Pompa ciepła do samodzielnego ogrzewania domu

Pompa ciepła to ciekawa rzecz, ale droga. Przybliżony koszt wyposażenia + obwodów zewnętrznych wynosi od 300 do 1000 USD za 1 kW mocy. Znając „poręczność” narodu rosyjskiego, łatwo założyć, że niejedna ręcznie robiona pompa ciepła pracuje na bezkresie naszej rozległej i różnorodnej ojczyzny. Najczęściej są to urządzenia domowej roboty, które zostały wykonane przez „lodówki”. I to jest zrozumiałe, bo pompa ciepła i zamrażarka działają na tej samej zasadzie, po prostu system ciepłowni nastawiony jest na odbieranie ciepła, a nie jego odprowadzanie, a sprężarka pracuje z większą mocą.

Przeczytaj o tym, jak to działa.

Co może być źródłem ciepła dla pompy ciepła

Ciepło do ogrzewania pomieszczenia można pobierać z powietrza z zewnątrz. Ale tutaj nieuchronnie pojawią się trudności w eksploatacji: wahania temperatur, nawet przeciętnie dobowe, są zbyt duże, nie mówiąc już o tym, że pompa ciepła wykazuje normalną sprawność przy temperaturach powyżej 0o C.I ile regionów mamy taki obraz zimą ? Wiosną, a nawet wtedy nie wcześnie i nie na całym terytorium i nie przez cały czas.

Każde otoczenie może być źródłem ciepła dla domu ogrzewanego pompą ciepła

Znacznie bardziej akceptowalne wydaje się źródło ciepła znajdujące się w wodzie. Jeśli w pobliżu jest rzeka, jezioro lub staw o przyzwoitej głębokości, to jest po prostu świetne: możesz po prostu utopić rurociąg. Ważne jest tylko, aby rybacy z osami tam nie łowili.

Inną dobrą opcją jest studnia, ale istnieje możliwość, że poziom wody spadnie i będziesz musiał poszukać innego źródła. Ale póki co wszystko jest w porządku, będzie działać dobrze: średnia temperatura wody w poziomach podziemnych to 5-7 oC. To więcej niż wystarczające do działania pompy ciepła.

Możesz być zaskoczony, ale możesz też skorzystać z kanalizacji - temperatury są tam wyższe niż w studniach. Rurociąg można umieścić w szambie lub studni, ale pod warunkiem, że będzie cały czas zalany wodą. Rura będzie musiała być odporna chemicznie.

Poziomy kolektor podziemny to niezwykle pracochłonne zadanie: konieczne będzie usunięcie gruntu z kilkuset metrów kwadratowych na głębokość poniżej punktu zamarzania. Są to bardzo duże tomy, których nie da się opanować samodzielnie ani nawet z asystentem. A jak pokazała praktyka, w naszych warunkach klimatycznych takie systemy są nieskuteczne: zimy są zbyt surowe.

Z pionowymi kolektorami nie jest lepiej - bez sprzętu wiertniczego prawie nie będziesz w stanie się obejść. Liczba i głębokość studni zależy od gleby: zakres możliwego odprowadzenia ciepła z metra studni jest bardzo duży. Od 25 W / mw suchym tłuczniu kamiennym i glebie piaszczystej do 80-85 W / mw mokrych tłuczniach kamiennych i piaszczystych lub w granicie. W związku z tym różnica w długości odwiertów wynosi 3 razy i więcej.

Oto schemat ogrzewania domu za pomocą pompy ciepła. Przy stosowaniu, jak w opisanym przykładzie, dwóch studni i przy braku zamkniętej pętli, odległość między dwoma studniami musi wynosić co najmniej 20 metrów. I trzeba wziąć pod uwagę kierunek przepływu, aby zimna woda z pompy nie obniżała temperatury w studni „dawczej”

W opisanym przykładzie domowej pompy ciepła źródłem ciepła jest studnia z dobrym przepływem wody. Woda dociera tak szybko, że pokrywa zużycie na potrzeby gospodarstwa domowego i wystarcza do przekazania wymaganej ilości ciepła (obliczono wymagany przepływ wody i odpowiednio dobrano pompę).Ale źródłem ciepła dla tej modyfikacji może być dowolne z opisanych powyżej, z wyjątkiem powietrza. Decydując się na źródło ciepła będzie można wykonać pompę ciepła do ogrzewania domu.

Rodzaje pomp ciepła

Aby dokładnie zrozumieć, czym jest pompa ciepła, musisz wiedzieć, jaki jest jej nośnik ciepła na konturach jej konstrukcji na zewnątrz i wewnątrz domu. Te chłodziwa klasyfikują to urządzenie.

Rodzaje pomp ciepła

Urządzenie pobiera energię do swojego działania z następujących źródeł:

• woda. Źródłem może być zbiornik wodny, scentralizowane zaopatrzenie w wodę lub studnia itp.;
• podkładowy;
• powietrze.

W pomieszczeniach energia uzyskana za pomocą takiego urządzenia jest wykorzystywana nie tylko do ogrzewania, ale także do klimatyzacji, a także do podgrzewania wody. Połączenie różnych funkcji i zastosowanych elementów pozwala podzielić pompy ciepła na kilka typów, do których należą:

• woda woda;
• powietrze woda;
• wody w glebie.

Woda-powietrze

Najbardziej wydajnymi systemami ogrzewania są systemy wodno-wodne. Sprawność ta wynika z faktu, że temperatura wykorzystywanej wody, znajdującej się na dużych głębokościach, jest stała i ma dość wysokie wskaźniki. Aby pozyskać energię z tego typu źródła, mogą wykorzystać:

• studnie i studnie, za pomocą których pompowana jest woda gruntowa;
• otwarte zbiorniki wodne, które obejmują rzeki i jeziora;
• ścieki wykorzystywane w przemyśle do celów technologicznych.

Pompa ciepła wykorzystująca energię wydobywaną ze zbiornika typu otwartego będzie wymagać najniższych kosztów. W takim przypadku będziesz musiał załadować rury płynem chłodzącym i opuścić je do wody. W przypadku wód gruntowych stosuje się droższą konstrukcję, ponieważ jej realizacja jest już trudniejsza. Aby zrzucić wodę, musisz zbudować studnię. Ta woda przejdzie przez wymiennik ciepła.

Obieg powietrze-woda lub powietrze

Pompa ciepła powietrze / woda łączy zalety i wady. Zaletą jest bezużyteczność w zagospodarowaniu studni o dużej głębokości oraz prace związane z oczyszczaniem gleby. Wadą tych urządzeń jest niska moc w zimnych porach roku, co wpływa na ich najniższą wydajność spośród innych modeli. Aby korzystać z tego urządzenia, należy zamontować odpowiedni sprzęt na dachu domu.

Powietrzna pompa ciepła

Zaletą tego projektu jest możliwość ponownego wykorzystania ciepła wychodzącego z pomieszczenia, które ogrzewa pompę ciepła w postaci dymu, wody lub powietrza. Zimą wymagane będzie alternatywne ogrzewanie, aby wyeliminować brak ciepła.

Wody gruntowe

Tego typu pompa ciepła jest również bardzo wydajnym źródłem energii do ogrzewania. Wynika to z faktu, że ciepło pozyskiwane z gruntu na głębokości 5 metrów ma stałe wartości temperatury i nie ma na nie wpływu zmiany warunków atmosferycznych panujących na powierzchni ziemi. Na obwodzie zewnętrznym chłodziwo jest specjalną bezpieczną kompozycją zwaną solanką, która jest bezpieczna z punktu widzenia ochrony środowiska.

Obwód zewnętrzny używany dla tego typu pompy ciepła może być poziomy lub pionowy.

Rury używane w tym systemie muszą być wykonane z tworzywa sztucznego. Wykonanie poziome wymaga dużej powierzchni terenu. Po ułożeniu rur pod ziemią działka ta nie może być wykorzystywana na potrzeby rolnicze.

Dopuszcza się uprawę trawnika lub roślin w tym samym wieku. Do wykonania pionowego konieczne będzie wykonanie kilku studni, których głębokość waha się od 50 do 150 metrów, ponieważ na takiej głębokości gleba ma stabilną i wysoką temperaturę. Takie urządzenie nazywa się pompą geotermalną.Aby przenieść energię z takich głębokości, stosuje się specjalne sondy.

Jak działa pompa ciepła

Otaczające nas środowisko, w temperaturach powyżej jednego stopnia, ma pewną ilość energii. Za pomocą pompy ciepła można tę energię wykorzystać. Zasada działania opiera się na przenoszeniu ciepła ze źródła o niskim potencjale za pomocą energii cieplnej do nośnika ciepła, którego temperatura jest znacznie wyższa.

Jak działa pompa ciepła

Jest to realizowane w następujący sposób:

1. Chłodziwo dostaje się do rurociągu znajdującego się w ziemi. Nagrzewa się o kilka stopni.
2. Następnie płyn chłodzący, który przeszedł do parownika, przekazuje do obwodu wewnętrznego energię zgromadzoną w parowniku.
3. W obwodzie zewnętrznym znajduje się czynnik chłodniczy, który po podgrzaniu w wymienniku ciepła zamienia się w gaz.
4. Aby podnieść temperaturę tego czynnika chłodniczego, wchodzi on do sprężarki w celu sprężenia pod wysokim ciśnieniem.
5. Już podgrzany gaz chłodniczy wchodzi do skraplacza, który z kolei oddaje ciepło czynnikowi chłodzącemu w systemie grzewczym pomieszczenia.
6. Po zakończeniu cyklu czynnik chłodniczy, który utracił ciepło, przechodzi w stan ciekły i wraca do swojego pierwotnego położenia.

Agregaty chłodnicze działają na podobnej zasadzie. Dlatego pompy ciepła może służyć do skraplania powietrza w czasie upałów lat (systemy dzielone), jak z lodówki.

Na podstawie doświadczenia w obsłudze pompy ciepła do samodzielnego montażu

Jak pokazuje praktyka, wydajność przedstawionej opcji jest niska: 2,6-2,8 kW. Nie ma co mówić o wysokiej wydajności tej pompy ciepła: na powierzchni 60 m2 przy -5 oC na zewnątrz sama utrzymuje + 17oC. Ale system został rozważony i zainstalowany pod kotłem - grzejniki, przy temperaturze wejściowej + 45oC, po prostu nie mogą dać więcej. System w domu działał stary i liczba grzejników nie została zwiększona, ale do tej pory na mrozie ogrzewano je piecem.

Jeśli do konstrukcji zostanie dodany regeneracyjny wymiennik ciepła, zwiększy to sprawność o 10-15%. Biorąc pod uwagę, że koszty są niskie, możesz to zrobić. Będziesz potrzebował dwóch miedzianych rur po 1,5 metra każda. Jedna o średnicy 22 mm, druga - 10 mm. Przewód 4-żyłowy (długość 3-4 metry, średnica 4 mm) nawinięty jest na cieńszy w celu zwiększenia powierzchni wymiany ciepła, jego końce są przylutowane do rury tak, aby się nie rozwijały. Rurka nawinięta drutem jest delikatnie wprowadzana do rury o większej średnicy. Musi być zainstalowany pomiędzy sprężarką a parownikiem. Uszlachetnienie jest nieznaczne, ale znacznie zwiększa wydajność. To prawda, że ​​w pewnych warunkach jest to niebezpieczne: ciepły freon może dostać się do sprężarki, co doprowadzi do jej awarii.

Poprawa obwodu: można dodać regeneracyjny wymiennik ciepła, który zwiększy produktywność o około 15-20%

Drugą opcją zwiększenia wydajności, bezpieczniejszą i nie mniej efektywną, jest wbudowanie dodatkowego wymiennika ciepła do podgrzewania wody lub glikolu.

Na co zwrócić uwagę, decydując się na wykonanie własnej pompy ciepła. Jest kilka rzeczy, których można się nauczyć tylko z doświadczenia:

• Prądy rozruchowe tej konkretnej instalacji były bardzo przyzwoite. Zasoby sieciowe nie zawsze były wystarczające do uruchomienia instalacji. Dlatego, jeśli wykonujesz poważną instalację, lepiej jest wziąć trójfazową sprężarkę i odpowiednio dostarczyć trójfazowe wejście. Tak, nie tanio, ale do stabilnego uruchomienia sprężarki jednofazowej wymagany jest elektroniczny stabilizator o przyzwoitej mocy, którego również nie można nazwać tanim.
• Pompa ciepła w gotowym systemie grzejników nie zapewni normalnej temperatury w pomieszczeniu. Przeznaczone są do innej temperatury płynu chłodzącego, którą te instalacje, zwłaszcza domowe, są w stanie zapewnić niezwykle rzadko.Dlatego albo ulepsz system (dodając co najmniej taką samą liczbę sekcji grzejników), albo zainstaluj podłogi wodne.
• Jeśli w studni są trzy pierścienie wody, nie oznacza to, że ma duże obciążenie. Musisz wiedzieć, ile wody jest w stanie dać dzięki jej ciągłej selekcji.

Zasada działania pompy ciepła

Osobliwością pomp ciepła jest to, że działają z naturalnych źródeł energii. Pompa nie potrzebuje oleju napędowego, energii elektrycznej ani paliw stałych, aby uwolnić energię cieplną.
Źródłem energii jest woda, atmosfera i gleba. Pompy nie wytwarzają ciepła, a jedynie przekazują je do budynku. Zużywa to niewielką ilość energii elektrycznej.

Do ogrzewania domu wystarczy pompa ciepła i źródło ciepła. Zasada działania systemu przypomina działanie zwykłej lodówki, wręcz przeciwnie. W takim przypadku ciepło jest pobierane z zewnątrz i przenoszone do domu.

Ważny punkt: Głównym elementem alternatywnego systemu grzewczego jest właśnie pompa ciepła, dlatego do jej konstrukcji należy podejść bardzo ostrożnie.
Pompa składa się z następujących elementów:

Cechy pompy ciepła powietrze-powietrze:

• sprężarka, która jest elementem pośrednim systemu;
• parownik. Następuje w nim transfer energii o niskim potencjale;
• zawór dławiący, przez który czynnik chłodniczy (freon) powraca do parownika;
• skraplacz, w którym freon jest schładzany i uwalniana jest energia cieplna.

Pompa działa zgodnie z pewną zasadą. Wygląda mniej więcej tak:

Zasada działania pompy ciepła. (Kliknij, aby powiększyć)

1. Niskogatunkowe ciepło, które jest uwalniane z zewnętrznych źródeł energii, przekazywane jest rurami do parownika - do pierwszego elementu konstrukcji pompy. Ciepło jest przenoszone przez nośniki ciepła, które są w stanie wytrzymać niskie temperatury i jednocześnie nie zamarzają.
2. Tutaj ciepło jest przekazywane do czynnika chłodniczego, który krąży w zamkniętej pętli systemu. Freon jest często używany jako czynnik chłodniczy.
3. W sprężarce wysokie ciśnienie oddziałuje na freon, co znacznie podnosi jego temperaturę.
4. W kolejnym etapie czynnik chłodniczy trafia do skraplacza, skąd ciepło przekazywane jest do obwodu instalacji grzewczej. W rezultacie ciepło trafia do pomieszczenia, a freon po schłodzeniu powraca do stanu ciekłego.
5. Poprzez zawór redukcyjny freon wraca do parownika, gdzie proces się powtarza.

Opierając się na zasadzie działania pompy, energia elektryczna jest zużywana tylko na działanie sprężarki. W rezultacie sprawia to, że pompa ciepła jest najbardziej ekonomicznym sposobem przekazywania ciepła.

Możesz być zainteresowany artykułem o cechach pomp ciepła do ogrzewania domu. W tym artykule możesz zapoznać się ze szczegółową klasyfikacją pomp ciepła.

Wyniki

Niewątpliwie koszt pompy ciepła z klimatyzatora jest kilkakrotnie niższy niż gotowych opcji fabrycznych, nawet tych wyprodukowanych w Chinach. Ale jest tu wiele niuansów: musisz zadbać o źródło i ilość dostarczanego ciepła, poprawnie obliczyć długość wymienników ciepła (wężownic), zainstalować automatyzację, zapewnić gwarantowaną moc itp. Ale jeśli jesteś w stanie rozwiązać te problemy, jest to niewątpliwie korzystne. Pozwól, że damy Ci kilka rad: w pierwszym roku bardzo pożądane jest ogrzewanie rezerwowe, testy i uruchomienie próbne, lepiej przeprowadzić je latem, aby był czas na rewizję urządzenia przed startem sezonu grzewczego.

Plusy i minusy pomp ciepła

Na plusy stosowanie systemów grzewczych opartych na wykorzystaniu pomp ciepła można przypisać następujące:

• Rentowność podczas eksploatacji;
• Bezpieczeństwo ekologiczne instalacji;
• Bezpieczeństwo przeciwpożarowe instalacji;
• Niezawodność operacyjna;
• Autonomia pracy.

Wady obejmują:

• Wysoka cena;
• Złożoność całego kompleksu prac;
• Potrzeba kapitalnych napraw po upływie okresu użytkowania, związana ze znacznymi inwestycjami materiałowymi.