Energie pro vytápění domu se získává nejen spalováním plynu, dřeva nebo uhlí. Alternativou je tepelné čerpadlo voda-voda. Nákup takového čerpadla je však drahý, takže existuje touha vyrobit si to sami, vlastníma rukama.
Princip činnosti
Provoz tepelného čerpadla je způsoben teplem odebraným z vody. Jezera, sazby, řeky, studny, studny se stávají zdrojem vody. Hloubka nádrže ve středním Rusku by měla být alespoň 2 metry, aby spodní vrstvy nezamrzly. Podle umístění tepelného výměníku se tepelné usazeniny dělí na:
- horizontální (potrubí jsou uložena v prstencích na dně);
- vertikální (výměník tepla je umístěn svisle ve studni).
Vzhledem k tomu, že nemrznoucí nádrže nejsou umístěny v blízkosti každého domu, potrubí se nejčastěji pokládá do studní. Standardní tepelné čerpadlo voda-voda má několik hlavních částí:
- topné trubky;
- vodovodní a vypouštěcí potrubí;
- výparník (cívka, ve které se vypařuje freon);
- kompresor
- kondenzátor (cívka, ve které je zkapalněn freon).
Teplota podzemní vody je v závislosti na roční době 4-10 °C, pohybuje se v malých rozmezích. To zajišťuje stabilní a produktivní provoz tepelného čerpadla. Dvě studny jsou vrtány ve vzdálenosti 8-10 m od sebe. Podzemní voda vstupuje do potrubí z první studny a stoupá nahoru do výparníku a ohřívá ji. Současně se do výparníku přivádí zkapalněný freon. V důsledku poklesu tlaku ve výparníku přechází teplo ze stěn do chladiva. Chladivo (freon) se stává plynným.
Freon pak vstupuje do kompresoru a je stlačen. Poté vstupuje do kondenzátoru, mění se na kapalinu a teplo uvolněné v důsledku tohoto procesu přechází do chladicí kapaliny (nejčastěji je to voda). Chladicí kapalina zase ohřívá potrubí chladiče. Takto se vytápí dům. Podzemní voda je vypouštěna do druhé studny. Úplný obrázek o principech fungování podává schéma tepelného čerpadla. Protože teplota podzemní vody je stabilnější než teplota spodních vrstev nádrží, je mnohem efektivnější využívat studny. Zde ale musíme počítat i s náklady na vrtání studní. Je instalováno tepelné čerpadlo s bojlerem voda-voda, které vytápí místnost a ohřívá vodu pro domácí potřeby. Elektrická energie vynaložená na provoz čerpadla je 4-5krát menší než energie, kterou generuje.
Schéma vytápění domu pomocí tepelného čerpadla voda-voda
Funkčnost tepelného čerpadla voda-voda: odkud se bere vytápění?
Zdálo by se, že spojením potrubí, kompresoru, výparníku a dalších částí dohromady můžete získat funkční zařízení. Ale ve skutečnosti je úkol těžší. Aby čerpadlo správně fungovalo, ohřívejte chladicí kapalinu, počítá se s výměníkem voda-voda. Dále se určí výkon kompresoru, vybere se spouštěcí zařízení a systém se utěsní. Dům je zateplen, minimalizuje energetické ztráty. Domácí zařízení pro vytápění se připojují:
- na teplou podlahu;
- na trubky umístěné ve stěně;
- k moderním radiátorům s velkou plochou.
To umožňuje racionální využití vyrobené energie. Někdy se za účelem úspory peněz zapnou tepelná čerpadla voda-voda společně s kotli na plyn, elektřinu nebo jiné palivo.
Jak vyrobit tepelné čerpadlo vlastníma rukama: výpočet
Můžete si koupit tepelné čerpadlo zcela připravené k použití, ale musíte se naladit na skutečnost, že cena zařízení bude nejméně 100-200 tisíc rublů. Existují i dražší tepelná čerpadla, jejichž cena závisí především na výstupním výkonu. Zaměstnanci prodejny a inženýři pomáhají s výpočtem tepelného čerpadla voda-voda, aby pochopili, jak ekonomicky výhodný je nákup takového zařízení. Existují i programy, které určují snížení nákladů na vytápění po instalaci tepelného čerpadla.
Po prostudování návrhu tepelného čerpadla si jej můžete zkusit vyrobit sami. To zabere hodně času, ale ušetří se peníze. Chcete-li vypočítat tepelné čerpadlo, stáhněte si program pro výběr zařízení nebo požádejte o pomoc přítele vašeho technika.
Výběr kompresoru: na ceně záleží
Tepelné čerpadlo je obdobou lednice, jejíž stěny ohřívají vzduch v kuchyni. Hlavní částí chladničky je kompresor. Výroba kompresoru vlastníma rukama je nesmírně obtížná. Abyste si nekoupili nové zařízení, lze jej vyjmout ze staré klimatizace, důležité je pouze to, aby zařízení fungovalo. Věnujte pozornost tomu, s jakým chladivem kompresor pracuje. Budete muset vyplnit stejný.
Výkon kompresoru je cca 7-7,5 kW za studena. Můžete vzít dva kompresory, zapojit je paralelně se zpožděním startu. Tím se zvýší výkon a sníží startovací proud.
Je nepravděpodobné, že můžete sestavit plnohodnotné tepelné čerpadlo z kompresoru chladničky vlastníma rukama. Výkon takového kompresoru stačí pouze na vytápění malé místnosti.
Existuje invertorový typ kompresoru, který dokáže plynule měnit výkon, šetřit energii a pracovat tiše. Náklady na tento typ kompresoru jsou poměrně vysoké. Pokud si koupíte konkrétně nové zařízení určené pro tepelné čerpadlo, bude to stát 3-5 tisíc amerických dolarů. Je jasné, že za tuto cenu chce mnoho lidí udělat kompresor z klimatizace. Stojí za zmínku, že není správné říkat „vodní kompresor“, protože mluvíme o kompresi plynu. Správnější je mluvit o kompresoru pro tepelné čerpadlo s výměníkem voda-voda.
Udělej si sám kondenzátor podle schématu
Chcete-li vyrobit kondenzátor, vezměte sud z nerezové oceli o objemu 100-120 litrů. Poté se hlaveň rozřízne na dvě části, uvnitř se upevní cívka měděné trubky, kterou se bude pohybovat chladivo (freon). Cívka se získá navinutím měděné trubky na jakýkoli tuhý válcový předmět (válec, nádrž, ocelová trubka), přičemž se zachová rozteč závitů.
Tloušťka stěny trubky je 1-1,2 mm, průměr je 0,5 palce (12 mm). Takové trubky se používají v chladicích zařízeních. Pro výpočet přesné délky se vypočítá plocha cívky. Oblast zase pomáhá určit vzorec tepelné vodivosti.
P=0,8*S*T, z toho dostaneme
Zde S je plocha měděné trubky, P je užitečný výkon dodávaný tepelným čerpadlem, T je rozdíl mezi teplotami vody na vstupu do výměníku tepla a na výstupu z něj, 0,8 je tepelná vodivost koeficient, za předpokladu, že cívka je vyrobena z mědi a pracovní tekutinou je voda. Spoje adaptéru jsou připájeny ke koncům trubice, jejíž závit je 2 palce. Když je cívka upevněna, jsou dvě části hlavně spojeny svařováním.
Místo válce je cívka umístěna v plastové trubce a poté v tepelně izolační trubce z pěnové pryže. Voda v tomto případě bude cirkulovat mezi stěnami potrubí a cívkou. T-nástavce se nasazují na konce trubky úplně stejným způsobem a prostor mezi nástavcem a měděnou trubkou se vyplní tmelem, který zabraňuje úniku. Pro výpočet výměníků tepla potřebujete znát teorii procesů přenosu tepla, umět používat vzorce. Vezmeme-li příklad již smontovaného výměníku tepla, jehož spirála je uložena v plastové trubce, pak jde do kondenzátoru 12 m měděné trubky a do výparníku 10 m. Jsou to trubky o délce 20 a 30 m.
Odpařovač
Výparník je vyroben z plastové nádrže o objemu 80-130 litrů. Uvnitř je umístěna další cívka, pro kterou je vhodná měděná trubka popsaná v předchozí části o kondenzátoru. Aby bylo vhodné umístit cívku dovnitř, berou nádrže na “vodu-vodu” s širokým otvorem. I zde lze cívku umístit do plastové trubky místo nádrže. Na koncích spirály výparníku je umístěn T adaptér. Voda je přiváděna do výparníku kanalizačním potrubím. Následně se mezi výparník a kompresor vloží termostatický ventil.
Montáž čerpadla a příprava k práci
Proces montáže všech prvků tepelného čerpadla je neméně důležitý než příprava těchto prvků. Je nutné mít dovednosti svářeče, elektrikáře, umět doplňovat freon, zavést provoz chladicích systémů. Zde jsou hlavní kroky sestavení:
- Instalace kompresoru.
- Pájení výměníku tepla.
- Freonové nabíjení.
- Připojení externího okruhu.
- Připojení topného okruhu.
Nyní je užitečné seznámit se s těmito fázemi podrobněji.
Instalace
Výparník a kondenzátor jsou připevněny ke stěně pomocí konzol. Druhá možnost montáže je na předem svařený rám, který poslouží jako základ pouzdra pro tepelné čerpadlo. Zvláštní pozornost by měla být věnována pohlcování hluku a vibrací. Pokud je zařízení v domě, pak hluk z kompresoru naruší dobrý odpočinek, obtěžuje.
Potrubní připojení
Měděné trubky výparníku a kompresoru jsou spojeny kapilárním pájením. Pokud nevíte, jak pájet a svařovat, budete muset pozvat osobu, která tuto metodu zná. Na potrubí na vstupu kompresoru je instalován plnicí ventil. Když jsou švy pájeny, systém je zkontrolován na těsnost. To vyžaduje vakuovou pumpu. Potrubí přivádějící spodní vodu je napojeno na vstup do výparníku. Na zadní straně výparníku je připojeno potrubí, které odvádí vodu. Výparník je připojen k topnému okruhu, kterým cirkuluje chladicí kapalina a ohřívá radiátory v domě.
Naplnění výměníku tepla freonem
Systém voda-voda nebude fungovat, pokud kompresor tepelného čerpadla není naplněn chladivem. Freon se odebírá ve 2 kg válci. Tankování je poměrně obtížné, proto je lepší zavolat mistra pracujícího s chladicím zařízením. Pomůže připojit potrubí. Freon se nalije do systému poté, co z něj odčerpá vzduch.
Pokud neexistuje profesionální čerpadlo, můžete si vakuové čerpadlo vyrobit vlastníma rukama z kompresoru z chladničky připojením regulátoru z čerpací stanice k němu. Pomocí takového čerpadla můžete připravit systém. Je třeba pečlivě vyjmout kompresor z chladničky vlastníma rukama, odříznout trubku a zapamatovat si schéma elektrického připojení. Po doplnění paliva kontrolujte tlak po dobu 2-3 dnů bez spuštění systému. Tím zajistíte, že v potrubí nebudou žádné netěsnosti. Pokud chladivo unikne, pak se tato místa identifikují namazáním svarů mýdlovou pěnou. Pěnové bubliny indikující netěsnost.
Další prvky
Kompresor se spouští pomocí jednofázového relé 40 A. Pod domácím čerpadlem je instalován elektrický panel, pojistky 16 A a DIN lišta pro montáž elektrického zařízení. Pro regulaci teploty jsou instalovány dva kapilární termostaty. Jeden termostat je instalován na výstupu vody ze systému, kde by teplota neměla být vyšší než 40 °C. Druhý termostat se montuje na výstup z výparníku, kde musí být teplota minimálně 0 °C.
Vrtání studní pro geotermální vytápění
Vrtání studny je důležitou fází. Dělají dvě studny pro příjem a odvod vody. Vypouštění může být provedeno do kanalizačních kanalizací. Pokud nelze studny vrtat nebo je podzemní voda příliš hluboká, pak je systém ohřevu voda-voda nahrazen systémem „půda-voda“. V něm leží potrubí v zemi a místo vody, která vydává teplo, se používá solný roztok.
Za předpokladu přesného výpočtu výměníku voda-voda a bezchybné instalace automatiky a kompresoru budete mít spolehlivý zdroj vytápění. Svépomocí vyrobené tepelné čerpadlo je lepší začít spouštět na jaře nebo v létě. To vám umožní identifikovat nedostatky a zlepšit vybavení. Je dobré mít záložní zdroj vytápění. Pokud zařízení funguje bez poruch, pak vám umožní výrazně ušetřit peníze na vytápění vašeho domova. Tepelné čerpadlo voda-voda je schopno zvládnout všechny úkoly, které jsou mu svěřeny.
Pokud je nemožné nebo příliš drahé vytápět soukromý dům plynem a není vhodné používat pevná paliva, proč nečerpat energii přímo z prostředí? Jednou z nejúčinnějších možností, jak získat požadované jouly, je tepelné čerpadlo voda-voda. Na západě je průmyslová výroba takových jednotek již dlouho zavedená a je po ní vysoká poptávka. Jejich cena je však poměrně vysoká. Proto otázka vytvoření tepelného čerpadla vlastníma rukama zůstává velmi aktuální.
Jak takové tepelné čerpadlo funguje a funguje?
Zhruba řečeno, tepelné čerpadlo funguje jako lednička, ale obráceně. Chladnička odvádí část tepla ven, aby se snížila teplota uvnitř komory. Zadní stěna chladničky se proto znatelně zahřívá. Tepelné čerpadlo „ochlazuje“ prostředí ohříváním chladicí kapaliny, která cirkuluje v systému vytápění domu.
Tepelná čerpadla voda-voda se obvykle skládají z následující sady zařízení:
- vnější obrys;
- vnitřní obrys;
- výparník;
- kondenzátor;
- kompresor.
Vnější okruh je potrubí, kterým cirkuluje podzemní voda. Do systému vstupuje z vrtu, prochází vnějším okruhem, uvolňuje tepelnou energii s nízkým potenciálem do systému a poté je vypouštěn do jiného vrtu. Někdy se uvnitř vnějšího okruhu, ponořeného do vody, nachází speciální kapalina zvaná „solný roztok“. Je to také velmi účinný způsob, jak shromažďovat teplo v prostředí.
Poznámka! Pokud je v blízkosti domu otevřené jezírko, lze jej využít i jako zdroj tepla. V tomto případě není potřeba vrtat studny pro příjem a odvod podzemní vody.
Teplo spodní vody vstupuje do výparníku. Chladivo pod tlakem sem vstupuje kapilárním otvorem. Pokles tlaku způsobí vypařovací proces a teplo z vnitřních stěn výparníku se přenese do chladiva. Plynné chladivo vstupuje do kompresoru, kde je stlačeno, načež je odesláno do kondenzátoru.
Zde chladivo opět přechází do kapalného stavu a výsledná energie se využívá k ohřevu chladicí kapaliny, která cirkuluje v potrubí topného systému domu. Nízkopotenciální tepelná energie vody se tak přeměňuje na energii s vysokým potenciálem a umožňuje celkem efektivně vytápět dům i ve velkých mrazech. Tento proces je znázorněn na schématu tepelného čerpadla voda-voda.
Schéma tepelného čerpadla voda-voda znázorňuje proces získávání nízkopotenciální tepelné energie z okolí na vysokopotenciální energii pro vytápění domu a ohřev vody
Výkon tepelného čerpadla do značné míry závisí na kolísání teploty vody. Čím stabilnější teplota, tím lepší ohřev. Ve studni se teplota vody po celý rok pohybuje mezi 7-12 stupni, což umožňuje velmi efektivní využití zařízení. Pro automatizaci provozu zařízení se používá termostat, který zapíná a vypíná kompresor a udržuje teplotu v místnosti na určité úrovni.
Jak si takové zařízení vyrobit sami?
Domácí tepelné čerpadlo voda-voda je sada hotových jednotek, které musí být zapojeny ve správném pořadí. Vypadá to jednoduše, ale v praxi může být celá věc zničena kvůli nedostatku kompetentních výpočtů. Jsou nutné pro zjištění optimálního výkonu kompresoru, průměru trubky výměníku, ale i dalších parametrů systému. Nespecialisté mají několik možností, jak tento problém vyřešit:
- používat speciální software (například programy CoolPack 1,46 a Copeland);
- používat online kalkulačky, které jsou nabízeny na webových stránkách výrobců takového zařízení;
- pozvěte specialistu, který vám za úplatu nebo z dobroty srdce pomůže vše spočítat.
Takže nyní o každém detailu podrobněji.
Položka #1 – Kompresor
Nejjednodušší způsob, jak získat vhodný kompresor, je vyjmout ho z klimatizace, například ze split systému LG. Sedmiwattový kompresor má výkon 9,7 kW pro výrobu tepla a 7,5 kW pro chlazení. Další výhodou takových kompresorů je jejich nízká hlučnost při provozu.
Kompresor pro tepelné čerpadlo voda-voda lze vyjmout ze staré klimatizace. Je vhodnější zvolit model, který je vhodný pro napájení a pracuje tiše
Mnoho kompresorů používá freon R22, jehož bod varu je -10, kondenzační teplota je +55. V roce 2030 bude používání tohoto chladiva zakázáno. Důstojnou alternativou může být „mladší“ freon R422. Chladivo však můžete měnit nejen při vytváření tepelného čerpadla, ale také v jakoukoliv vhodnou dobu.
Položka #2 – Kondenzátor
K výrobě kondenzátoru můžete použít nerezovou nádrž o objemu přibližně 120 litrů. Rozřízne se napůl, dovnitř se namontuje měděná cívka, přivaří se spoje s dvoupalcovými závity, poté se poloviny nádrže spojí svařováním. Plocha spirály, kterou bude chladivo cirkulovat, se vypočítá podle vzorce:
- PZ je plocha cívky;
- MT – Výkon tepla vyrobeného systémem, kW;
- 0,8 – koeficient tepelné vodivosti při interakci vody a mědi;
- RT – rozdíl teplot vody na vstupu do systému a na výstupu z něj, ve stupních Celsia.
Pro výrobu cívky je vhodná půlpalcová měděná trubka, speciální chlazení nebo čisté potrubí. Doporučená tloušťka stěny trubky je 1-1,2 mm. Chcete-li přeměnit část potrubí požadované délky na cívku, stačí ji navinout kolem libovolného vhodného válce, například plynového válce. Konce cívky jsou vyvedeny pomocí instalatérských adaptérů. Pro zajištění těsnosti spoje použijte len a upínací matici.
Chcete-li vyrobit spirálu pro kondenzátor tepelného čerpadla voda-voda, musíte měděnou trubku pečlivě omotat kolem válce. Kovový pásek pomůže opravit rozteč zatáček.
Vezměte prosím na vědomí, že vstup freonu musí být umístěn v horní části kondenzátoru, aby se zabránilo tvorbě bublin.
Část #3 – výparník
Pro roli výparníku se hodí plastový sud o objemu 127 litrů. Je výhodnější, když má široký krk. Výparník se počítá stejným způsobem jako kondenzátor. Měděná trubka může být kroucena měděným drátem bez jakékoli izolace.
Domácí výparník pro tepelné čerpadlo voda-voda lze vyrobit z plastového sudu se širokým hrdlem. Cívku lze umístit do menší nádoby, ale pohodlnější je pracovat se sudem o objemu větším než 120 litrů
Odborníci doporučují pro domácí tepelná čerpadla používat výparníky „zatopeného“ typu, ve kterých zkapalněné chladivo vstupuje do vody zespodu a odpařuje se nahoře. Adaptéry lze vyrobit z hrdla běžných plastových lahví, které jsou upevněny lnem a tmelem. Standardní kanalizační potrubí je vhodné pro přívod a odvod vody. Při instalaci termostatického ventilu byste měli před pájením vyrovnávací potrubí obalit vlhkým hadříkem, protože tento prvek nelze zahřát na více než 100 stupňů.
Montáž a plnění freonem
K sestavení připravených zařízení do jediného systému budete potřebovat svařovací stroj. Na vstupu do kompresoru se doporučuje vyrobit plnicí ventil, který se bude hodit v budoucnu. Poté byste měli pomocí speciální vakuové pumpy zkontrolovat systém na vakuum.
K naplnění systému freonem budete potřebovat láhev obsahující minimálně 2 kg chladiva. Po doplnění paliva se doporučuje počkat několik dní a zkontrolovat tlak v systému. Pokud zůstane konstantní, nedochází k žádným únikům. Pokud tlak klesne, můžete netěsnosti určit nejjednodušším způsobem: pomocí mýdlové pěny. Nezkušení řemeslníci se raději obrátí na mistra, který zařízení profesionálně a spolehlivě naplní.
Pro automatickou regulaci provozu systému se doporučuje použít jednofázové spouštěcí relé 40A, pojistku 16A, elektrický panel a lištu DIN. Budete potřebovat dva kapilární teplotní senzory: na výstupu ze systému (doporučená maximální hodnota teploty je 40 stupňů) a na výstupu z výparníku (teplota vypnutí je 0 stupňů, aby se zabránilo zamrznutí systému). Pokud regulátor bere v úvahu hodnoty obou teplotních čidel, měli byste mít na paměti, že jeho nastavení může být ztraceno, pokud dojde k výpadku napájení.
Tak vypadá jedna z možností podomácku vyrobeného tepelného čerpadla voda-voda. Na horní straně je zařízení uzavřeno kovovým pouzdrem, na kterém je namontován ovládací panel.
Poté, co bude systém připraven a jeho prvky budou umístěny na vhodná místa, měly by být vybudovány dvě samostatné studny pro sběr a vypouštění podzemní vody a připojení vnějšího okruhu k systému. V oblastech, kde je vrtání studní spojeno s určitými problémy, by se tento problém měl řešit jako první. Pokud studny nelze vrtat, možná budete muset zvolit jinou možnost tepelného čerpadla, jako je země-voda.
Následující video demonstruje provoz domácího tepelného čerpadla:
Některé užitečné návrhy
Než začnete vyrábět tepelné čerpadlo, měli byste vyhodnotit úroveň tepelné izolace budovy a zvýšit ji na maximální úroveň. Jinak bude účinnost tohoto systému inklinovat k nule.
Nejlepší je použít tepelné čerpadlo ve spojení s nízkoteplotními topnými systémy. Nejčastěji je jednotka připojena k systému „teplé podlahy“. Úspěšné mohou být zkušenosti se systémy teplých stěn, velkoplošných radiátorů apod. Účinnost systému bude tím vyšší, čím menší bude teplotní rozdíl mezi vnějším a vnitřním okruhem.
Pro snížení nákladů na stavbu tepelného čerpadla se doporučuje použít doplňkový zdroj tepla: plynový, elektrický kotel nebo kotel na tuhá paliva. Potřebný výkon a náklady na výstavbu tepelného čerpadla budou nižší a náklady na vytápění domu se sníží.
