Как да направите термопомпа въздух-вода: схеми на устройството и самостоятелно сглобяване

Поради редовното повишаване на цената на топлоносителите, алтернативните методи за отопление стават търсени. Например, практичната термопомпа въздух-вода, която използва енергията на въздуха за отопление. Инсталацията не изисква скъпи консумативи, удобна е за експлоатация, безопасна.

Поради значителната цена на заводското сглобяване на агрегата, много хора проявяват интерес към самостоятелното изграждане на тази система. Ще разкажем какво е необходимо на домашния майстор за изработването на самоделна термопомпа. При нас ще научите какви технически средства трябва да запасите.

Особености на термопомпената система въздух-вода

Термопомпата, на която е посветена тази статия, за разлика от други модификации на подобно устройство (по-специално вода-вода и земя-вода), притежава редица предимства:

• икономисва електроенергия;
• за инсталиране не са необходими мащабни земни работи, сондиране на кладенци, получаване на специални разрешения;
• ако системата се свърже със слънчеви батерии, може да се осигури пълната ѝ автономност.

Силното предимство на термопомпената система, която извлича енергия от вятъра и я предава на водата, се състои в стопроцентната екологична безопасност.

Преди да се пристъпи към конструирането на помпата, е необходимо да се установи в кои случаи системата се проявява максимално ефективно, а кога използването ѝ е нецелесъобразно.

Термопомпената система, която извлича енергия от въздушната маса, може да се използва за нагряване на всички видое топлоносители, употребявани на територията на ОНД: вода, въздух, пара.

Специфика на приложението и работата

Термопомпата работи продуктивно само в температурния диапазон от -5 до +7 градуса. При температура на въздуха от +7 системата ще проижвежда повече топлина от необходимото, а при показател под -5 – недостатъчно за отопление. Това е свързано с факта, че концентрираният фреон, намиращ се в констукцията, кипи при температура -55 градуса.

Теоретично системата може да произвежда топлина и при 30-градусов мраз, но тя няма да е достатъчна за отопление, тъй като топлопроизводителността зависи пряко от разликата в температурата на кипене на хладилния агент и температурата на въздуха.

Затова за жителите на северните региони, където студовете настъпват по-рано, тази система няма да е подходяща, а в домовете на южните области тя ще може да служи ефективно няколко студени месеца.

Ако в помещението са монтирани стандартни радиатори, термопомпата ще работи по-малко ефективно. Най-добре уредът въздух-вода се съчетава с конвектори и други радиатори с голяма площ, както и с системи «топъл под», «топли стени» от воден тип.

Също така самото помещение трябва да бъде добре изолирано отвън, да разполага с вградени многокамерни прозорци, които осигуряват по-добра топлоизолация от обикновените дървени или пластмасови.

Термопомпата взаимодейства най-добре с водна система «топъл под», която не изисква нагряване на топлоносителя над 40 – 45°C

Самоделна термопомпа ще може ефективно да отоплява къщи с площ до 100 кв. м и гарантирано да осигурява мощност от 5 kW. Трябва да се разбере, че фреонът не може да бъде напълнен достатъчно качествено в конструкция, създадена в битови условия, затова трябва да се разчита на температура на кипене до -22 градуса.

Устройство с домашно сглобяване ще бъде идеално за снабдяване с топлина на гараж, оранжерия, помощни помещения, малък частен басейн и др. Системата обикновено се използва като допълнително отопление.

Електрически котел или друго традиционно оборудване за отоплителния сезон ще е необходимо във всеки случай. По време на силни студове (-15-30 градуса) се препоръчва термопомпата да се изключва, за да се избегне разход на електроенергия, тъй като през този период нейната ефективност не е повече от 10%.

Термопомпите доставят достатъчно количество енергия за отопление на водата в закрити частни басейни (+)

Принцип на действие на системата

Работното вещество в конструкцията е въздух. През външния блок, който се монтира навън, кислородът по тръби постъпва в изпарителя, където взаимодейства с хладилния агент.

Фреонът под действие на температурата става газообразен (тъй като кипи при -55 градуса) и в нагрято състояние под налягане постъпва в компресора. Устройството компресира газа, като по този начин увеличава неговата температура.

Горещият фреон постъпва в контура на кондензатора (нагревателния резервоар), където се осъществява отдаване на топлина на водата, която впоследствие може да се използва за организиране на отопление и топла вода. В кондензатора фреонът губи само част от своята топлина и все още се намира в газообразно състояние.

Преминавайки през дросела, хладилният агент се разпръсква, в резултат на което неговата температура се понижава. Фреонът става течен и в такъв вид преминава в изпарителя. Цикълът се повтаря.

На фигурата схематично е показана реализацията на принципа на елементарна термопомпа, разделена от компресор и разширител на два контура – високо и ниско налягане

На желаещите сами да изработят термопомпа от изхвърлени материали и отслужила техника, например от стар хладилник, ще помогне информацията, изложена в препоръчваната от нас статия.

Изграждане на термопомпа въздух-вода

Системата на термопомпата се състои от четири основни елемента:

• външен блок;
• съд на топлообменник-изпарител;
• блок за компресор;
• нагревателен съд (кондензатор).

Ще разгледаме особеностите на конструиране на всеки от блоковете.

Сглобяване на външния блок

За създаването на външния блок ще са необходими:

• Корпус. Традиционно подходящ е блок от сплит-система, пералня, друга едрогабаритна техника, понякога се изработва самостоятелно чрез заваряване на метални елементи. Важно е след сглобяване да се обработи метала с антикорозионна боя на прах.
• Вентилатор. Изделието може да се вземе от стара работеща климатична система или да се закупи отделно.

Моделът на вентилатора трябва да има широки пластмасови лопатки и, желателно, с отделим двигател, за да се предостави възможност да се свърже към датчик.

За сглобяване на външния блок ще са необходими корпус и вентилатор от климатична система. Приблизителни параметри на блока – 75×85×30 см.

Във външния блок могат да се монтират изпарител и спомагателни елементи за неговата работа, но е по-целесъобразно тези детайли да се поставят в отделен корпус.

Външният блок се монтира на разстояние 2-10 м от къщата. Важно е да се изгради основа под него и да се постави навес, за да се предпази конструкцията от валежи. Също така е необходимо да се закрепи решетка пред вентилатора, за да се избегне попадането на мръсотия, отпадъци и листа в перките на вентилатора и тръбите.

Допълнително е желателно да се монтират нагреватели, които предпазват страничните части и панелите от заледяване. В този случай допълнително загряване на корпуса няма да е необходимо. Мястото за монтаж на блока трябва да бъде добре вентилирано и да се намира на разстояние от източници на открит огън.

Блок с топлообменник-изпарител

Изпарителят може да се закупи готов, като се използват услугите на доставчици в мрежата, или да се създаде самостоятелно. За това ще са необходими 80-литров резервоар и медна тел с диаметър 10 мм и дебелина не по-малка от 1 мм.

Дължината се изчислява индивидуално, като се вземе предвид необходимата мощност. За устройство от 5 kW може да се вземе 10 m. В изпарителя ще се осъществяват нагряване и циркулация на фреон, както и контакт с въздуха.

За създаване на топлообменника трябва да се конструира серпентина. За целта телта се навива около дебелостенна тръба с диаметър, не надвишаващ ширината на резервоара. Важно е да се оставят краища, които стърчат над височината на корпуса. Те ще са необходими за свързване на серпентината с другите елементи на системата – компресора и акумулиращия резервоар.

За създаване на серпентината медна тръба със стени около 1 мм се навива около газов балон, тръба или пластмасова бутилка, пълна с вода.

В корпуса се врязват 2 шуцера за свързване на тръбопроводите, създават се два отвора за излизане на телта. Съединенията се уплътняват. Готовата конструкция се закрепва с помощта на L-образни скоби.

Препоръчва се допълнително да се монтира на изпарителя реле за размразяване, тъй като в резервоара ще има циркулация на въздух с отрицателна температура. В този случай кондензатът, който се натрупва в системата, може да доведе до заледяване на изпарителя. Също така, за да се изключи образуването на влага, може да се внедри в системата филтър-осушител.

Правила за инсталиране на компресора

За монтаж на компресора ще е необходим отделен корпус със звуко- и виброизолация, тъй като практически всички модификации на устройството шумят по време на работа. Компресорът може да се вземе употребяван от хладилник, климатик или да се закупи нов модел.

За термопомпи подхождат следните видове компресори:

1. Роторните компресори са най-евтините, но притежават редица недостатъци – шумят, имат ниска ефективност и издържат 8-10 години.
2. Спиралните модификации се монтират във всички съвременни модели климатици, хладилници. Те са дълготрайни (15-20 години), безшумни, ефективни, но се отличават с висока цена.
3. Буталните модели се монтират предимно на промишлени хладилници. Изделията притежават добър КПД, дълготрайни са (15-20 години), но са изключително шумни и скъпи.

За топлинната помпа е необходимо да се подбере компресор от еднофазна модификация. Преди покупката е важно да се разбере с какъв вид фреон работи устройството. Препоръчително е да се закупи модел, работещ на R22, по-добре на R422. С хладилен агент от този вид се работи по-лесно, отколкото с всеки друг вид фреон.

Компресорът се свързва с тръби към блока на изпарителя и кондензатора. Благодарение на устройството фреонът повишава температурата си.

Конструиране на акумулационен съд (кондензатор)

За изработването на кондензатора ще е необходим корпус от 100-литров бойлер или всеки друг неръждаем резервоар със същия обем. Също така е необходима серпентина, изработена от медна тръба. За помпа с мощност 5 kW може да се вземе 12-метрова медна тръба. По тръбата на серпентината ще преминава горещ фреон, благодарение на което се нагрява водата.

Стъпка №1: Създаване на серпентина

За изработването на серпентината ще е необходима медна тръба с диаметър не по-малък от 26 мм и дебелина на стената от 1 мм. Тя трябва да се навие на тръба с по-малко напречно сечение от това на резервоара.

Височината на спиралата трябва да съвпада с височината на корпуса. Важно е да се оставят изходи на тръбата извън резервоара, за да може да се свърже серпентината с изпарителя и компресора.

Стъпка №2: Подготовка на корпуса

За монтирането на серпентината резервоарът трябва да се разреже. Отгоре и отдолу ще е необходимо да се създадат отвори за изходите на медната тръба, както и да се изрежат допълнителни отделения за монтиране на 2 фитинга, единият от които е предназначен за изход на вода, а другият – за нейния вход. След извършените процедури резервоарът трябва да се херметизира.

Топлообменник-компресор може да се закупи отделно като готова конструкция. С помощта на устройство със заводско сглобяване може да се увеличи мощността и КПД на инсталацията.

Хладилен агент с маркировка R22, съгласно Монреалските постановления, до 2030 г. е предвидено да бъде изведен от употреба. За пълнене на системата е по-добре да се използва неговият заместител – хладилен агент R422

Свързване на външния блок с изпарителя

За свързване на външния блок и изпарителя ще е необходимо прокарване на 2 полиетиленови тръби ПНД 32. През едната тръба въздухът ще преминава, а през другата – ще излиза.

Тръбите могат да се заровят в земята, като предварително се засипе изкопа с всякакъв пясъчен материал, или да се оставят на повърхността, ако външният корпус се намира недалеч от къщата.

Свързване на изпарителя, компресора и резервоара

В тази система циркулира фреон. За свързване на серпентините с компресора и дросела е необходимо да се обърнете към специалисти по хладилна техника. На човек, който няма опит в запоителните работи, дори и с наличие на инструменти и материали, ще му бъде трудно да свърже правилно всички елементи в една система, за да осигури работата на конструкцията.

Освен това ще са необходими много допълнителни материали – тръби с различни диаметри, различни модификации на изпускателни кранове, клапани за изпускане на въздуха, предпазни клапани, както и клипси за тръби, скоби, тръборези за рязане на участъци от тръбопровода.

Ще са необходими и други специализирани устройства, които се намират във всеки сервиз за ремонт на хладилници и климатици.

Качественото зареждане с фреон също се извършва с помощта на специално оборудване. Ето защо за обединяване на топлообменниците, компресора и дросела в работна система е по-удобно и по-изгодно да се обърнете към професионалисти.

Внедряване на системи за управление на инсталацията

За следене на налягането и температурата на фреона може да се използва платка с дисплей от всеки климатик. В процеса на запоителните работи с помощта на специалисти конструкцията може да бъде правилно внедрена в инсталацията.

Също така е възможно да се свърже специално устройство – датчик за въртене на вентилатора. Той регулира скоростта на въртене на лопатките, както и автоматизира оборотите на циркулационната помпа на фреона.

Допълнително може да се монтира таймер, електропускател, устройство, защитаващо компресора от прегряване. Всички тези части могат да бъдат закупени в сервизни работилници или на пазара за резервни части.

Изчисляване на мощността на термопомпа въздух-вода

За отопление на помещение с площ от 100 кв. м ще е необходима термопомпа с по-голяма мощност. Необходимата мощност на инсталацията може да се изчисли приблизително, като се използва таблицата:

Данните от таблицата ще помогнат да се изчисли площта на серпентината за създаване на инсталация с определена мощност

За да се определи каква мощност трябва да има компресорът, тръби с какви диаметри да се използват и други важни данни при конструирането на термопомпа въздух-вода, е необходимо да се обърнете към един от следните начини:

• Да използвате онлайн калкулаторите, поместени на сайтовете на производителите на топлообменници.
• Да приложите софтуер CoolPack 1,46, Copeland.
• Да поканите специалист, който ще извърши необходимите измервания и изчисления.

Площта на кондензаторната серпентина (ПКС) може да се изчисли по формулата:

ПКС = М/0,8ДТ,

където М е мощността на инсталацията в кВт; 0,8 е коефициентът на топлопроводимост при контакт на вода и мед; ДТ е разликата в температурата между входящия и изходящия въздух в системата.

Параметрите на термопомпата, приведени по-горе, ще подхождат за помещение до 100 кв. метра. Мощността на инсталацията – 5 kW. Ако закупите специални топлообменници, то напълно е възможно да увеличите мощността на инсталацията до 10-15 kW.

На фигурата е представена система, в която топлообменниците, компресорът, дроселът са обединени в един резервоар. В конструкцията се използват заводски топлообменници (+)

Обслужване на самоделната инсталация

За качествена работа термопомпата се нуждае от допълнително обслужване. Ако използвате устройството през зимата (като се има предвид, че в корпуса не е монтирано допълнително отопление), то периодично блокът ще трябва да се размразява, тъй като на повърхността му ще се образува ледена кора.

Също така е необходимо периодично:

• Да почиствате лопатките на вентилатора от отпадъци – листа, прах, мръсотия, сняг и т.н.
• Да извършвате смазване на компресора съгласно инструкцията към него.
• Да сменяте маслото в компресора и вентилатора.

Освен това, за нормалното функциониране на системата е необходимо редовно да проверявате целостта на медния тръбопровод, силовия кабел, захранващ компресора, вентилатора и други устройства.

Изводи и полезно видео по темата

С принципа на действие и устройството на термопомпа, преработваща енергията на вятъра, ще ви запознае следното видео:

Домашната термопомпа от системата въздух-вода е едно от ефективните и евтини устройства за допълнително отопление на жилището. Да изработи и инсталира тази система може всеки желаещ.

Моля, пишете коментари в блока по-долу. Може би имате интересна информация и снимки по темата на статията? Задавайте въпроси, споделяйте собственото си мнение и полезни за посетителите на сайта съвети.