- Особливості теплової системи повітря-вода
- Спорудження теплового насоса повітря-вода
- Висновки і корисне відео по темі
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
У зв'язку з регулярним підвищенням вартості теплоносіїв затребуваними стають альтернативні методи опалення. Наприклад, практичний тепловий насос повітря-вода, що використовує для обігріву енергію повітря. Установка не вимагає дорогих витратних матеріалів, зручна в експлуатації, безпечна.
У зв'язку з чималою ціною заводської збірки агрегату у багатьох виникає інтерес до самостійного спорудження цієї системи. Ми розповімо, що потрібно домашньому майстру для пристрою саморобного теплового насоса. У нас ви дізнаєтесь, якими технічними засобами слід запастися.
Особливості теплової системи повітря-вода
Тепловий насос, якому присвячена ця стаття, на відміну від інших модифікацій подібного пристрою (зокрема, вода-вода і грунт-вода), має ряд переваг:
- економить електроенергію;
- для установки не будуть потрібні масштабні земельні роботи, буріння свердловин, отримання спеціальних дозволів;
- якщо підключити систему до сонячних батарей, то можна забезпечити повну її автономність.
Вагому перевагу теплової системи, яка витягає енергію вітру і передавальної її воді, полягає в стовідсоткової екологічної безпеки.
Перед тим, як приступати до конструювання насоса, необхідно з'ясувати, в яких випадках система проявляє себе максимально ефективно, а коли її використання недоцільне.
Теплова насосна система, витягає енергію з повітряної маси, може використовуватися для підігріву всіх видів теплоносіїв, що застосовуються на території СНД: води, повітря, пара
Специфіка застосування і роботи
Тепловий насос продуктивно працює виключно в температурному діапазоні від -5 до +7 градусів. При температурі повітря від +7 система буде виробляти більше тепла, ніж необхідно, а при показнику нижче -5 - недостатньо для обігріву. Це пов'язано з тим, що концентрований фреон, що знаходиться в конструкції, закипає при температурі -55 градусів.
При влаштуванні теплового насоса повітря вода на фасаді будинку з'явиться невеликий за розмірами акуратний прилад 
Як і будь-який тепловий насос, система повітря-вода складається з двох взаємопов'язаних частин: зовнішньої і внутрішньої 
Розташований усередині будинку блок обладнання переробляє запозичену у повітря енергію, нагріваючи воду для контурів опалення та ГВП 
При необхідності збільшити продуктивність системи зовнішній комплекс доповнюється необхідний кількістю модулів 
Теплові насоси повітря-вода відмінно справляються з нагріванням води, задіяної в системах опалення 
Теплові установки повітря вода забезпечать теплою водою санвузли і кухні приватних будинків з автономними інженерними системами 
Один з найпоширеніших споживачів енергії теплових насосів повітря-вода - водяна тепла підлога 
До теплового насосу як до джерела енергії підключають низькотемпературні контури
Теоретично система може виробляти тепло і в 30-градусний мороз, але його буде недостатньо для обігріву, адже теплопродуктивність безпосередньо залежить від різниці температури кипіння холодоагенту і температури повітря.
Тому жителям Північних регіонів, де холоду наступають раніше, ця система не підійде, а в будинках Південних областей вона зможе ефективно прослужити кілька холодних місяців.
Якщо в приміщенні встановлені стандартні батареї, то тепловий насос буде працювати менш ефективно. Найкраще пристрій повітря-вода поєднується з конвекторами і іншими радіаторами з великою площею, а також з системами «тепла підлога», «теплі стіни» водного типу.
Також саме приміщення має бути добре утеплено зовні, володіти вбудованими багатокамерними вікнами, що забезпечують кращу теплоізоляцію, ніж звичайні дерев'яні або пластикові.
Тепловий насос найкраще взаємодіє з водяною системою «тепла підлога», що не вимагає нагріву теплоносія понад 40 - 45º С
Саморобний тепловий насос зможе ефективно обігрівати будинки площею до 100 кв. м і гарантовано видавати потужність в 5 кВт. Слід розуміти, що фреон неможливо залити досить якісно в конструкцію, створену в побутових умовах, тому слід розраховувати на температуру його кипіння до -22 градусів.
Пристрій домашньої збірки ідеально підійде для постачання теплом гаража, теплиці, підсобних приміщень, невеликого приватного басейну та ін. Система зазвичай використовується в якості додаткового обігріву.
Електрокотел або інше традиційне обладнання для опалювального сезону потрібно в будь-якому випадку. Під час сильних морозів (-15-30 градусів) тепловий насос рекомендується вимикати, щоб уникнути розтрат електроенергії, адже в цей період його ефективність становить не більше 10%.
Теплові насоси постачають достатню кількість енергії для обігріву води в критих приватних басейнах (+)
Принцип дії системи
Робоча речовина в конструкції - повітря. Через зовнішній блок, який встановлюється на вулиці, кисень по трубах надходить у випарник, де взаємодіє з холодоагентом.
Фреон під дією температури стає газоподібним (оскільки закипає при -55 градусах) і в нагрітому вигляді під тиском надходить у компресор. Пристрій стискає газ, тим самим збільшуючи його температуру.
Гарячий фреон надходить у контур накопичувального бака (конденсатора), де відбувається віддача тепла воді, яку згодом можна використовувати для організації опалення і ГСВ. В конденсаторі фреон позбавляється тільки частини свого тепла, і все ще знаходиться в газоподібному стані.
Проходячи через дросель, холодоагент розпирскується, в результаті чого його температура знижується. Фреон стає рідким і в такому вигляді переходить у випарник. Цикл повторюється.
На малюнку схематично показана реалізація принципу елементарного теплового насоса, розділеного компресором і розширювачем на два контури - високого і низького тиску
Бажаючим самостійно спорудити тепловий насос з непридатних матеріалів і відслужив техніки, наприклад, зі старого холодильника, допоможе інформація, викладена в рекомендованої нами статті.
Спорудження теплового насоса повітря-вода
Система теплового насоса складається з чотирьох основних елементів:
- зовнішнього блоку;
- ємності теплообмінника-випарника;
- блоку для компресора;
- накопичувальної ємності (конденсатора).
Розглянемо особливості конструювання кожного з блоків.
Збірка зовнішнього блоку
Для створення зовнішнього блоку знадобиться:
- Корпус. Традиційно підходить блок з-під спліт-системи, пральної машини, інший габаритної техніки, іноді споруджують самостійно шляхом приварювання металевих елементів. Важливо після складання обробити метал антикорозійною фарбою порошкового типу.
- Вентилятор. Виріб можна запозичити зі старої робочої системи кондиціонування або придбати окремо.
Модель вентилятора повинна володіти широкими пластиковими лопатями і, бажано, з від'єднується мотором, щоб випала можливість підключити його до датчика.
Для складання зовнішнього блоку знадобитися корпус і вентилятор з-під системи кондиціонування. Зразкові параметри блоку - 75х85х30 см
У зовнішній блок можна встановити випарник і допоміжні елементи для його роботи, але доцільніше ці деталі помістити в окремий корпус.
Встановлюють зовнішній блок на відстані 2-10 м від будинку. Важливо побудувати під нього фундамент і поставити навіс, щоб захистити конструкцію від опадів. Також необхідно закріпити грати перед вентилятором, щоб уникнути попадання бруду, сміття, листя в лопаті вентилятора і труби.
Додатково бажано встановити обігрівачі, які захищають боковини і панелі від обмерзання. В цьому випадку додаткове прогрівання корпусу не знадобиться. Місце для установки блоку має бути добре вентильованим, перебувати на віддалі від джерел відкритого вогню.
Блок з теплообмінником-випарником
Випарник можна придбати в готовому вигляді, скориставшись послугами постачальників в мережі, або створити самостійно. Для цього знадобитися 80-літровий бак і мідний дріт діаметром 10 мм і товщиною не менше 1 мм.
Довжина вираховується індивідуально з урахуванням необхідної потужності. Для пристрою 5 кВт можна взяти 10 м. У випарнику буде відбуватися нагрівання і циркуляція фреону, а також контакт з повітрям.
Для створення теплообмінника необхідно сформулювати змійовик. Для цього дріт обмотують навколо товстостінної труби з діаметром, що не перевищує ширину бака. Важливо залишити зрізи, які виступають за висоту корпусу. Вони знадобляться для з'єднання змійовика з іншими елементами системи - компресором і накопичувальним баком.
Для створення змійовика мідну трубку зі стінками близько 1 мм обмотують навколо газового балона, труби або наповненою водою пластикової пляшки
У корпус врізають 2 штуцери для під'єднання трубопроводів, створюють два роз'єми для виходу дроту. З'єднання герметизують. Кріплять готову конструкцію за допомогою L-подібних кронштейнів.
Рекомендується додатково встановити на випарник реле відтавання, оскільки в баку буде відбуватися циркуляція повітря, температура якого негативна. В цьому випадку конденсат, що скупчується в системі, може привести до обмерзання випарника. Також, щоб виключити утворення вологи, можна впровадити в систему фільтр-осушувач.
Правила установки компресора
Для установки компресора потрібно окремий корпус з звуко- і віброізоляція, оскільки практично всі модифікації пристрою шумлять під час роботи. Компресор можна взяти б / у з-під холодильника, кондиціонера або придбати нову модель.
Для теплових насосів підійдуть такі види компресорів:
- Роторні компресори є самими недорогими, але мають ряд недоліків - шумлять, мають малу ефективністю і служать 8-10 років.
- Спіральні модифікації встановлюють в усі сучасні моделі кондиціонерів, холодильників. Вони довговічні (15-20 років), безшумні, ефективні, але відрізняються високою вартістю.
- Поршневі моделі переважно встановлюють на промислові холодильники. Вироби мають гарний ККД, довговічні (15-20 років), але вкрай галасливі і дорогі.
Для теплового насоса необхідно підібрати компресор однофазної модифікації. Перед покупкою важливо дізнатися, з яким видом фреону працює пристрій. Бажано придбати модель, що працює на R22, краще на R422. З холодоагентом даного виду працювати простіше, ніж з будь-яким іншим видом фреону.
Компресор під'єднують трубками до блоку випарника і конденсатора. Завдяки пристрою фреон збільшує свою температуру.
Конструювання накопичувальної ємності (конденсатора)
Для виготовлення конденсатора знадобитися корпус з-під 100-літрового бойлера або будь-який інший нержавіючий бак такого ж обсягу. Також необхідний змійовик, виконаний з мідної трубки. На насос потужністю 5 кВт можна взяти 12-метрову дріт. За трубці змійовика буде проходити гарячий фреон, завдяки чому відбувається нагрівання води.
Крок №1: Створення змійовика
Для виготовлення змійовика знадобитися мідний дріт діаметром не менше 26 мм і товщиною стінки від 1 мм. Її необхідно намотати на трубу, що має меншу поперечний переріз, ніж у бака.
Висота спіралі повинна збігатися з висотою корпусу. Важливо залишити випуски труби за межами ємності, щоб мати можливість під'єднати змійовик з випарником і компресором.
Крок №2: Підготовка корпусу
Для установки змійовика бак необхідно розрізати. Зверху і знизу знадобитися створити отвори для виходів мідного дроту, а також вирізати додаткові відсіки для установки 2-х штуцерів, один з яких призначений для виходу води, а інший - для її входу. Після виконання вказаних вище дій бак необхідно герметизувати.
Теплообмінник-компресор можна придбати окремо у вигляді готової конструкції. За допомогою пристрою заводської збірки можна збільшити потужність і ККД установки.
Холодоагент з маркуванням R22 згідно Монреальським постановами до 2030 року заплановано вивести з обігу. Для наповнення системи краще використовувати його замінник - холодоагент R422
З'єднання зовнішнього блоку з випарником
Для з'єднання зовнішнього блоку і випарника потрібно проведення 2 поліетиленових труб ПНД 32. Через одну трубу повітря буде проходити, через іншу - виходити.
Труби можна закопати в землю, попередньо досипати в рів будь піщаний матеріал, або залишити на поверхні, якщо зовнішній корпус розташовується недалеко від будинку.
З'єднання випарника, компресора і бака
У цій системі циркулює фреон. Для приєднання змійовиків з компресором і дроселем, необхідно звернутися до фахівців по холодильній техніці. Людині, яка не має досвіду в паяльних роботах, навіть при наявності інструментів і матеріалів складно буде грамотно з'єднати всі елементи в одну систему, щоб забезпечити роботу конструкції.
Більш того, буде потрібно багато додаткових матеріалів - трубок різних діаметрів, різних модифікацій зливних кранів, клапанів для травлення повітря, запобіжних клапанів, а також кліпс для труб, хомутів, труборізів для нарізки ділянок трубопроводу.
Потрібні будуть і інші спеціалізовані пристрої, які є в наявності в будь-якій майстерні по ремонту холодильників і кондиціонерів.
Якісна закачування фреону також здійснюється з використанням спеціального обладнання. Тому для об'єднання теплообмінників, компресора і дроселя в робочу систему зручніше і вигідніше звернутися до професіоналів.
Впровадження систем управління установкою
Для спостереження за тиском і температурою фреону можна використовувати плату з дисплеєм з-під будь-якого кондиціонера. В процесі паяльних робіт за допомогою фахівців конструкцію можна грамотно впровадити в установку.
Також можливо підключити спеціальний пристрій - датчик обертання вентилятора. Він регулює швидкість обертання лопатей, а також автоматизує обороти циркуляційного насоса фреону.
Додатково можна встановити таймер, електропускатель, пристрій, що захищає компресор від перегріву. Всі ці деталі можна придбати в ремонтних майстернях або на ринку запчастин.
Розрахунок потужності теплового насоса повітря-вода
Для обігріву приміщення з площею від 100 кв. м буде потрібно тепловий насос більшої потужності. Обчислити необхідну потужність установки можна приблизно, використовуючи таблицю:
Дані таблиці допоможуть розрахувати площа змійовика для створення установки тієї чи іншої потужності
Щоб визначити, яка потужність повинна бути у компресора, труби яких діаметрів слід використовувати і інші важливі дані при конструюванні теплового насоса повітря-вода, необхідно звернутися до одного із способів:
- Скористатися онлайн-калькуляторами, розміщеними на сайтах виробників теплообмінників.
- Застосувати програмне забезпечення CoolPack 1, 46, Copeland.
- Запросити фахівця, який зробить необхідні виміри і розрахунки.
Площа змійовика-конденсатора (ПЗК) можна обчислити за формулою:
ПЗК = М / 0, 8ДТ,
де М - потужність установки в кВт; 0, 8 - коефіцієнт теплопровідності при контакті води і міді; ДТ - різниця температури між надходять і виходять повітрям в системі.
Параметри теплового насоса, наведені вище, підійдуть для приміщення до 100 кв. метрів. Потужність установки - 5 кВт. Якщо купувати спеціальні теплообмінники, то цілком можливо збільшити потужність установки до 10-15 кВт.
На малюнку представлена система, в якій теплообмінники, компресор, дросель об'єднані в одному баку. У конструкції використовуються заводські теплообмінники (+)
Обслуговування саморобної установки
Для якісної роботи тепловий насос потребує додаткового обслуговування. Якщо використовувати пристрій взимку (з огляду на, що в корпусі не встановлено додатковий обігрів), то періодично блок доведеться відігрівати, оскільки на його поверхні буде утворюватися крижана кірка.
Також необхідно періодично:
- Очищати лопаті вентилятора від сміття - листя, пилу, бруду, снігу і т.д.
- Змащувати компресора згідно з інструкцією до нього.
- Міняти масло в компресорі і вентиляторі.
Крім того, для нормального функціонування системи необхідно регулярно Перевіряти цілісність мідного трубопроводу, силового кабелю, що живить компресор, вентилятор і інші пристрої.
Висновки і корисне відео по темі
З принципом дії і пристроєм теплового насоса, переробного енергію вітру, ознайомить наступний ролик:
Саморобний тепловий насос системи повітря-вода є одним з ефективних і недорогих пристроїв для додаткового обігріву житла. Виготовити та встановити цю систему зможе будь-хто.
Пишіть, будь ласка, коментарі в розташованому нижче блоці. Можливо, у вас є цікаві відомості і фото по темі статті? Задавайте питання, діліться власною думкою і корисними для відвідувачів сайту радами.