Ako vyrobiť tepelné čerpadlo vzduch-voda: schémy zariadenia a svojpomocná montáž

V súvislosti s pravidelným zvyšovaním cien nosičov tepla sa stávajú žiadanými alternatívne spôsoby vykurovania. Napríklad praktické tepelné čerpadlo vzduch-voda, ktoré na vykurovanie využíva energiu vzduchu. Inštalácia nevyžaduje drahé spotrebné materiály, je pohodlná na prevádzku, bezpečná.

Vzhľadom na nemalú cenu továrenskej montáže agregátu vzniká u mnohých záujem o samostatné vybudovanie tohto systému. Povieme vám, čo bude domáci majster potrebovať na zostrojenie domáceho tepelného čerpadla. U nás sa dozviete, akými technickými prostriedkami by ste sa mali zásobiť.

Vlastnosti tepelného systému vzduch-voda

Tepelné čerpadlo, ktorému je venovaný tento článok, na rozdiel od iných modifikácií podobného zariadenia (konkrétne voda-voda a zem-voda), má niekoľko výhod:

• šetrí elektrinu;
• na inštaláciu nebudú potrebné rozsiahle zemné práce, vŕtanie studní, získanie osobitných povolení;
• ak sa systém pripojí k solárnym panelom, možno zabezpečiť jeho úplnú autonómnosť.

Značnou výhodou tepelného systému, ktorý získava energiu vetra a odovzdáva ju vode, je stopercentná ekologická bezpečnosť.

Predtým, ako sa pustíte do konštrukcie čerpadla, je potrebné zistiť, v ktorých prípadoch sa systém prejavuje maximálne efektívne a kedy je jeho použitie neúčelné.

Tepelná čerpadlová sústava, ktorá získava energiu z vzdušnej hmoty, môže byť použitá na ohrev všetkých druhov nosičov tepla používaných na území SNŠ: vody, vzduchu, pary.

Špecifiká použitia a prevádzky

Tepelné čerpadlo produktívne pracuje výlučne v teplotnom rozsahu od -5 do +7 stupňov. Pri teplote vzduchu nad +7 bude systém produkovať viac tepla, ako je potrebné, a pri hodnote pod -5 – nedostatočne na vykurovanie. Súvisí to s tým, že koncentrovaný freón nachádzajúci sa v konštrukcii vrie pri teplote -55 stupňov.

Teoreticky môže systém produkovať teplo aj pri 30-stupňovom mraze, ale nebude ho dostatok na vykurovanie, pretože tepelný výkon priamo závisí od rozdielu teploty varu chladiva a teploty vzduchu.

Preto obyvateľom severných regiónov, kde zimy prichádzajú skôr, tento systém nebude vyhovovať, zatiaľ čo v domoch južných oblastí dokáže efektívne slúžiť niekoľko chladných mesiacov.

Ak sú v miestnosti nainštalované štandardné radiátory, tepelné čerpadlo bude pracovať menej efektívne. Najlepšie sa zariadenie vzduch-voda kombinuje s konvektormi a inými radiátormi s veľkou plochou, ako aj so systémami „podlahové kúrenie“, „teplé steny“ vodného typu.

Taktiež samotná miestnosť by mala byť dobre zateplená zvonku, mať zabudované viackomorové okná, ktoré poskytujú lepšiu tepelnú izoláciu ako bežné drevené alebo plastové.

Tepelné čerpadlo najlepšie spolupracuje s vodným systémom „podlahové kúrenie“, ktorý nevyžaduje ohrev nosiča tepla nad 40 – 45 °C.

Domáce tepelné čerpadlo dokáže efektívne vykurovať domy s rozlohou do 100 m² a garantovane dodávať výkon 5 kW. Treba si uvedomiť, že chladivo nie je možné dostatočne kvalitne naplniť do konštrukcie vytvorenej v domácich podmienkach, preto treba počítať s teplotou jeho varu do -22 stupňov.

Zariadenie domácej montáže je ideálne na zásobovanie teplom garáže, skleníka, vedľajších miestností, malého súkromného bazéna a pod. Systém sa zvyčajne používa ako doplnkové vykurovanie.

Elektrokotol alebo iné tradičné zariadenie na vykurovaciu sezónu bude potrebné v každom prípade. Počas silných mrazov (-15-30 stupňov) sa odporúča tepelné čerpadlo vypnúť, aby sa predišlo plytvaniu elektrickou energiou, keďže v tomto období jeho účinnosť nepresahuje 10%.

Tepelné čerpadlá dodávajú dostatočné množstvo energie na ohrev vody v krytých súkromných bazénoch (+)

Princíp činnosti systému

Pracovná látka v konštrukcii – vzduch. Cez vonkajší blok, ktorý sa inštaluje vonku, kyslík potrubím vstupuje do výparníka, kde interaguje s chladivom.

Freón pôsobením teploty sa stáva plynným (pretože vrie pri -55 stupňoch) a v ohriatom stave pod tlakom vstupuje do kompresora. Zariadenie stláča plyn, čím zvyšuje jeho teplotu.

Horúci freón vstupuje do okruhu akumulačnej nádrže (kondenzátora), kde dochádza k odovzdávaniu tepla vode, ktorú možno následne použiť na organizáciu vykurovania a TÚV. V kondenzátore freón stráca iba časť svojho tepla a stále je v plynnom stave.

Prechádzajúc cez škrtiaci ventil, chladivo sa rozstrekuje, v dôsledku čoho jeho teplota klesá. Freón sa stáva kvapalným a v takejto forme prechádza do výparníka. Cyklus sa opakuje.

Na obrázku je schematicky znázornená realizácia princípu elementárneho tepelného čerpadla, rozdeleného kompresorom a expandérom na dva okruhy – vysokého a nízkeho tlaku.

Tým, ktorí si chcú sami postaviť tepelné čerpadlo z odpadových materiálov a vyradenej techniky, napríklad zo starej chladničky, pomôžu informácie uvedené v nami odporúčanom článku.

Stavba tepelného čerpadla vzduch-voda

Systém tepelného čerpadla pozostáva zo štyroch základných prvkov:

• vonkajšieho bloku;
• nádrže tepelného výmenníka-výparníka;
• bloku pre kompresor;
• akumulačnej nádrže (kondenzátora).

Pozrime sa na špecifiká konštrukcie každého z blokov.

Montáž vonkajšieho bloku

Na vytvorenie vonkajšieho bloku bude potrebné:

• Korpus. Tradične sa hodí blok zo split-systému, práčky, iného rozmerného spotrebiča, niekedy sa konštruuje samostatne pomocou privárania kovových prvkov. Po montáži je dôležité ošetriť kov antikoróznou farbou práškového typu.
• Ventilátor. Výrobok možno požičať zo starého funkčného klimatizačného systému alebo zakúpiť samostatne.

Model ventilátora by mal mať široké plastové lopatky a, najlepšie, s odpojiteľným motorom, aby bolo možné pripojiť ho k senzoru.

Na montáž vonkajšej jednotky budete potrebovať kryt a ventilátor z klimatizačného systému. Približné parametre jednotky – 75x85x30 cm.

Do vonkajšej jednotky je možné nainštalovať výparník a pomocné prvky pre jeho činnosť, ale je účelnejšie umiestniť tieto diely do samostatného krytu.

Vonkajšia jednotka sa inštaluje vo vzdialenosti 2-10 m od domu. Je dôležité postaviť pod ňu základ a dať prístrešok, aby sa konštrukcia chránila pred zrážkami. Takisto je potrebné upevniť mriežku pred ventilátorom, aby sa zabránilo vniknutiu nečistôt, odpadu, listov do lopatiek ventilátora a rúr.

Dodatočne je vhodné nainštalovať ohrievače, ktoré chránia bočnice a panely pred námrazou. V tomto prípade nebude potrebné dodatočné vyhrievanie krytu. Miesto pre inštaláciu jednotky musí byť dobre vetrané a nachádzať sa v odstupe od zdrojov otvoreného ohňa.

Blok s výmenníkom tepla-výparníkom

Výparník je možné zakúpiť hotový, využitím služieb dodávateľov na internete, alebo si ho vyrobiť svojpomocne. Na to budete potrebovať 80-litrovú nádrž a medený drôt s priemerom 10 mm a hrúbkou najmenej 1 mm.

Dĺžka sa vypočíta individuálne s ohľadom na požadovaný výkon. Pre zariadenie s výkonom 5 kW možno vziať 10 m. Vo výparníku bude prebiehať ohrev a cirkulácia freónu, ako aj kontakt so vzduchom.

Na vytvorenie výmenníka tepla je potrebné skonštruovať špirálu. Na to sa drôt omotáva okolo hrubostennej rúry s priemerom, ktorý nepresahuje šírku nádrže. Dôležité je ponechať konce presahujúce výšku krytu. Budú potrebné na pripojenie špirály k ostatným prvkom systému – kompresoru a akumulačnej nádrži.

Na vytvorenie špirály sa medená rúrka so stenami hrubými asi 1 mm omotáva okolo plynovej fľaše, rúry alebo plastovej fľaše naplnenej vodou.

Do krytu sa vyrežú 2 hrdlá na pripojenie potrubí, vytvoria sa dva konektory na výstup drôtu. Spoje sa utesnia. Hotová konštrukcia sa upevní pomocou L-tvarovaných konzol.

Odporúča sa dodatočne nainštalovať na výparník relé odmrazovania, pretože v nádrži bude prebiehať cirkulácia vzduchu, ktorého teplota je záporná. V tomto prípade môže kondenzát hromadiaci sa v systéme viesť k námraze výparníka. Taktiež, aby sa vylúčila tvorba vlhkosti, je možné do systému vložiť filter-odvlhčovač.

Pravidlá inštalácie kompresora

Na inštaláciu kompresora bude potrebný samostatný kryt so zvukovou a vibračnou izoláciou, pretože prakticky všetky modifikácie zariadenia počas prevádzky hlučia. Kompresor je možné získať použitý z chladničky, klimatizácie alebo zakúpiť nový model.

Pre tepelné čerpadlá sú vhodné nasledujúce typy kompresorov:

1. Rotorové kompresory sú najlacnejšie, ale majú niekoľko nevýhod – hlučia, majú nízku účinnosť a slúžia 8-10 rokov.
2. Spiralové modifikácie sa inštalujú do všetkých moderných modelov klimatizácií, chladničiek. Sú odolné (15–20 rokov), tiché, účinné, ale vyznačujú sa vysokou cenou.
3. Piestové modely sa inštalujú najmä do priemyselných chladničiek. Výrobky majú dobrú účinnosť, sú odolné (15–20 rokov), ale sú extrémne hlučné a drahé.

Pre tepelné čerpadlo je potrebné vybrať kompresor jednofázovej modifikácie. Pred nákupom je dôležité zistiť, s akým typom freónu zariadenie pracuje. Je vhodné zakúpiť model pracujúci na R22, lepšie na R422. S chladivom tohto typu sa pracuje ľahšie ako s akýmkoľvek iným typom freónu.

Kompresor sa pripája trubicami k bloku výparníka a kondenzátora. Vďaka zariadeniu freón zvyšuje svoju teplotu.

Konštrukcia akumulačnej nádoby (kondenzátora)

Na výrobu kondenzátora bude potrebný plášť zo 100-litrového bojlera alebo akákoľvek iná nerezová nádrž rovnakého objemu. Taktiež je potrebný had vyrobený z medenej trubice. Na čerpadlo s výkonom 5 kW možno použiť 12-metrový drôt. Trubicou hada bude prechádzať horúci freón, vďaka čomu dochádza k ohrevu vody.

Krok č. 1: Vytvorenie hada

Na výrobu hada bude potrebný medený drôt s priemerom najmenej 26 mm a hrúbkou steny od 1 mm. Je potrebné ho navinúť na rúru s menším prierezom, ako má nádrž.

Výška špirály by mala zodpovedať výške plášťa. Je dôležité ponechať vývody rúry mimo nádrže, aby bolo možné pripojiť had k výparníku a kompresoru.

Krok č. 2: Príprava plášťa

Na inštaláciu hada je potrebné nádrž rozrezať. Zhora a zdola bude potrebné vytvoriť otvory pre vývody medeného drôtu, ako aj vyrezať ďalšie priehradky na inštaláciu 2 hrdiel, z ktorých jedno je určené na výstup vody a druhé na jej vstup. Po vykonaných postupoch je potrebné nádrž utesniť.

Výmenník tepla-kompresor je možné zakúpiť samostatne ako hotovú konštrukciu. Pomocou zariadenia z výrobnej montáže je možné zvýšiť výkon a účinnosť zariadenia.

Chladivo s označením R22 je podľa Montrealských nariadení plánované vyradiť z obehu do roku 2030. Na naplnenie systému je lepšie použiť jeho náhradu – chladivo R422

Spojenie vonkajšieho bloku s výparníkom

Na spojenie vonkajšieho bloku a výparníka bude potrebné vedenie 2 polyetylénových rúr HDPE 32. Cez jednu rúru bude vzduch prechádzať, cez druhú – vystupovať.

Rúry je možné zakopať do zeme, po predchádzajúcom nasypaní akéhokoľvek pieskového materiálu do výkopu, alebo nechať na povrchu, ak sa vonkajší plášť nachádza blízko domu.

Spojenie výparníka, kompresora a nádrže

V tomto systéme cirkuluje freón. Na pripojenie hadov s kompresorom a škrtiacim ventilom je potrebné obrátiť sa na špecialistov v oblasti chladiacej techniky. Pre človeka, ktorý nemá skúsenosti s spájkovačskými prácami, bude aj s dostupnými nástrojmi a materiálmi ťažké správne spojiť všetky prvky do jedného systému, aby zabezpečil funkčnosť konštrukcie.

Navyše bude potrebných veľa ďalších materiálov – rúrok rôznych priemerov, rôznych modifikácií odpadových kohútikov, ventilov na odvzdušnenie, poistných ventilov, ako aj spôn na rúrky, svoriek, rezačiek na rúrky na rezanie úsekov potrubia.

Potrebné budú aj ďalšie špecializované zariadenia, ktoré sú k dispozícii v každej dielni na opravu chladničiek a klimatizácií.

Kvalitné plnenie freónom sa tiež vykonáva pomocou špeciálneho vybavenia. Preto je pre spojenie tepelných výmenníkov, kompresora a škrtiaceho ventilu do funkčného systému pohodlnejšie a výhodnejšie obrátiť sa na profesionálov.

Implementácia riadiacich systémov inštalácie

Na sledovanie tlaku a teploty freónu možno použiť dosku s displejom z akejkoľvek klimatizácie. Počas spájkovačských prác s pomocou odborníkov možno konštrukciu správne začleniť do zariadenia.

Tiež je možné pripojiť špeciálne zariadenie – snímač otáčok ventilátora. Ten reguluje rýchlosť otáčania lopatiek a tiež automatizuje otáčky obehového čerpadla freónu.

Dodatočne je možné nainštalovať časovač, elektrický spúšťač, zariadenie na ochranu kompresora pred prehriatím. Všetky tieto diely možno zakúpiť v opravovniach alebo na trhu s náhradnými dielmi.

Výpočet výkonu tepelného čerpadla vzduch-voda

Na vykurovanie miestnosti s plochou od 100 m² je potrebné tepelné čerpadlo s vyšším výkonom. Potrebný výkon zariadenia možno približne vypočítať pomocou tabuľky:

Údaje v tabuľke pomôžu vypočítať plochu hada na vytvorenie zariadenia s určitým výkonom

Na určenie, aký výkon by mal mať kompresor, aké priemery rúrok by sa mali použiť a ďalšie dôležité údaje pri konštruovaní tepelného čerpadla vzduch-voda, je potrebné obrátiť sa na jeden zo spôsobov:

• Použiť online kalkulačky umiestnené na webových stránkach výrobcov tepelných výmenníkov.
• Použiť softvér CoolPack 1,46, Copeland.
• Pozvať odborníka, ktorý vykoná potrebné merania a výpočty.

Plochu kondenzačného hada (PKH) možno vypočítať podľa vzorca:

PKH = M/0,8DT,

kde M je výkon zariadenia v kW; 0,8 je súčiniteľ tepelnej vodivosti pri kontakte vody a medi; DT je rozdiel teplôt medzi prichádzajúcim a odchádzajúcim vzduchom v systéme.

Parametre tepelného čerpadla uvedené vyššie budú vhodné pre miestnosť do 100 m². Výkon zariadenia – 5 kW. Ak si zakúpite špeciálne výmenníky tepla, je celkom možné zvýšiť výkon zariadenia na 10–15 kW.

Na obrázku je znázornený systém, v ktorom sú výmenníky tepla, kompresor a škrtiaci ventil spojené v jednej nádrži. V konštrukcii sa používajú výmenníky tepla z výroby (+)

Údržba domácej inštalácie

Pre kvalitnú prácu tepelné čerpadlo potrebuje dodatočnú údržbu. Ak používate zariadenie v zime (vzhľadom na to, že v kryte nie je nainštalované dodatočné vykurovanie), bude potrebné blok pravidelne odmrazovať, pretože na jeho povrchu sa bude vytvárať ľadová kôra.

Taktiež je potrebné pravidelne:

• Čistiť lopatky ventilátora od nečistôt – listov, prachu, špiny, snehu atď.
• Vykonávať mazanie kompresora podľa návodu k nemu.
• Menit olej v kompresore a ventilátore.

Okrem toho je pre normálne fungovanie systému potrebné pravidelne kontrolovať celistvosť medeného potrubia, silového kábla napájajúceho kompresor, ventilátor a ďalšie zariadenia.

Závery a užitočné video k téme

S princípom činnosti a zariadením tepelného čerpadla spracúvajúceho energiu vetra vás oboznámi nasledujúce video:

Domáce tepelné čerpadlo systému vzduch-voda je jedným z účinných a lacných zariadení na dodatočné vykurovanie obydlia. Zhotoviť a nainštalovať tento systém dokáže každý, kto chce.

Píšte, prosím, komentáre do bloku nižšie. Možno máte zaujímavé informácie a fotografie k téme článku? Pýtajte sa, podeľte sa o svoj vlastný názor a užitočné rady pre návštevníkov stránky.