Cum să realizați o pompă de căldură aer-apă: schemele dispozitivului și asamblarea proprie

Datorită creșterii regulate a costului agenților termici, metodele alternative de încălzire devin populare. De exemplu, pompa practică de căldură aer-apă, care utilizează energia aerului pentru încălzire. Instalația nu necesită materiale consumabile scumpe, este ușor de utilizat și sigură.

Datorită prețului considerabil al ansamblului din fabrică, mulți sunt interesați de construirea independentă a acestui sistem. Vom spune ce va necesita un meșter de acasă pentru a construi o pompă de căldură de casă. La noi veți afla ce mijloace tehnice ar trebui să aveți.

Particularitățile sistemului termic aer-apă

Pompa de căldură căreia îi este dedicat acest articol, spre deosebire de alte modificări ale unui dispozitiv similar (în special, apă-apă și sol-apă), posedă o serie de avantaje:

• economisește electricitate;
• pentru instalare nu vor fi necesare lucrări de teren la scară largă, forarea puțurilor, obținerea de autorizații speciale;
• dacă conectați sistemul la panouri solare, se poate asigura autonomia completă a acestuia.

Un avantaj important al sistemului termic care extrage energia vântului și o transmite apei constă în siguranța ecologică sută la sută.

Înainte de a începe proiectarea pompei, este necesar să aflăm în ce cazuri sistemul se manifestă cât mai eficient, iar când utilizarea sa nu este oportună.

Sistemul de pompare termică care extrage energie din masa de aer poate fi utilizat pentru încălzirea tuturor tipurilor de agenți termici utilizați pe teritoriul CSI: apă, aer, abur

Specificul aplicării și funcționării

Pompa de căldură funcționează productiv doar în intervalul de temperatură de la -5 la +7 grade. La o temperatură a aerului de +7, sistemul va produce mai multă căldură decât este necesar, iar la o valoare sub -5 – insuficient pentru încălzire. Acest lucru se datorează faptului că freonul concentrat din construcție fierbe la o temperatură de -55 grade.

Teoretic, sistemul poate produce căldură chiar și la un ger de 30 de grade, dar aceasta nu va fi suficientă pentru încălzire, deoarece puterea termică depinde direct de diferența dintre temperatura de fierbere a agentului frigorific și temperatura aerului.

Prin urmare, această sistemă nu este potrivită pentru locuitorii regiunilor nordice, unde frigul vine mai devreme, dar în casele din zonele sudice va putea funcționa eficient câteva luni reci.

Dacă în încăpere sunt montate baterii standard, pompa de căldură va funcționa mai puțin eficient. Dispozitivul aer-apă se combină cel mai bine cu convectoare și alte radiatoare cu suprafață mare, precum și cu sistemele „pardoseală încălzită”, „pereți încălziți” de tip apă.

De asemenea, încăperea în sine trebuie să fie bine izolată termic la exterior, să aibă ferestre încorporate cu mai multe camere, care asigură o izolație termică mai bună decât ferestrele obișnuite din lemn sau plastic.

Pompa de căldură interacționează cel mai bine cu sistemul de pardoseală încălzită cu apă, care nu necesită încălzirea agentului termic peste 40 – 45°C.

O pompă de căldură artizanală va putea încălzi eficient case cu suprafața de până la 100 mp și va furniza garantat o putere de 5 kW. Trebuie să se înțeleagă că agentul frigorific nu poate fi turnat suficient de calitativ într-o construcție realizată în condiții casnice, prin urmare trebuie să se bazeze pe o temperatură de fierbere a acestuia de până la -22 de grade.

Dispozitivul asamblat acasă este ideal pentru alimentarea cu căldură a garajului, serei, încăperilor auxiliare, a unei piscine private mici etc. Sistemul este de obicei utilizat ca încălzire suplimentară.

Cazanul electric sau orice alt echipament tradițional pentru sezonul de încălzire va fi necesar în orice caz. În timpul înghețurilor puternice (-15-30 de grade), se recomandă să opriți pompa de căldură pentru a evita risipa de energie electrică, deoarece în această perioadă eficiența sa nu depășește 10%.

Pompele de căldură furnizează suficientă energie pentru încălzirea apei în piscinele private acoperite (+)

Principiul de funcționare a sistemului

Substanța de lucru din construcție este aerul. Prin unitatea exterioară, instalată afară, aerul intră prin conducte în evaporator, unde interacționează cu agentul frigorific.

Freonul sub acțiunea temperaturii devine gazos (deoarece fierbe la -55 de grade) și, în stare încălzită, sub presiune, intră în compresor. Dispozitivul comprimă gazul, crescând astfel temperatura acestuia.

Freonul fierbinte intră în circuitul rezervorului de acumulare (condensator), unde are loc cedarea căldurii apei, care poate fi ulterior utilizată pentru organizarea încălzirii și a ACM. În condensator, freonul pierde doar o parte din căldura sa și se află încă în stare gazoasă.

Trecând prin ventilul de laminare, agentul frigorific se pulverizează, ceea ce duce la scăderea temperaturii sale. Freonul devine lichid și în această formă trece în evaporator. Ciclul se repetă.

În figură este prezentată schematic realizarea principiului unei pompe de căldură elementare, împărțită de compresor și de expander în două circuite – de presiune înaltă și joasă.

Pentru cei care doresc să construiască singuri o pompă de căldură din materiale deșeuri și echipamente uzate, de exemplu, dintr-un frigider vechi, informațiile prezentate în articolul pe care îl recomandăm vor fi de ajutor.

Construirea pompei de căldură aer-apă

Sistemul pompei de căldură este format din patru elemente principale:

• unitatea exterioară;
• vasul schimbătorului de căldură-evaporator;
• blocul pentru compresor;
• rezervorul de acumulare (condensator).

Să analizăm particularitățile construirii fiecărui bloc.

Asamblarea unității exterioare

Pentru crearea blocului exterior vor fi necesare:

• Carcasă. În mod tradițional, se potrivește un bloc de la un sistem split, o mașină de spălat sau alt echipament voluminos; uneori se construiește independent prin sudare a elementelor metalice. Este important ca după asamblare să se trateze metalul cu vopsea anticorozivă de tip pudră.
• Ventilator. Produsul poate fi luat dintr-un sistem de aer condiționat vechi care funcționează sau poate fi achiziționat separat.

Modelul de ventilator trebuie să aibă pale largi din plastic și, de preferință, cu motor detașabil, pentru a fi posibilă conectarea acestuia la senzor.

Pentru asamblarea unității exterioare veți avea nevoie de o carcasă și un ventilator de la un sistem de aer condiționat. Parametrii aproximativi ai unității sunt 75x85x30 cm.

În unitatea exterioară se poate instala evaporatorul și elementele auxiliare pentru funcționarea acestuia, dar este mai oportun să amplasați aceste piese într-o carcasă separată.

Unitatea exterioară se instalează la o distanță de 2-10 m de casă. Este important să construiți o fundație sub ea și să montați un acoperiș pentru a proteja construcția de precipitații. De asemenea, este necesar să fixați un grătar în fața ventilatorului pentru a evita pătrunderea murdăriei, a resturilor, a frunzelor în palele ventilatorului și în țevi.

Suplimentar, este de dorit să instalați încălzitoare care să protejeze părțile laterale și panourile de formarea gheții. În acest caz, încălzirea suplimentară a carcasei nu va fi necesară. Locul de instalare a unității trebuie să fie bine ventilat, să se afle la distanță de sursele de foc deschis.

Unitatea cu schimbător de căldură-evaporator

Evaporatorul poate fi achiziționat gata făcut, apelând la serviciile furnizorilor online, sau îl puteți crea singur. Pentru aceasta veți avea nevoie de un rezervor de 80 de litri și un fir de cupru cu diametrul de 10 mm și grosimea de cel puțin 1 mm.

Lungimea se calculează individual, ținând cont de puterea necesară. Pentru un dispozitiv de 5 kW, se pot lua 10 m. În evaporator vor avea loc încălzirea și circulația freonului, precum și contactul cu aerul.

Pentru a crea schimbătorul de căldură, trebuie să construiți un serpentin. Pentru aceasta, firul se înfășoară în jurul unei țevi cu pereți groși cu un diametru care nu depășește lățimea rezervorului. Este important să lăsați capete care depășesc înălțimea carcasei. Acestea vor fi necesare pentru conectarea serpentinului cu celelalte elemente ale sistemului – compresorul și rezervorul de acumulare.

Pentru a crea serpentinul, un tub de cupru cu pereți de aproximativ 1 mm se înfășoară în jurul unui butoi de gaz, al unei țevi sau al unei sticle de plastic umplute cu apă.

În carcasă se taie 2 fitinguri pentru conectarea conductelor, se creează două racorduri pentru ieșirea firului. Îmbinările se etanșează. Construcția finită se fixează cu ajutorul unor suporturi în formă de L.

Se recomandă să instalați suplimentar pe evaporator un releu de dezghețare, deoarece în rezervor va avea loc circulația aerului, a cărui temperatură este negativă. În acest caz, condensul care se acumulează în sistem poate duce la formarea de gheață pe evaporator. De asemenea, pentru a exclude formarea de umiditate, se poate introduce în sistem un filtru-desicator.

Regulile de instalare a compresorului

Pentru instalarea compresorului va fi necesară o carcasă separată cu izolație fonică și antivibrații, deoarece practic toate modificările dispozitivului fac zgomot în timpul funcționării. Compresorul poate fi luat second-hand de la un frigider, un aparat de aer condiționat sau puteți achiziționa un model nou.

Pentru pompele de căldură sunt potrivite următoarele tipuri de compresoare:

1. Rotative compresoare sunt cele mai ieftine, dar au o serie de dezavantaje – fac zgomot, au o eficiență scăzută și durează 8-10 ani.
2. Spiralate modificări se instalează în toate modelele moderne de aer condiționat și frigidere. Sunt durabile (15-20 de ani), silențioase, eficiente, dar se caracterizează printr-un cost ridicat.
3. Cu piston modele se instalează preponderent pe frigidere industriale. Produsele au un randament bun, sunt durabile (15-20 de ani), dar extrem de zgomotoase și scumpe.

Pentru pompa de căldură, este necesar să alegeți un compresor monofazat. Înainte de cumpărare, este important să aflați cu ce tip de freon funcționează dispozitivul. Este de preferat să achiziționați un model care funcționează pe R22, mai bine pe R422. Cu acest tip de agent frigorific se lucrează mai ușor decât cu orice alt tip de freon.

Compresorul se conectează prin tuburi la blocul evaporatorului și condensatorului. Datorită dispozitivului, freonul își crește temperatura.

Proiectarea rezervorului de acumulare (condensatorului)

Pentru fabricarea condensatorului, va fi necesar un corp de la un boiler de 100 de litri sau orice alt rezervor din oțel inoxidabil de același volum. De asemenea, este necesar un serpentin realizat dintr-un tub de cupru. Pentru o pompă cu puterea de 5 kW, se poate lua o sârmă de 12 metri. Prin tubul serpentinului va trece freonul fierbinte, datorită căruia se produce încălzirea apei.

Pasul nr. 1: Crearea serpentinului

Pentru fabricarea serpentinului, va fi necesară o sârmă de cupru cu diametrul de cel puțin 26 mm și grosimea peretelui de la 1 mm. Aceasta trebuie înfășurată pe un tub cu o secțiune transversală mai mică decât cea a rezervorului.

Înălțimea spiralei trebuie să coincidă cu înălțimea corpului. Este important să lăsați ieșirile tubului în afara rezervorului pentru a putea conecta serpentinul cu evaporatorul și compresorul.

Pasul nr. 2: Pregătirea corpului

Pentru instalarea serpentinului, rezervorul trebuie tăiat. Deasupra și dedesubt, va fi necesar să creați găuri pentru ieșirile sârmei de cupru, precum și să decupați compartimente suplimentare pentru instalarea a 2 fittinguri, dintre care unul este destinat ieșirii apei, iar celălalt pentru intrarea acesteia. După procedurile efectuate, rezervorul trebuie etanșat.

Schimbătorul de căldură-compresor poate fi achiziționat separat sub formă de construcție gata făcută. Cu ajutorul unui dispozitiv de asamblare din fabrică, se poate crește puterea și randamentul instalației.

Agentul frigorific cu marcajul R22, conform acordurilor de la Montreal, este planificat să fie scos din uz până în 2030. Pentru umplerea sistemului, este mai bine să se utilizeze înlocuitorul său – agentul frigorific R422

Conectarea unității exterioare la evaporator

Pentru conectarea unității exterioare și a evaporatorului, va fi necesară instalarea a 2 tuburi din polietilenă PND 32. Printr-un tub va trece aerul, iar prin celălalt va ieși.

Țevile pot fi îngropate în pământ, după ce s-a turnat în șanț orice material nisipos, sau lăsate la suprafață, dacă corpul exterior se află aproape de casă.

Conectarea evaporatorului, compresorului și rezervorului

În acest sistem circulă freon. Pentru conectarea serpentinelor cu compresorul și ventilul de laminare, este necesar să vă adresați specialiștilor în tehnică frigorifică. Unei persoane care nu are experiență în lucrări de lipit, chiar și cu instrumente și materiale, îi va fi dificil să conecteze corect toate elementele într-un singur sistem pentru a asigura funcționarea construcției.

Mai mult, vor fi necesare multe materiale suplimentare – tuburi de diferite diametre, diverse modificări de robinete de scurgere, supape pentru aerisire, supape de siguranță, precum și cleme pentru țevi, coliere, tăietoare de țevi pentru secționarea tronsoanelor de conductă.

Vor fi necesare și alte dispozitive specializate, care se găsesc în orice atelier de reparat frigidere și aparate de aer condiționat.

Încărcarea de calitate a freonului se realizează, de asemenea, cu ajutorul unui echipament special. Prin urmare, pentru integrarea schimbătoarelor de căldură, a compresorului și a ventilului de laminare într-un sistem funcțional, este mai comod și mai avantajos să apelați la profesioniști.

Implementarea sistemelor de control ale instalației

Pentru monitorizarea presiunii și temperaturii freonului, se poate utiliza o placă cu afișaj de la orice aparat de aer condiționat. În timpul lucrărilor de lipit, cu ajutorul specialiștilor, construcția poate fi integrată corect în instalație.

De asemenea, este posibil să se conecteze un dispozitiv special – un senzor de rotație al ventilatorului. Acesta reglează viteza de rotație a paletelor și, de asemenea, automatizează turațiile pompei de circulație a freonului.

Suplimentar, se poate instala un temporizator, un demaror electric, un dispozitiv care protejează compresorul împotriva supraîncălzirii. Toate aceste piese pot fi achiziționate din ateliere de reparații sau de pe piața de piese de schimb.

Calculul puterii pompei de căldură aer-apă

Pentru încălzirea unui spațiu cu suprafața de la 100 mp, va fi necesară o pompă de căldură de putere mai mare. Puterea necesară a instalației poate fi calculată aproximativ folosind tabelul:

Datele din tabel vor ajuta la calcularea suprafeței serpentinei pentru crearea unei instalații de o anumită putere

Pentru a determina ce putere trebuie să aibă compresorul, ce diametre ale țevilor trebuie utilizate și alte date importante la proiectarea pompei de căldură aer-apă, este necesar să apelați la una dintre metodele:

• Utilizați calculatoare online disponibile pe site-urile producătorilor de schimbătoare de căldură.
• Aplicați software-ul CoolPack 1,46, Copeland.
• Invitați un specialist care să efectueze măsurătorile și calculele necesare.

Suprafața serpentinei condensatorului (PZK) poate fi calculată cu formula:

PZK = M/0,8DT,

unde M — puterea instalației în kW; 0,8 — coeficientul de conductivitate termică la contactul apei cu cuprul; DT — diferența de temperatură dintre aerul de intrare și cel de ieșire din sistem.

Parametrii pompei de căldură, prezentați mai sus, se potrivesc pentru o încăpere de până la 100 mp. Puterea instalației – 5 kW. Dacă achiziționați schimbătoare de căldură speciale, este foarte posibil să măriți puterea instalației până la 10-15 kW.

În figură este prezentat un sistem în care schimbătoarele de căldură, compresorul, clapeta sunt unite într-un singur rezervor. În construcție se folosesc schimbătoare de căldură fabricate din fabrică (+)

Întreținerea instalației de casă

Pentru o funcționare de calitate, pompa de căldură necesită întreținere suplimentară. Dacă utilizați dispozitivul iarna (având în vedere că în carcasă nu este instalată încălzire suplimentară), atunci periodic va trebui să dezghețați blocul, deoarece pe suprafața acestuia se va forma o crustă de gheață.

De asemenea, este necesar periodic:

• Curățați palele ventilatorului de resturi – frunze, praf, murdărie, zăpadă etc.
• Efectuați ungerea compresorului conform instrucțiunilor acestuia.
• Schimbați uleiul din compresor și ventilator.

În plus, pentru funcționarea normală a sistemului, este necesar să verificați în mod regulat integritatea conductei de cupru, a cablului de alimentare care alimentează compresorul, ventilatorul și alte dispozitive.

Concluzii și material video util pe această temă

Cu principiul de funcționare și dispozitivul pompei de căldură care procesează energia eoliană, vă va familiariza următorul videoclip:

Pompa de căldură de casă a sistemului aer-apă este unul dintre dispozitivele eficiente și ieftine pentru încălzirea suplimentară a locuinței. Oricine poate fabrica și instala acest sistem.

Vă rugăm, scrieți comentarii în blocul de mai jos. Poate aveți informații interesante și fotografii pe tema articolului? Puneți întrebări, împărtășiți propria părere și sfaturi utile pentru vizitatorii site-ului.