Gör-det-själv värmepump för uppvärmning i hemmet

Till skillnad från alternativa energianordningar som solpaneler och vindkraftverk är värmepumpen mindre känd. Och förgäves. Det vanligaste grundvattensystemet fungerar stabilt och beror inte på väder eller klimatförhållanden. Och du kan göra det själv.

Lite teori

Det är lättast att använda jordens naturliga värme för att värma ett hem om det finns geotermiskt vatten i regionen (som görs på Island). Men sådana förhållanden är sällsynta..

Och samtidigt finns värmeenergi överallt – du behöver bara extrahera den och få den att fungera. Detta är vad värmepumpen är avsedd för. Vad den gör:

• tar energi från naturliga källor med låg temperatur;
• ackumuleras, det vill säga höjer temperaturen till höga värden;
• ger den till kylvätskan i värmesystemet.

I princip används ett standardkompressor för kylskåp, men ”vice versa”. En naturlig värmebärare cirkulerar i den första kretsen. Den är stängd för en värmeväxlare som fungerar som en förångare för den andra kretsen.

1 – jord; 2 – saltlösning; 3 – cirkulationspump; 4 – förångare; 5 – kompressor; 6 – kondensator; 7 – värmesystem; 8 – köldmedium; 9 – choke

Den andra kretsen är själva värmepumpen, i vilken det finns freon. En värmepumpcykel består av följande steg:

1. I förångaren värms freon upp till kokpunkten. Det beror på typen av freon och trycket i denna del av systemet (vanligtvis upp till 5 atmosfärer).
2. I gasformigt tillstånd går freon in i kompressorn och komprimeras till 25 atmosfärer, medan temperaturen stiger (ju större komprimering, desto högre temperatur). Detta är fasen med värmeakkumulering – från en stor volym med låg temperatur, en övergång till en liten volym med en hög temperatur.
3. Gasen som värms upp med tryck kommer in i kondensorn, i vilken värme överförs till kylvätskan i värmesystemet.
4. Efter kylning kommer freon in i gasspjället (aka flödesregulator eller termostatventil). I det sjunker trycket, freon kondenseras och återgår till förångaren i form av en vätska.

Var är det bättre att ”ta bort” värmen

I grund och botten finns det tre medier från vilka du kan ”ta” värmen:

1. Luft. Vid normalt tryck kokar alla typer av freoner vid negativa temperaturer (till exempel R22 – cirka -25 ° C, R404 och R502 – cirka -30 ° C). Men för cirkulation i systemet är det nödvändigt att skapa övertryck redan i den första fasen – förångning. Samma 4 atmosfärer i förångaren kräver att lufttemperaturen utanför är minst 0 ° C för R22 och -5 ° C för R404 och R502. I våra regioner kan denna typ av värmepump användas för uppvärmning under lågsäsongen och för varmvattenförsörjning under den varma säsongen..

2. Vatten. Detta är en mer stabil värmekälla, förutsatt att behållaren inte fryser till botten på vintern. Men huset ska inte bara ligga bredvid en sjö eller en flod, utan vara på första linjen.

3. Mark. Den mest stabila källan till värmeenergi. Du kan använda två scheman – horisontellt och vertikalt. Horisontellt verkar lättare eftersom det inte kräver borrning. Men en stor mängd jordbearbetning måste göras för att gräva ett skyttegrav till ett djup under jordens frysningsnivå (för mellanlängderna ligger det från 1 meter i den västra delen av den europeiska delen av landet och upp till 1,6-1,8 närmare Ural, i Sibirien är situationen ”ännu värre ”Det vertikala schemat är mer mångsidigt och effektivt, men kräver borrning till ett betydande djup. Även om flera grunda brunnar kan användas istället för en djup..

Schematiskt diagram

Själva värmepumpens krets är enkel: förångare – kompressor – kondensor – kvävning – förångare.

Kretsens hjärta är kompressorn. Du kan köpa en ny, men det är billigare att hitta en begagnad. Naturligtvis talar vi inte om lågeffektkompressorer för hushållskylskåp, utan om modeller installerade i delade system. Det är nödvändigt att inte fokusera på strömförbrukningen, utan på kraften i uppvärmningsläget (vilket är högre än i kylläget med 5-20%).

Kompressormodellen väljs enligt förhållandet 1 kW per 10 kvm. meter uppvärmd yta.

Uppmärksamhet! Kraften kan anges inte bara i kW, utan också i BTU (engelska mätenhet för termisk energi, antagen för klimatteknik). Konverteringen är enkel – dela BTU-värdet med 3,4.

Vid beräkning av parametrarna för en värmepump, inklusive värmeväxlare, använd programvara utformad för modellering, beräkning och optimering av kylsystem, till exempel CoolPack

Redan i beräkningsstadiet (eller snarare när du anger ”input”) kan du optimera systemet genom att välja de optimala termiska förhållandena.

Användningen av en värmepump är effektiv för lågtemperaturvärmesystem, till exempel för golvvärme med en temperatur som inte överstiger 35–40 ° C. Förresten, samma temperatur rekommenderas för medicinska krav för DHW-systemet.

För varje typ av freon finns det optimala temperaturer för ”inlopp” och ”utlopp”, mer exakt, kokning och kondensation, men skillnaden i dem alla är högst 45-50 ° C.

Det verkar som om en ökning av temperaturen vid värmepumpens utlopp kommer att ha en positiv effekt, men det är inte så. Temperaturdifferensen kommer också att öka, vilket kommer att leda till en minskning av COP (omvandlingsfaktor eller effektivitet hos en värmemotor). Dessutom kräver detta en kraftfullare kompressor och ytterligare energiförbrukning..

Den ideala COP kan inte uppnås (förluster i kompressorn, energiförbrukning, värmeförluster under transport inom systemet etc.), så de faktiska värdena ligger vanligtvis i området från 3 till 5.

Det finns ett annat sätt att öka effektiviteten – användningen av en bivalent värmekrets.

I verkligheten behövs drift av värmesystemet med full kapacitet endast 15–20% av hela säsongen. Under denna tid kan du använda ytterligare värmeenheter (till exempel en keramisk värmare eller konvektor). Genom att minska designens termiska effekt upp till 80% sparar kompressorn, minskar djupet på brunnen eller längden på horisontella rör och minskar energiförbrukningen för service av själva värmepumpen.

Utformningen av den horisontella eller vertikala markvärmeväxlaren beror på den angivna nominella effekten från värmepumpen och COP. I genomsnitt avlägsnas 20 W från varje meter i ”horisonten” (med ett rörläggningssteg på minst 0,7 m) och från ”vertikalen” – 50 W. Men de specifika värdena beror på typen av berg och dess fuktinnehåll. De bästa värdena för grundvatten.

Intressant! Det finns också andra markvärmeväxlare – ”spiral” eller ”korg”. I själva verket är det en vertikal sond tillverkad av ett rör i form av en spiral, vilket gör det möjligt att minska borrdjupet..

Efter bestämning av längden på den horisontella kretsen eller djupet på den vertikala sonden, beräkna förångarens och kondensorns dimensioner..

Tillverkning av förångare och kondensator

Det är möjligt att köpa färdiga värmeväxlare för både förångaren (lågt tryck) och kondensorn (med tryck upp till 25 bar). Men det är billigare att göra dem från ett kopparrör för luftkonditioneringsapparater (som är utformat specifikt för att arbeta med kylmedel vid högt tryck) och improviserade behållare.

Viktig! VVS kopparrör är inte lika rent och flexibelt. Det är värre att luta och rulla det under installationen.

Ytarean på värmeväxlaren beräknas, som är direkt proportionell mot värmeavgivningseffekten och omvänt proportionell mot temperaturskillnaden mellan värmebärarna vid inloppet och utloppet för varje ansluten krets (mark och värmesystem).

Genom att känna till rördiametern och ytarean, bestäm längden på varje spole för förångaren och kondensorn.

Det är bättre att skapa en behållare för en kondensator av rostfritt stål (temperaturen på den inkommande freonångan kan vara ganska hög):

• ta en färdigt tank med lämplig kapacitet (så att en spiral från ett kopparrör passar);
• placera en spole i den (ingången upptill, avsluta längst ner);
• ta bort kopparrörets ändar för anslutning till kompressorn och expansionsventilen (genom lödning eller fläns);
• göra en anslutning av adaptrar i tanken för anslutning av rör i värmesystemet;
• svetsa locket.

Förångaren arbetar vid lägre temperaturer, så du kan ta en billigare plastbehållare för den, i vilken adaptrar skärs för att ansluta till markslingan. Det skiljer sig också från kondensorn på platsen för värmeväxlarens spiralinlopp (freonens fas från expansionsventilen) underifrån, utloppet till kompressorn ovanifrån.

Installation av kretsen

Efter att värmeväxlarna har tillverkats monteras den gas-hydrauliska kretsen:

• kompressorn, kondensorn och förångaren är installerade på plats;
• kopparrör är lödda eller anslutna till en fläns;
• anslut förångaren till jordkretspumpen;
• anslut kondensorn till värmesystemet.

1 – cirkulationspump för jordkretsen; 2 – förångare; 3 – utgång från markkonturen; 4 – termostatventil; 5 – kompressor; 6 – till värmesystemet; 7 – kondensator; 8 – returvärmesystem

Den elektriska kretsen (kompressor, jordkretspump, nödautomation) måste anslutas via en dedicerad krets som måste motstå ganska höga startströmmar.

Det är nödvändigt att använda en effektbrytare, samt en nödstopp från temperaturomkopplaren: vid vattenutloppet från kondensorn (i händelse av överhettning) och saltvattenuttaget från förångaren (vid överkylning).