De eerste versies van warmtepompen konden slechts gedeeltelijk aan de behoefte aan thermische energie voldoen. Moderne variëteiten zijn efficiënter en kunnen worden gebruikt voor verwarmingssystemen. Dat is de reden waarom veel huiseigenaren proberen een warmtepomp met hun eigen handen te monteren.
We zullen u vertellen hoe u de beste optie voor een warmtepomp kiest, rekening houdend met de geodata van het gebied waar het is gepland om te worden geïnstalleerd. Het artikel dat voor overweging wordt voorgesteld, beschrijft in detail het principe van de werking van de systemen voor het gebruik van "groene energie", de verschillen worden vermeld. Met ons advies zult u ongetwijfeld stilstaan bij het effectieve type.
Voor onafhankelijke meesters presenteren we de technologie van montage van de warmtepomp. De ter overweging aangeboden informatie wordt aangevuld met visuele diagrammen, fotoselecties en gedetailleerde video-briefing in twee delen.
Inhoud van het artikel:
- Wat is een warmtepomp en hoe werkt het?
- De belangrijkste ontwerpelementen van warmtepompen
- Selecteer het type warmtepomp
- Zelf een warmtepomp bouwen
- Conclusies en nuttige video over het onderwerp
Wat is een warmtepomp en hoe werkt het?
De term warmtepomp verwijst naar een reeks specifieke apparatuur. De belangrijkste functie van deze apparatuur is de verzameling van warmte-energie en het transport ervan naar de consument. De bron van dergelijke energie kan elk lichaam of medium zijn met een temperatuur van + 1º of meer graden.
In onze omgeving zijn bronnen van lage temperatuurswarmte meer dan voldoende. Dit zijn industriële afvalstoffen van bedrijven, thermische en kerncentrales, riolering, enz. Voor de werking van warmtepompen op het gebied van huisverwarming zijn drie zelfregenererende natuurlijke bronnen nodig - lucht, water, land.
Warmtepompen "trekken" energie uit processen die regelmatig in de omgeving voorkomen. De stroom van processen stopt nooit, omdat bronnen door menselijke criteria als onuitputtelijk worden beschouwd.
De drie vermelde potentiële energieleveranciers houden rechtstreeks verband met de energie van de zon, die door middel van verwarming lucht met de wind aandrijft en thermische energie naar de aarde overbrengt. Het is de keuze van de bron die het belangrijkste criterium is volgens welke warmtepompsystemen worden geclassificeerd.
Het principe van de werking van warmtepompen is gebaseerd op het vermogen van lichamen of media om warmte-energie over te brengen naar een ander lichaam of medium. Ontvangers en leveranciers van energie in warmtepompsystemen werken meestal in paren.
Onderscheid dus de volgende typen warmtepompen:
- Lucht is water.
- Aarde is water.
- Water is lucht.
- Water is water.
- De aarde is lucht.
- Water - water
- Lucht is lucht.
In dit geval bepaalt het eerste woord het type medium waarin het systeem warmte op lage temperatuur gebruikt. De tweede geeft het type drager aan waarnaar deze warmte-energie wordt overgedragen. In warmtepompen is water dus water, wordt er warmte uit het watermedium gehaald en wordt vloeistof als warmtedrager gebruikt.
Warmtepompen van een constructief type zijn dampcompressie-installaties. Ze onttrekken warmte aan natuurlijke bronnen, verwerken het en transporteren het naar de consument (+)
Moderne warmtepompen gebruiken drie hoofdgroepen warmtebron. Dit - de bodem, water en lucht. De eenvoudigste van deze opties is lucht warmtepomp. De populariteit van dergelijke systemen hangt samen met hun vrij eenvoudige ontwerp en eenvoudige installatie.
Afbeeldingengalerij
foto van de
De warmtepomp heeft een binnen- en buitenunit. Het buitenste deel is bedoeld voor natuurlijke energie-inname, intern voor de verwerking ervan
De externe lucht / lucht-warmtepompunit is vergelijkbaar met de buitenkant van een airconditioner en gebruikt vergelijkbare principes.
Als u de prestaties van het lucht-lucht-verwarmingssysteem wilt vergroten, vergroot u het oppervlak van de verdamper.
Thermische systemen die warmte uit het binnenste van de aarde gebruiken, zijn aanzienlijk complexer en duurder om te bouwen. Onder hen zijn verticale werkingen - putten
Voor de bouw van horizontale verdampersystemen die warmte uit de bodem halen, zijn grote ruimtes vrij van gebouwen nodig.
De verdamperbuizen kunnen in talloze lussen in de sleuven worden gelegd. Het belangrijkste is om de benodigde beelden van de energie-ontvanger in de grond te graven
Een put voor het gebruik van grondwater-energie is geconstrueerd volgens principes die vergelijkbaar zijn met de regels van de apparaatverdamper-systemen met grondenergie-inname
Voor het apparaat van de verticale verdamper van een warmtepomp dat de energie van water gebruikt, hebt u een nabijgelegen reservoir met voldoende oppervlakte nodig
Het standaardprincipe van het warmtepompapparaat
Externe lucht-lucht warmtepompeenheid
Een verscheidenheid aan lucht-lucht thermische installatie
Horizontaal verdampersysteem van het grondwater
De warmtepomp van het apparaat pompt grond-lucht
Verdamper in geselecteerde aard sleuven
Waterput voor water / water-warmtepomp
Horizontale ontvangers van waterenergie
Ondanks deze populariteit hebben deze variëteiten echter een vrij lage productiviteit. Bovendien is de efficiëntie onstabiel en afhankelijk van seizoensfluctuaties in temperatuur.
Bij afnemende temperatuur daalt hun prestatie aanzienlijk. Dergelijke varianten van warmtepompen kunnen worden beschouwd als een aanvulling op de bestaande hoofdbron van thermische energie.
Uitrusting opties met behulp van grondwarmteworden als effectiever beschouwd. De grond ontvangt en accumuleert thermische energie, niet alleen van de zon, het wordt constant verwarmd door de energie van de kern van de aarde.
Dat wil zeggen dat de grond een soort warmteaccumulator is, waarvan de capaciteit praktisch onbeperkt is. Bovendien is de temperatuur van de grond, vooral op een bepaalde diepte, constant en varieert in onbeduidende grenzen.
Scope van energie die wordt gegenereerd door warmtepompen:
Afbeeldingengalerij
foto van de
Warmtepompen dienen als energieleveranciers voor de behoeften van lagetemperatuurcircuits en waterverwarmingssystemen.
Warmtepompen hebben het meest actieve gebruik gevonden als energieleverancier voor luchtverwarmingscircuits.
Warmtepompen kunnen het systeem volledig voorzien van een warme vloer met de vereiste hoeveelheid benodigde koelvloeistoftemperatuur
De kleine warmtepomp van klein tot middelhoog vermogen is perfect opgewarmd water voor een privézwembad
Warmtepompen in verwarming en warm water
Toepassing in circuits voor luchtverwarming
Warmtedrager-voorbereiding voor vloerverwarmingssystemen
Thermische installatie in de zwembadwaterverwarming
De constantheid van de brontemperatuur is een belangrijke factor in de stabiele en efficiënte werking van dit type krachtapparatuur. Soortgelijke kenmerken hebben systemen waarin het aquatisch milieu de belangrijkste bron van thermische energie is. De collector van dergelijke pompen bevindt zich ofwel in de put, waar deze zich in de watervoerende laag bevindt, of in een reservoir.
De gemiddelde jaartemperatuur van bronnen als bodem en water varieert van + 7º tot + 12º C. Deze temperatuur is ruim genoeg om een effectieve werking van het systeem te garanderen.
Het meest effectief zijn warmtepompen die warmte-energie onttrekken aan bronnen met stabiele temperatuurindices, d.w.z. van water en aarde
De belangrijkste ontwerpelementen van warmtepompen
Om ervoor te zorgen dat de energiecentrale werkt volgens de principes van de werking van de warmtepomp, moet het ontwerp 4 hoofdunits bevatten, dit zijn:
- Compressor.
- Verdamper.
- Condensor.
- Gasklep.
Een belangrijk element van het ontwerp van de warmtepomp is een compressor. De belangrijkste functie ervan is het verhogen van de druk en temperatuur van dampen die het gevolg zijn van het koken van het koelmiddel. In het bijzonder worden moderne scroll-compressoren gebruikt voor HVAC-apparatuur en warmtepompen.
Vloeistoffen met een laag kookpunt worden gebruikt als werkmedium dat de directe overdracht van thermische energie uitvoert. Ammonia en freons (+) worden over het algemeen gebruikt.
Dergelijke compressoren zijn ontworpen om te werken bij temperaturen onder het vriespunt. In tegenstelling tot andere variëteiten produceren scrollcompressoren weinig ruis en werken zowel bij lage kooktemperaturen als hoge condensatietemperaturen. Het onbetwiste voordeel is hun compacte formaat en laag soortelijk gewicht.
Bijna alle energie van de warmtepomp wordt besteed aan het transport van thermische energie van buiten naar de kamer. Het werk van de systemen kost dus ongeveer 1 energie-eenheid bij de productie van 4 - 6 eenheden (+)
De verdamper als een structureel element is een tank waarin de conversie van vloeibaar koelmiddel naar damp plaatsvindt. Het koelmiddel circuleert in een gesloten circuit en passeert de verdamper. Daarin wordt het koudemiddel opgewarmd en verandert het in stoom. De resulterende damp onder lage druk wordt naar de compressor geleid.
In een compressor worden koelmiddeldampen blootgesteld aan druk en stijgt hun temperatuur. De compressor pompt de verwarmde stoom onder hoge druk in de richting van de condensor.
De compressor comprimeert het medium dat in het circuit circuleert, waardoor zijn temperatuur en druk toenemen. Vervolgens komt het gecomprimeerde medium de warmtewisselaar (condensor) binnen, waar het wordt gekoeld, en warmte naar water of lucht overbrengt
Het volgende structurele element van het systeem is een condensator. Zijn functie wordt gereduceerd tot de terugkeer van thermische energie naar het interne circuit van het verwarmingssysteem.
Seriemonsters vervaardigd door industriële bedrijven zijn uitgerust met platenwarmtewisselaars. Het belangrijkste materiaal voor dergelijke condensatoren is gelegeerd staal of koper.
Voor zelfproductie warmtewisselaar geschikte koperen buis met een diameter van een halve inch. De wanddikte van de buizen die worden gebruikt voor de vervaardiging van de warmtewisselaar moet minimaal 1 mm bedragen
Een thermostatische of anderszins smoorklep is geïnstalleerd aan het begin van dat deel van het hydraulische circuit waar het hogedruk circulerende medium wordt omgezet in een medium met lage druk. Nauwkeuriger gezegd, verdeelt een throttle die is gepaard met een compressor het warmtepompcircuit in twee delen: de ene met hoge drukparameters, de andere met lage parameters.
Bij het passeren van een expanschuifklep verdampt de vloeistof die in een gesloten circuit circuleert gedeeltelijk, waardoor de druk daalt met de temperatuur. Dan komt de warmtewisselaar binnen, communicerend met de omgeving. Het vangt de energie van het medium en brengt het terug naar het systeem.
Door middel van de smoorklep wordt de koelmiddelstroom naar de verdamper geregeld. Bij het kiezen van een klep moeten de systeemparameters in acht worden genomen De klep moet aan deze parameters voldoen.
Bij het passeren van de warmteregulerende klep verdampt het warmteoverdrachtsvloeistof gedeeltelijk en neemt de aanvoertemperatuur af (+)
Selecteer het type warmtepomp
De belangrijkste indicator van dit verwarmingssysteem is vermogen. Van de macht in de eerste plaats zal afhangen van de financiële kosten voor de aankoop van apparatuur en de keuze van een of een andere bron van lage temperatuur warmte. Hoe hoger de capaciteit van het warmtepompsysteem, hoe hoger de kosten van de componentelementen.
Allereerst verwijst dit naar de capaciteit van de compressor, de diepte van de putten voor geothermische sondes of het gebied om het horizontale reservoir te herbergen. Juiste thermodynamische berekeningen zijn een soort garantie dat het systeem efficiënt zal werken.
Als er naast de persoonlijke ruimte een waterreservoir is, is de water / water-warmtepomp de meest kosteneffectieve en productieve keuze.
Om te beginnen is het noodzakelijk om een site te bestuderen die gepland is voor installatie van de pomp. De ideale conditie is de aanwezigheid van een reservoir op deze site. Gebruik van water-water type aanzienlijk verminderen van de hoeveelheid grondwerken.
Het gebruik van de hitte van de aarde daarentegen heeft betrekking op een groot aantal werken met betrekking tot uitgraven. Systemen die het aquatisch milieu gebruiken als laagwaardige warmte worden als het meest efficiënt beschouwd.
Het apparaat van de warmtepomp, dat thermische energie uit de grond haalt, omvat een indrukwekkende hoeveelheid grondwerken. Een collector wordt onder het seizoensgebonden vriesniveau gelegd.
Gebruik de thermische energie van de grond op twee manieren. De eerste betreft boorputten met een diameter van 100-168 mm. De diepte van dergelijke putten kan, afhankelijk van de parameters van het systeem, oplopen tot 100 m of meer.
Speciale sondes worden in deze bronnen geplaatst. De tweede methode maakt gebruik van een verzamelaar van pijpen. Een dergelijke verzamelaar wordt ondergronds in een horizontaal vlak geplaatst. Voor deze optie hebt u een ruimte nodig die groot genoeg is.
Voor het leggen van de collector worden gebieden met natte grond als ideaal beschouwd. Natuurlijk zal het boren van putten meer kosten dan de horizontale locatie van het reservoir. Niet elke site heeft echter vrije ruimte. Voor één kW warmtepompvermogen heeft u een oppervlakte van 30 tot 50 m² nodig.
Een faciliteit voor het opnemen van thermische energie uit één diepe put kan een beetje goedkoper zijn dan het graven van een put. Maar een belangrijk pluspunt is de aanzienlijke ruimtebesparing, die belangrijk is voor eigenaars van kleine ruimtes.
In het geval van de aanwezigheid op de site van een hoog gelegen horizon van grondwater, kunnen warmtewisselaars worden opgesteld in twee putten die zich op een afstand van ongeveer 15 m van elkaar bevinden.
De selectie van thermische energie in dergelijke systemen door het pompen van grondwater in een gesloten lus, waarvan delen zich in putten bevinden. Een dergelijk systeem moet een filter installeren en de warmtewisselaar periodiek reinigen.
Het eenvoudigste en goedkoopste warmtepompschema is gebaseerd op de extractie van thermische energie uit de lucht. Zodra het de basis voor de apparaatkoelkasten werd, werden later volgens zijn principes ontwikkelde airconditioners.
Het eenvoudigste warmtepompsysteem haalt energie uit de luchtmassa. In de zomer neemt ze deel aan verwarming, in de winter in airconditioning. Het minpunt van het systeem is dat in een onafhankelijke versie de eenheid met onvoldoende vermogen
De effectiviteit van verschillende soorten apparatuur is niet hetzelfde. De laagste indicatoren hebben de pompen die de luchtomgeving gebruiken. Bovendien zijn deze cijfers direct afhankelijk van de weersomstandigheden.
Bodemsoorten warmtepompen hebben stabiele prestaties. De efficiëntiecoëfficiënt van deze systemen varieert in het bereik van 2.8 -3.3. De meest effectieve systemen hebben water-water. Dit komt voornamelijk door de stabiliteit van de brontemperatuur.
Opgemerkt moet worden dat hoe meer de pompcollector zich in het reservoir bevindt, hoe stabieler de temperatuur zal zijn. Voor een systeemvermogen van 10 kW heeft u ongeveer 300 meter leiding nodig.
De hoofdparameter die de efficiëntie van de warmtepomp karakteriseert, wordt beschouwd als de conversiecoëfficiënt. Hoe hoger de conversiefactor, hoe efficiënter de warmtepomp wordt overwogen.
De conversiesnelheid van de warmtepomp wordt uitgedrukt in termen van de verhouding van de warmtestroom en het elektrische vermogen dat door de compressor wordt verbruikt.
Zelf een warmtepomp bouwen
Het werkingsschema en het apparaat van de warmtepomp kennen, onafhankelijk van elkaar monteren en monteren alternatief verwarmingssysteem heel goed mogelijk. Voordat u met de werkzaamheden begint, moeten alle basisparameters van het toekomstige systeem worden berekend. Om de parameters van de toekomstige pomp te berekenen, kunt u de software gebruiken die is ontworpen om koelsystemen te optimaliseren.
De eenvoudigste constructieoptie is lucht-watersysteem. Het vereist geen complex werk op het apparaat van het externe circuit, dat inherent is aan water- en grondvariëteiten van warmtepompen. Voor de installatie zijn slechts twee kanalen nodig, waarvan er een wordt geleverd met lucht, de tweede wordt gebruikt voor het afvoeren van de afvalmassa.
De eenvoudigste manier om het zelf te doen, is om een warmtepomp te hebben met warmte die wordt aangezogen uit de luchtmassa. Een buitenventilator blaast lucht naar de verdamper.
Naast de ventilator, moet je een compressor van het vereiste vermogen aanschaffen. Voor een dergelijke eenheid is een behoorlijk geschikte compressor, die is uitgerust met conventionele gesplitste systemen. Het is niet nodig om een nieuwe eenheid te kopen.
U kunt het uit oude apparatuur verwijderen of gebruiken. oude koelkastaccessoires. Het is raadzaam om een spiraalversie te gebruiken. Deze compressoropties zorgen, naast voldoende efficiëntie, voor een hoge druk, wat zorgt voor een verhoging van de temperatuur.
Om een condensator te bouwen, heb je een tank en een koperen pijp nodig. Van de pijp is een spoel. Voor de vervaardiging ervan met behulp van een cilindrisch lichaam van de gewenste diameter. Nadat u er een koperen pijp op gewikkeld heeft, kunt u dit structurele element eenvoudig en snel maken.
De Ready-coil is in een voorgesneden helft gemonteerd. Voor de vervaardiging van containers is het beter om materialen te gebruiken die bestand zijn tegen corrosieprocessen. Na het plaatsen van de spoel worden de helften van de tank gelast.
Het spoeloppervlak wordt berekend met behulp van de volgende formule:
MT / 0.8 RT,
waarbij:
- MT - de kracht van thermische energie, die het systeem geeft.
- 0,8 - thermische geleidingscoëfficiënt in de wisselwerking van water met het materiaal van de spoel.
- RT - het verschil tussen de inlaat- en uitlaatwatertemperaturen.
Als je een koperen pijp kiest voor zelfproductie van de spoel, moet je letten op de dikte van de muren. Het moet minimaal 1 mm zijn. Anders zal bij het oprollen van de pijp vervormd worden. De buis waardoor de koelmiddelinlaat zich bovenaan de tank bevindt.
De warmtewisselaar is gemaakt van een koperen buis door de koperen buis op het object te wikkelen met een cilindrische vorm. Hoe groter het oppervlak van de spoel, hoe hoger de pompprestaties
De verdamper van de warmtepomp kan in twee versies worden gemaakt - in de vorm van een tank met een spiraal erin en in de vorm van een pijp in een buis. Omdat de temperatuur van de vloeistof in de verdamper klein is, kan de capaciteit worden gemaakt van een plastic vat. In deze container is het circuit geplaatst, dat is gemaakt van koperen pijp.
In tegenstelling tot de condensor moet de spoel van de verdamperspiraal overeenkomen met de diameter en hoogte van de geselecteerde container. De tweede variant van de verdamper: een pijp in de buis. In deze uitvoeringsvorm wordt de koelmiddelpijp geplaatst in een kunststof pijp met een grotere diameter waardoor water circuleert.
De lengte van een dergelijke buis hangt af van het geplande vermogen van de pomp. Het kan van 25 tot 40 meter zijn. Deze buis is opgerold in een spiraal.
Thermostatisch ventiel verwijst naar de afsluit- en regelafsluiters. Een naald wordt gebruikt als een vergrendelingselement in de expansiekamer. De positie van de klep wordt bepaald door de temperatuur in de verdamper.
Dit is een belangrijk element van het systeem heeft een vrij complexe structuur. Het omvat:
- Thermokoppel.
- Aperture.
- Capillaire buis.
- Termoballon.
Deze elementen kunnen bij hoge temperaturen onbruikbaar worden. Daarom moet tijdens het werken aan het soldeersysteem de klep worden geïsoleerd met asbeststof. De regelklep moet overeenkomen met de capaciteit van de verdamper.
Na het werk aan de vervaardiging van basisconstructiedelen, komt het cruciale moment voor het samenstellen van de gehele constructie in een enkele eenheid. De meest cruciale fase is koelmiddel injectieproces of koelvloeistof in het systeem.
Het onafhankelijk uitvoeren van een dergelijke operatie is nauwelijks mogelijk voor een eenvoudige man op straat. Er zal een beroep moeten worden gedaan op professionals die zich bezighouden met reparatie en onderhoud van klimatologische apparatuur.
De arbeiders in dit gebied beschikken in de regel over de nodige uitrusting. Naast het laden van het koelmiddel kunnen ze de werking van het systeem testen. Zelfkoelmiddelinjectie kan niet alleen leiden tot structurele storingen, maar ook tot ernstige verwondingen. Om bovendien het systeem te starten, hebt u ook speciale apparatuur nodig.
Bij het opstarten van het systeem treedt een piekbelasting op, die meestal rond de 40 A ligt. Daarom is het opstarten van het systeem zonder startrelais niet mogelijk. Na de eerste keer opstarten is aanpassing van de klep en de koelmiddeldruk noodzakelijk.
De keuze van koelmiddel moet serieus worden genomen. Immers, deze stof wordt in wezen beschouwd als de belangrijkste "drager" van nuttige thermische energie. Van de bestaande moderne koelmiddelen zijn freons het populairst. Dit zijn derivaten van koolwaterstofverbindingen waarin een deel van koolstofatomen is vervangen door andere elementen.
Dientengevolge moet het samenstel van de afzonderlijke elementen van de warmtepomp een gesloten lus hebben waardoor het werkmedium circuleert.
Als resultaat van dit werk werd een gesloten lussysteem verkregen. Het koelmiddel zal daarin circuleren, waardoor de selectie en overdracht van thermische energie van de verdamper naar de condensor wordt gewaarborgd. Bij het aansluiten van warmtepompen op het huisverwarmingssysteem moet er rekening mee worden gehouden dat de temperatuur van het water dat de condensor verlaat niet hoger is dan 50 - 60 graden.
Vanwege de lage temperatuur van de warmte-energie die door de warmtepomp wordt gegenereerd, moet u gespecialiseerde verwarmingstoestellen kiezen als warmteverbruiker. Dit kan een warme vloer- of volume-laag-traagheidsradiator zijn, gemaakt van aluminium of staal met een groot stralingsgebied.
Zelfgemaakte versies van warmtepompen zijn het meest geschikt om te beschouwen als aanvullende apparatuur die het werk van de hoofdbron ondersteunt en aanvult.
Elk jaar verbeteren de ontwerpen van warmtepompen. In industriële ontwerpen die bedoeld zijn voor huishoudelijk gebruik, worden efficiëntere warmteoverdrachtsoppervlakken gebruikt. Als gevolg hiervan nemen de systeemprestaties voortdurend toe.
Een belangrijke factor die de ontwikkeling van dergelijke technologie voor de productie van warmte-energie stimuleert, is de milieucomponent. Zulke systemen vervuilen niet alleen het milieu, ze zijn bovendien behoorlijk efficiënt. De afwezigheid van een open vlam maakt het absoluut veilig.
Conclusies en nuttige video over het onderwerp
Video # 1. Hoe maak je de eenvoudigste zelfgemaakte warmtepomp met een warmtewisselaar van PEX-buis:
Video # 2. Voortgezette instructie:
Warmtepompen worden al lange tijd gebruikt als alternatieve verwarmingssystemen. Deze systemen zijn betrouwbaar, hebben een lange levensduur en zijn vooral milieuvriendelijk. Ze beginnen serieus te worden beschouwd als een volgende stap op weg naar de ontwikkeling van efficiënte en veilige verwarmingssystemen.
Wilt u een vraag stellen of vertellen over een interessante methode voor het bouwen van een warmtepomp die niet in het artikel wordt genoemd? Schrijf commentaar in het onderstaande vak.
