DIY pompa ciepła

Ogrzewanie pompą ciepła jest nie tylko opłacalne, ale i praktyczne. W kontekście stałego wzrostu cen energii autonomiczne źródła mogą zapewnić ciepło do domu i znacznie obniżyć koszty energii elektrycznej. Ponadto urządzenie można łatwo podłączyć zgodnie z zasadą kotła dwuprzewodowego do sieci wodociągowej i zapewnia ciepłą wodę.

Spis treści:

Podstawy teoretyczne

Zasada działania pompy ciepła polega na tym, że urządzenie pobiera ciepło z jednego miejsca i przekazuje je w drugie, czyli m.in. wykorzystuje prawa fizyki geotermalnej. Jeśli przyjąć zasadę działania pompy ciepła tak prosto, jak to tylko możliwe, to jest to system rur, w których płynie płyn niezamarzający. Jest ogrzewany przez zewnętrzne źródła ciepła, następnie przemieszcza się do pompy, oddaje ciepło do systemu grzewczego i wraca z powrotem do źródła ciepła.

Istnieją dwie duże grupy takiego sprzętu:

  • przemysłowe pompy ciepła;
  • domowe pompy ciepła.

Praca przemysłowej pompy ciepła opiera się na pozyskiwaniu ciepła z gruntu. W tym celu wiercone są studnie na głębokość kilku kilometrów, w których instalowane są metalowe spirale. Za ich pośrednictwem ciepło przekazywane jest do obwodu cieplnego, do którego podłączona jest pompa ciepła. Ta metoda jest najskuteczniejsza, ponieważ ma najwyższy poziom wydajności. Jednak koszt instalacji sprzętu sięga 10-15 tysięcy dolarów. Ta okoliczność przyczyniła się do pojawienia się pomp domowych, mniej wydajnych, ale też tańszych..

Urządzenie z pompą ciepła do użytku domowego

Pompa ciepła składa się z trzech głównych części:

  • kontur gleby;
  • kontur freonu;
  • obieg grzewczy.

Kontur gleby jest najprostszą częścią konstrukcji. Jest to system rur instalowanych w gruncie lub zbiorniku wodnym, w którym krąży solanka przeciw zamarzaniu. Jego temperatura waha się od -3 do -5 stopni Celsjusza. Nie ma zasadniczej różnicy w reżimie temperatur, ponieważ solanka może być podgrzewana przez zewnętrzne źródła ciepła tylko do zera..

Ta temperatura wystarczy do zagotowania freonu, który przechodzi w stan gazowy już w temperaturze -2. Ponadto para freonu jest przenoszona do sprężarki, która wytwarza ciśnienie i skrapla czynnik chłodniczy. W tym stanie temperatura freonu wzrasta do +100 stopni.

Ponadto wrząca woda jest przekazywana do systemu grzewczego, podgrzewa wodę w kaloryferach, schładza się i wraca z powrotem do obiegu freonu. Tak więc zużycie energii występuje tylko na pracę sprężarki. Biorąc pod uwagę, że jej moc rzadko przekracza 1 kW, należy stwierdzić, że pompa ciepła pod względem zużycia energii elektrycznej jest podobna do kotła, ale w przeciwieństwie do niej jest w stanie nie tylko ogrzać wodę, ale także ogrzać cały dom.

Rodzaje domowych pomp ciepła

Zwyczajowo rozróżnia się trzy rodzaje urządzeń termicznych:

  • otwarta pętla;
  • z obiegiem zamkniętym i hydrowymiennikiem;
  • z obiegiem zamkniętym i wymiennikiem poziomym.

Otwarta pętla zakłada, że ​​wymiennik ciepła jest podłączony do źródła wody gruntowej. Przy użyciu pompy ta metoda pozwala zaopatrzyć dom nie tylko w wodę, ale także w ciepło..

W obiegu zamkniętym z wymiennikiem hydraulicznym chłodziwo jest instalowane w zamkniętym zbiorniku. Rury solankowe nie mają bezpośredniego kontaktu z wodą, ciepło jest przenoszone przez organizm. Nadaje się do domów ze stawami lub w pobliżu rzek.

Poziomy wymiennik ciepła to uproszczona wersja przemysłowej pompy ciepła. Rury są instalowane na głębokości zaledwie kilku metrów, ale to wystarcza do wysokiej jakości ogrzewania 80-100 m2. m. Jeśli w systemie zainstalowana jest pompa obiegowa, głębokość wzrasta do 250-300 m. Biorąc pod uwagę, że temperatura poniżej wyniesie około 15-18 stopni, wydajność pompy ciepła znacznie wzrośnie. Należy jednak pamiętać, że koszt energii elektrycznej również będzie wyższy, ponieważ pompa obiegowa działa wyłącznie z sieci..

Obwód pompy ciepła

Obecnie istnieją dwa najpopularniejsze projekty:

  • skraplacz;
  • na płytach Peltiera.

Na początek rozważmy zasadę działania pompy ciepła opartą na elektrodynamice. Składa się ona z:

  • płyty z powłokami różniącymi się różnymi poziomami energii elektronów;
  • przewody zasilające;
  • skraplacz ciepła;
  • Zasilanie prądem zmiennym od 12V.

System pompy ciepła jest niezwykle prosty w obsłudze. Pod wpływem prądu jedna z płyt nagrzewa się, druga stygnie, gdy zmienia się polaryzacja, zmieniają się strony zimna i ciepła. Po obu stronach płyt znajdują się skraplacze, które akumulują ciepło i przekazują je do systemu grzewczego.

Z oczywistymi zaletami, takimi jak:

  • ciche funkcjonowanie;
  • łatwość instalacji;
  • mały rozmiar.

Jest jedna istotna wada – bardzo niska wydajność. Aby zwalczyć ten problem, konieczne jest zwiększenie powierzchni płytek, a to z kolei doprowadzi do wyższych kosztów energii. Biorąc pod uwagę fakt, że w naszym kraju nie jest to tania przyjemność, efektywniej jest zastosować standardową skraplaczową pompę ciepła.

Zrób to sam pompa ciepła pod klucz

Do montażu pompy ciepła potrzebne będą:

  • rury wodne;
  • rury metalowo-plastikowe do ogrzewania;
  • kompresor;
  • pojemność zbiornika wyrównawczego;
  • pojemność kondensatora;
  • solanka;
  • freon;
  • zasilacz;
  • zbiornik freonowy.

W pierwszym etapie będziesz musiał zmontować obwód wymiany ciepła:

1. Określ źródło ciepła: ląd lub zbiornik.

2. Doprowadzamy rury do źródła termalnego.

3. Podłączamy rurkę cieplną do zbiornika wyrównawczego z freonem.

W drugim etapie montujemy układ obiegowy:

1. Podłączamy zbiornik z freonem do sprężarki, w tym celu wylot gazu musi znajdować się na samej górze zbiornika wyrównawczego.

2. Podłącz przewód wysokiego ciśnienia do sprężarki.

3. Sprężarkę i skraplacz łączymy rurką, która musi być oddzielona dławikiem.

4. Ze skraplacza wykonujemy spust powrotny do sprężarki i zbiornika wyrównawczego.

Etap końcowy – podłączenie ogrzewania:

1. Nośnik ciepła należy podłączyć do skraplacza, z reguły jest to woda.

2. Ze zbiornika z chłodziwem wykonaj orurowanie do ogrzewania.

3. Podłącz grzejniki.

Ważne: rozważany jest najprostszy system do tworzenia pompy ciepła. Do jego normalnej pracy potrzebna będzie dodatkowa instalacja pompy obiegowej, która zapewni ruch wody w układzie.

Pompę ciepła, której instalację opisano powyżej, można dodatkowo rozbudować o pompę wodną. Dzieje się tak, jeśli w regionie występuje dużo wód gruntowych. W takim przypadku system będzie musiał zostać przerobiony:

1. Rura pompująca musi być zwinięta w pierścień pod zbiornikiem z freonem.

2. Podczas pracy pompy woda będzie podnosić się przez tę rurę, która powinna dostać się do zbiornika dystrybucyjnego.

3. Sensowne jest zainstalowanie trójnika ze zbiornika, osobno do ogrzewania, osobno do zaopatrzenia domu w wodę.

Ważne: zakłada się, że zbiornik będzie służył jako pojemnik na płyn chłodzący, dlatego jego wielkość powinna być proporcjonalna do mocy pompy.

Pompa ciepła: obliczanie wydajności

Według wielu ekspertów sprawność pomp ciepła jest 2-3 razy wyższa niż kotłów gazowych. Jeśli weźmiemy pod uwagę koszt surowców energetycznych, to nie ma zastrzeżeń. Ale i tak warto sprawdzić realne możliwości tego wynalazku..

Aby obliczyć energię cieplną potrzebną do ogrzania 1 metra sześciennego. m wody, użyjemy standardowego wzoru w fizyce:

Q = c * m * (t2-t1)

  • c jest właściwą pojemnością cieplną substancji;
  • m jest masą; obliczone według wzoru – m = p * V, gdzie p jest gęstością substancji, V jest objętością;
  • t2 jest temperaturą pożądaną;
  • t1 – temperatura płynu chłodzącego.

Podstawmy konkretne wartości pod wzór:

  • Q = 4183 * 1000 (1 metr sześcienny) * (60-10);
  • Q = 209,15 mJ, co odpowiada w przybliżeniu 58,6 kWh.

Jak widać z obliczeń, moc pompy ciepła dla efektywnego ogrzania pomieszczenia powinna wynosić około 60 kW/h pod warunkiem, że w układzie krąży 1 metr sześcienny. m. wody.

Teraz obliczmy rzeczywiste wskaźniki mocy dla freonu. Aby nie zagłębiać się w matematykę, skomponujemy proste, ale jasne równanie:

  • 209150000 = 2010 * x * 100;
  • x = 209150000/2010/100;
  • x = 1040,55.

W tym obliczeniu x to masa. Musisz znać głośność:

  • V = m / p;
  • V = 1040,55 / 196,2;
  • V = 5,3 metra sześciennego m. gazu lub 1,2 metra sześciennego. m. płyn.

Jak widać z obliczeń, do normalnego ogrzewania pomieszczeń potrzebne będzie 5,3 metra sześciennego. m. para freonu. Wartość jest raczej dowolna, ponieważ zależy od temperatury, ciśnienia w układzie, jakości freonu i wielu innych wskaźników. Jednak obliczenia te opierają się na wartościach referencyjnych, z wyłączeniem czynników środowiskowych. Dokładny wskaźnik jest obliczany zgodnie z równaniem Clapeyrona-Mendeleeva.

Pomimo konwencjonalności obliczeń można zauważyć, że aby zapewnić temperaturę chłodziwa w standardowych 60 stopniach, potrzeba więcej freonu niż wody w systemie. Wynika z tego bezpośrednio, że naprawdę efektywna pompa ciepła musi mieć odpowiednio duże gabaryty, inaczej zabraknie ciepła..

Zdecydowanym rozwiązaniem będzie zastosowanie innych czynników chłodniczych, np. na bazie amoniaku lub ich analogów, gdzie temperatura pary może być znacznie wyższa niż 100 stopni Celsjusza. Na przykład, jeśli podgrzejesz parę do 200 stopni, stosunek zmieni się o około ¾, na korzyść czynnika chłodniczego.

Konkretny system pompy ciepła zależy od wielu czynników i wymaga poważnych badań matematycznych, gdyż bez tego ogrzewanie nie będzie efektywne. W przypadku obliczeń lepiej zwrócić się do ekspertów lub skonsultować się z nauczycielem fizyki w szkole, ponieważ większość formuł należy do programu klas 8-9. Niepraktyczne jest podawanie w artykule konkretnych przykładów, ponieważ nie można uogólniać formuł dla każdego indywidualnego przypadku..

Ogrzewanie domu pompą ciepła: cena

Zanim zaczniesz szukać ekspertów w dziedzinie termodynamiki, musisz samodzielnie wykonać prostą procedurę – obliczyć zużytą energię elektryczną i koszt wytworzenia pompy.

Biorąc pod uwagę wartość rynkową materiałów budowlanych, konieczne będzie zainwestowanie około 600-800 dolarów. Ponadto musisz kupić wysokiej jakości kompresor. Wymiana ogrzewania nie jest brana pod uwagę, ponieważ zależy to od konkretnych życzeń. Na przykład jeden grzejnik aluminiowy na 10 sekcji kosztuje 80-150 USD.

Ale to jednorazowa inwestycja. Koszty energii obliczane są według wydajności sprężarki:

  • pomnóż moc znamionową przez czas pracy;
  • moc znamionowa – moc sprężarki;
  • czas pracy – okres, w którym urządzenie pobiera energię elektryczną.

W ten sposób sprężarka o mocy 1 kW na 12 godzin ciągłej pracy zużyje 12 kW energii elektrycznej..

Jeśli założymy, że sprężarka pracuje prawie bez przerwy, to dzienne zużycie wyniesie około 20 kW. Przez miesiąc uzyskujesz zużycie 600 kW. Jeśli policzymy najwyższą taryfę dla Moskwy, okazuje się, że 600 * 4,68 = 2748 rubli. Dla porównania 1 metr sześcienny. m gazu kosztuje 3,87 rubla. Z wysokiej jakości ogrzewaniem gazowym 600 metrów sześciennych. m. wystarczy na 2-3 miesiące.

Biorąc pod uwagę, że większość sprężarek ma moc powyżej 2 kW, wydajność ogrzewania jest kwestionowana. Rozwiązaniem problemu są niezależne źródła energii elektrycznej.

W związku z powyższym instalacja pompy ciepła pozostaje kwestią kontrowersyjną. Pod pewnymi warunkami na pewno się to opłaca i to dość szybko. Z drugiej strony wysoka jakość wykonania będzie wymagała dużych kosztów finansowych i instalacji dodatkowego sprzętu..