntowe wymienniki ciepła – „spiralne” lub „koszykowe”. W rzeczywistości jest to sonda pionowa wykonana z rury w kształcie spirali, co pozwala na zmniejszenie głębokości wiercenia..

Po określeniu długości obwodu poziomego lub głębokości sondy pionowej obliczyć wymiary parownika i skraplacza.

Produkcja parowników i skraplaczy

Można dokupić gotowe wymienniki ciepła zarówno do parownika (przy niskim ciśnieniu), jak i do skraplacza (przy ciśnieniu do 25 bar). Ale taniej jest zrobić je z miedzianej rurki do klimatyzatorów (która jest zaprojektowana specjalnie do pracy z czynnikami chłodniczymi pod wysokim ciśnieniem) i improwizowanych pojemników.

Ważny! Rura miedziana hydrauliczna nie jest tak czysta i elastyczna. Gorzej jest lutować i zwijać podczas instalacji.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Obliczana jest powierzchnia wymiennika ciepła, która jest wprost proporcjonalna do mocy wydzielania ciepła i odwrotnie proporcjonalna do różnicy temperatur nośników ciepła na wlocie i wylocie każdego podłączonego obwodu (system gruntowy i grzewczy).

Znając średnicę rury i pole powierzchni, określ długość każdej wężownicy parownika i skraplacza.

Lepiej jest zrobić pojemnik na kondensator ze stali nierdzewnej (temperatura napływającej pary freonu może być dość wysoka):

  • weź gotowy zbiornik o odpowiedniej pojemności (tak, aby pasowała spirala z miedzianej rurki);
  • umieść w nim cewkę (wejście u góry, wyjście u dołu);
  • zdjąć końce rurki miedzianej do podłączenia do sprężarki i zaworu rozprężnego (przez lutowanie lub kołnierz);
  • wykonać połączenie adapterów w zbiorniku do podłączenia rur instalacji grzewczej;
  • zgrzać pokrywę.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Parownik pracuje w niższych temperaturach, więc można wziąć do niego tańszy plastikowy pojemnik, w który wcinane są adaptery do podłączenia pętli uziemienia. Różni się również od skraplacza położeniem wężownicy wymiennika ciepła – wlot (faza ciekła freonu z zaworu rozprężnego) od dołu, wylot do sprężarki od góry.

Instalacja obwodu

Po wyprodukowaniu wymienników ciepła montuje się obwód gazowo-hydrauliczny:

  • sprężarka, skraplacz i parownik są zainstalowane na miejscu;
  • rury miedziane lutowane lub kołnierzowe;
  • podłączyć parownik do pompy obwodu masowego;
  • podłączyć skraplacz do instalacji grzewczej.

Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu 1 – pompa obiegowa obwodu glebowego; 2 – parownik; 3 – wyjście z konturu gleby; 4 – zawór termostatyczny; 5 – sprężarka; 6 – do systemu grzewczego; 7 – kondensator; 8 – powrót instalacji grzewczej

Obwód elektryczny (sprężarka, pompa pętli uziemienia, automatyka awaryjna) musi być podłączony przez dedykowany obwód, który musi wytrzymać dość wysokie prądy rozruchowe.

Konieczne jest zastosowanie wyłącznika automatycznego, a także wyłączenia awaryjnego wyłącznikiem temperaturowym: na wylocie wody ze skraplacza (z przegrzaniem) i wylocie solanki z parownika (z przechłodzeniem).

Oceń artykuł
Codzienne wskazówki i instrukcje

Klikając przycisk „Prześlij komentarz” wyrażam zgodę na przetwarzanie danych osobowych i akceptuję politykę prywatności