Gjør-det-selv varmepumpe for oppvarming av hjemmet

I motsetning til alternative energienheter som solcellepaneler og vindturbiner, er varmepumpen mindre kjent. Og forgjeves. Den vanligste grunnvannsordningen fungerer stabilt og er ikke avhengig av vær og klimatiske forhold. Og du kan lage det selv.

Innholdsfortegnelse i artikkelen

1. Litt teori
2. Hvor er det bedre å “ta bort” varmen
3. Skjematisk diagram
4. Fremstilling av fordamper og kondensator
5. Installasjon av kretsen

Litt teori

Det er enklest å bruke den naturlige varmen fra jorden til å varme opp et hjem hvis det er geotermisk vann i regionen (som det gjøres på Island). Men slike forhold er sjeldne..

Og samtidig er termisk energi overalt – du trenger bare å trekke den ut og få den til å fungere. Dette er hva varmepumpen er til. Hva det gjør:

• tar energi fra naturlige kilder med lav temperatur;
• akkumulerer den, det vil si hever temperaturen til høye verdier;
• gir den til kjølevæsken i varmesystemet.

I prinsippet brukes en standard kjøleskapskompressor, men «omvendt». En naturlig varmebærer sirkulerer i den første kretsen. Den er stengt for en varmeveksler som fungerer som en fordamper for den andre kretsen.

1 – jord; 2 – saltlaksirkulasjon; 3 – sirkulasjonspumpe; 4 – fordamper; 5 – kompressor; 6 – kondensator; 7 – varmesystem; 8 – kjølemedium; 9 – choke

Den andre kretsen er selve varmepumpen, inne i den er det freon. En varmepumpesyklus består av følgende trinn:

1. I fordamperen varmes freon opp til kokepunktet. Det avhenger av typen freon og trykket i denne delen av systemet (vanligvis opptil 5 atmosfærer).
2. I gassformig tilstand går freon inn i kompressoren og komprimeres til 25 atmosfærer, mens temperaturen stiger (jo større kompresjonen er, jo høyere er temperaturen). Dette er fasen med akkumulering av varme – fra et stort volum med lav temperatur, en overgang til et lite volum med høy temperatur.
3. Gassen som oppvarmes ved trykk, kommer inn i kondensatoren, hvor varme overføres til kjølevæsken i varmesystemet.
4. Etter avkjøling kommer freon inn i gassen (aka strømningsregulator eller termostatventil). I den synker trykket, freon kondenserer og går tilbake til fordamperen i form av en væske.

Hvor er det bedre å “ta bort” varmen

I utgangspunktet er det tre medier du kan «ta» varmen fra:

1. Luft. Ved normalt trykk koker alle typer friser ved negative temperaturer (for eksempel R22 – ca. -25 ° C, R404 og R502 – ca. -30 ° C). Men for sirkulasjon i systemet er det nødvendig å skape overflødig trykk allerede i første fase – fordampning. De samme 4 atmosfærene i fordamperen krever at utetemperaturen er minst 0 ° C for R22 og -5 ° C for R404 og R502. I våre regioner kan denne typen varmepumpe brukes til oppvarming i lavsesongen og til varmtvannsforsyning i den varme årstiden..

2. Vann. Dette er en mer stabil varmekilde, forutsatt at reservoaret ikke fryser til bunnen om vinteren. Men huset skal ikke bare ligge ved en innsjø eller en elv, men være på første linje.

3. Land. Den mest stabile kilden til varmeenergi. Du kan bruke to ordninger – vannrett og vertikal. Horisontalt virker lettere fordi det ikke krever boring. Men en stor mengde jordarbeid må gjøres for å grave et grøftesystem til en dybde under frysepunktet av jorda (for mellom breddegrader varierer det fra 1 meter vest for den europeiske delen av landet og opp til 1,6-1,8 nærmere Ural, i Sibir er situasjonen “enda verre «Det vertikale skjemaet er mer allsidig og effektivt, men krever boring til betydelig dybde. Selv om flere grunne brønner kan brukes i stedet for en dyp en..

Skjematisk diagram

Selve varmepumpekretsen er enkel: fordamper – kompressor – kondensator – choke – fordamper.

Hjertet i kretsen er kompressoren. Du kan kjøpe en ny, men det er billigere å finne en brukt. Naturligvis snakker vi ikke om laveffektkompressorer for kjøleskap til husholdningen, men om modeller installert i delte systemer. Det er nødvendig å fokusere ikke på strømforbruket, men på strømmen i oppvarmingsmodus (som er høyere enn i kjøle-modus med 5-20%).

Kompressormodellen er valgt i forhold til 1 kW per 10 kvm. meter oppvarmet område.

Merk følgende! Kraften kan angis ikke bare i kW, men også i BTU (engelsk måleenhet for termisk energi, brukt for klimateknologi). Konverteringen er enkel – del BTU-verdien med 3,4.

Ved beregning av parametrene til en varmepumpe, inkludert varmevekslere, brukes programvare til modellering, beregning og optimalisering av kjølesystemer, for eksempel CoolPack

Allerede på beregningstrinnet (eller rettere sagt, når du spesifiserer «input»), kan du optimalisere systemet ved å velge de optimale termiske forholdene.

Bruken av en varmepumpe er effektiv for lavtemperaturvarmesystemer, for eksempel for gulvvarme med en temperatur ikke over 35-40 ° C. Forresten, den samme temperaturen anbefales for medisinske krav til varmtvannssystemet.

For hver type freon er det optimale temperaturer på «innløp» og «utløp», mer presist, koking og kondens, men forskjellen i dem alle er ikke mer enn 45-50 ° C.

Det ser ut til at en økning i temperaturen ved utløpet til varmepumpen vil ha en positiv effekt, men dette er ikke slik. Temperaturdifferansen vil også øke, noe som vil føre til en nedgang i COP (omstillingsfaktor eller effektivitet for en varmemotor). I tillegg vil dette kreve bruk av en kraftigere kompressor og ekstra energiforbruk..

Den ideelle COP kan ikke oppnås (tap i kompressoren, strømforbruk, varmetap under transport i systemet osv.), Så de faktiske verdiene ligger vanligvis i området fra 3 til 5.

Det er en annen måte å øke effektiviteten på – bruk av en bivalent varmekrets.

I virkeligheten er driften av varmesystemet i full kapasitet bare nødvendig i 15–20% av hele sesongen. I løpet av denne tiden kan du bruke ekstra varmeenheter (for eksempel en keramisk varmeapparat eller konvektor). Ved å redusere designens termiske kraft opp til 80% vil du spare på kompressoren, redusere dybden på brønnen eller lengden på horisontale rør og redusere energiforbruket for service på selve varmepumpen.

Utformingen av den horisontale eller vertikale bakkevarmeveksleren avhenger av den gitte nominelle varmepumpeutgangen og COP. I gjennomsnitt fjernes 20 W fra hver meter av «horisonten» (med et rørleggingstrinn på minst 0,7 m), og fra det «vertikale» – 50 W. Men de spesifikke verdiene avhenger av bergarten og dens fuktighetsinnhold. De beste verdiene for grunnvann.

Interessant! Det er også andre bakkevarmevekslere – «spiral» eller «kurv». Det er faktisk en vertikal sonde laget av et rør i form av en spiral, som gjør det mulig å redusere boredybden..

Etter å ha bestemt lengden på den horisontale kretsen eller dybden på den vertikale sonden, må du beregne dimensjonene til fordamperen og kondensatoren..

Fremstilling av fordamper og kondensator

Det er mulig å kjøpe ferdige varmevekslere for både fordamperen (lavt trykk) og kondensatoren (med trykk opptil 25 bar). Men det er billigere å lage dem fra et kobberrør for klimaanlegg (som er designet spesielt for å arbeide med kjølemedier ved høyt trykk) og improviserte containere.

Viktig! VVS kobberrør er ikke så rent og fleksibelt. Det er verre å lodde og rulle det under installasjonen.

Overflatearealet til varmeveksleren beregnes, som er direkte proporsjonalt med varmeutløserkraften og omvendt proporsjonal med temperaturforskjellen mellom varmebærerne ved innløpet og utløpet til hver tilkoblet krets (jord og varmesystem).

Når du kjenner rørdiameteren og overflaten, bestemmer du lengden på hver spole for fordamperen og kondensatoren.

Det er bedre å lage en beholder for en kondensator av rustfritt stål (temperaturen på den innkommende freon-dampen kan være ganske høy):

• ta en ferdig tank med passende kapasitet (slik at en spiral fra et kobberrør passer);
• legg en spole i den (inngang øverst, avslutt nederst);
• fjerne endene av kobberrøret for tilkobling til kompressoren og ekspansjonsventilen (ved lodding eller flens);
• lage en innbinding av adaptere i tanken for tilkobling av rør i varmesystemet;
• sveis lokket.

Fordamperen fungerer ved lavere temperaturer, slik at du kan ta en billigere plastbeholder for det, som adaptere kuttes inn i for å koble til jordsløyfen. Den skiller seg også fra kondensatoren etter stedet for varmevekslerspolen – innløpet (væskefasen til freon fra ekspansjonsventilen) er fra bunnen, utløpet til kompressoren er fra toppen.

Installasjon av kretsen

Etter at varmevekslerne er produsert, monteres den gass-hydrauliske kretsen:

• kompressoren, kondensatoren og fordamperen er installert på plass;
• kobberrør er loddet eller koblet til en flens;
• koble fordamperen til jordkretspumpen;
• koble kondensatoren til varmesystemet.

1 – sirkulasjonspumpe av jordkretsen; 2 – fordamper; 3 – utgang av jordkonturen; 4 – termostatventil; 5 – kompressor; 6 – til varmesystemet; 7 – kondensator; 8 – retur av varmesystemet

Den elektriske kretsen (kompressor, jordkretspumpe, nødautomasjon) må kobles til via en dedikert krets, som må tåle ganske høye startstrømmer.

Det er viktig å bruke en effektbryter, så vel som en nødstans fra temperaturbryteren: ved vannuttaket fra kondensatoren (i tilfelle overoppheting) og saltlakeuttaket fra fordamperen (i tilfelle overkjøling).