Hoe u met uw eigen handen een warmtepomp kunt maken om een ​​huis te verwarmen: werkingsprincipe en montageschema's

De eerste versies van warmtepompen konden slechts gedeeltelijk in de behoefte aan thermische energie voorzien.Moderne varianten zijn efficiënter en kunnen worden gebruikt voor verwarmingssystemen. Dit is de reden waarom veel huiseigenaren met hun eigen handen een warmtepomp proberen te installeren.

We zullen u vertellen hoe u de beste optie voor een warmtepomp kiest, rekening houdend met de geodata van het gebied waar deze zal worden geïnstalleerd. Het ter overweging voorgestelde artikel beschrijft in detail het werkingsprincipe van “groene energie”-systemen en somt de verschillen op. Met ons advies komt u ongetwijfeld uit bij een effectief type.

Voor onafhankelijke vakmensen presenteren we de technologie voor het assembleren van een warmtepomp. De ter overweging gepresenteerde informatie wordt aangevuld met visuele diagrammen, fotoselecties en een gedetailleerde video-instructie in twee delen.

Wat is een warmtepomp en hoe werkt deze?

De term warmtepomp verwijst naar een reeks specifieke apparatuur. De belangrijkste functie van deze apparatuur is het verzamelen van thermische energie en het transporteren ervan naar de consument. De bron van dergelijke energie kan elk lichaam of elke omgeving zijn met een temperatuur van +1ºC of meer graden.

Er zijn meer dan genoeg bronnen van lage temperatuurwarmte in onze omgeving. Dit is industrieel afval van bedrijven, thermische en kerncentrales, riolering, enz. Om warmtepompen voor de verwarming van woningen te laten werken, zijn drie zelfregenererende natuurlijke bronnen nodig: lucht, water en aarde.

Warmtepompen halen energie uit processen die regelmatig voorkomen in de omgeving.De stroom van processen stopt nooit, omdat de bronnen volgens menselijke criteria als onuitputtelijk worden beschouwd

De drie genoemde potentiële energieleveranciers houden rechtstreeks verband met de energie van de zon, die door verwarming de lucht met de wind mee beweegt en thermische energie naar de aarde overbrengt. De keuze van de bron is het belangrijkste criterium op basis waarvan warmtepompsystemen worden geclassificeerd.

Het werkingsprincipe van warmtepompen is gebaseerd op het vermogen van lichamen of media om thermische energie over te dragen naar een ander lichaam of een andere omgeving. Ontvangers en leveranciers van energie in warmtepompsystemen werken doorgaans in paren.

Er worden de volgende typen warmtepompen onderscheiden:

• Lucht is water.
• Aarde is water.
• Water is lucht.
• Water is water.
• Aarde is lucht.
• Water water
• Lucht is lucht.

In dit geval bepaalt het eerste woord het type medium waaruit het systeem lagetemperatuurwarmte haalt. De tweede geeft het type drager aan waarop deze thermische energie wordt overgedragen. Bij warmtepompen is water dus water, wordt warmte uit het watermilieu gehaald en wordt vloeistof als koelmiddel gebruikt.

Door hun ontwerp zijn warmtepompen dampcompressie-eenheden. Ze halen warmte uit natuurlijke bronnen, verwerken en transporteren deze naar consumenten (+)

Moderne warmtepompen gebruiken drie hoofdpompen thermische energiebron. Dit zijn bodem, water en lucht. De eenvoudigste van deze opties is lucht-water warmtepomp. De populariteit van dergelijke systemen is te danken aan hun vrij eenvoudige ontwerp en installatiegemak.

Ondanks deze populariteit hebben deze variëteiten echter een vrij lage productiviteit. Bovendien is het rendement onstabiel en afhankelijk van seizoensgebonden temperatuurschommelingen.

Naarmate de temperatuur daalt, nemen hun prestaties aanzienlijk af. Dergelijke warmtepompopties kunnen worden beschouwd als een aanvulling op de bestaande hoofdbron van thermische energie.

Uitrustingsopties met behulp van bodem warmte, worden als effectiever beschouwd. De bodem ontvangt en accumuleert niet alleen thermische energie van de zon, maar wordt ook voortdurend verwarmd door de energie van de kern van de aarde.

Dat wil zeggen, de grond is een soort warmteaccumulator, waarvan de kracht vrijwel onbeperkt is. Bovendien is de bodemtemperatuur, vooral op enige diepte, constant en fluctueert binnen onbeduidende grenzen.

Toepassingsgebied van energie opgewekt door warmtepompen:

De constantheid van de brontemperatuur is een belangrijke factor in de stabiele en efficiënte werking van dit type krachtapparatuur. Systemen waarin het aquatische milieu de belangrijkste bron van thermische energie is, hebben vergelijkbare kenmerken. De collector van dergelijke pompen bevindt zich in een put, waar deze in een watervoerende laag terechtkomt, of in een reservoir.

De gemiddelde jaartemperatuur van bronnen zoals bodem en water varieert van +7ºC tot + 12ºC. Deze temperatuur is ruim voldoende om een ​​efficiënte werking van het systeem te garanderen.

Het meest effectief zijn warmtepompen die thermische energie onttrekken aan bronnen met stabiele temperatuurindicatoren, d.w.z. uit water en bodem

Basisontwerpelementen van warmtepompen

Om de energieproductie-installatie te laten werken volgens de werkingsprincipes van een warmtepomp, moet het ontwerp ervan 4 hoofdeenheden bevatten, namelijk:

• Compressor.
• Verdamper.
• Condensator.
• Gasklep.

Een belangrijk onderdeel van het warmtepompontwerp is de compressor. De belangrijkste functie ervan is het verhogen van de druk en temperatuur van de dampen die worden gevormd als gevolg van het koken van het koelmiddel. Moderne scrollcompressoren worden met name gebruikt voor klimaatapparatuur en warmtepompen.

Vloeistoffen met een laag kookpunt worden gebruikt als werkvloeistof die thermische energie direct overdraagt. In de regel worden ammoniak en freonen gebruikt (+)

Dergelijke compressoren zijn ontworpen voor gebruik bij temperaturen onder het vriespunt. In tegenstelling tot andere typen produceren scrollcompressoren weinig geluid en werken ze bij zowel lage gaskooktemperaturen als hoge condensatietemperaturen. Een onbetwist voordeel is hun compacte formaat en laag soortelijk gewicht.

Bijna alle energie van een warmtepomp wordt besteed aan het transporteren van thermische energie van buiten naar binnen in de kamer. Er is dus ongeveer 1 energie-eenheid nodig om de systemen te laten werken bij de productie van 4 - 6 eenheden (+)

De verdamper als structureel element is een container waarin vloeibaar koelmiddel wordt omgezet in damp. Het koelmiddel circuleert in een gesloten circuit en passeert de verdamper. Daarin warmt het koelmiddel op en verandert het in stoom.De resulterende stoom wordt onder lage druk naar de compressor geleid.

In de compressor worden de koelmiddeldampen onder druk gezet en stijgt hun temperatuur. De compressor pompt verwarmde stoom onder hoge druk richting de condensor.

De compressor comprimeert het medium dat langs het circuit circuleert, wat resulteert in een stijging van de temperatuur en druk. Vervolgens komt het gecomprimeerde medium de warmtewisselaar (condensor) binnen, waar het wordt gekoeld en warmte wordt overgedragen aan water of lucht

Het volgende structurele element van het systeem is de condensator. De functie ervan is beperkt tot het vrijgeven van thermische energie aan het interne circuit van het verwarmingssysteem.

Seriemonsters vervaardigd door industriële ondernemingen zijn uitgerust met platenwarmtewisselaars. Het belangrijkste materiaal voor dergelijke condensatoren is gelegeerd staal of koper.

Om uw eigen warmtewisselaar te maken, is een koperen buis met een diameter van een halve inch geschikt. De wanddikte van de buizen waarmee de warmtewisselaar wordt vervaardigd, moet minimaal 1 mm bedragen

De thermostatische of anderszins smoorklep wordt geïnstalleerd aan het begin van dat deel van het hydraulische circuit waar het hogedrukcirculatiemedium wordt omgezet in een lagedrukmedium. Preciezer gezegd: een gasklep in combinatie met een compressor verdeelt het warmtepompcircuit in twee delen: één met hogedrukparameters, de andere met lagedrukparameters.

Bij het passeren van de expansiesmoorklep verdampt de vloeistof die in een gesloten circuit circuleert gedeeltelijk, waardoor de druk en temperatuur dalen. Vervolgens komt het in een warmtewisselaar terecht die communiceert met de omgeving. Daar vangt het de energie van de omgeving op en brengt deze terug naar het systeem.

De smoorklep regelt de stroom koelmiddel naar de verdamper. Bij het kiezen van een klep moet u rekening houden met de systeemparameters. De klep moet aan deze parameters voldoen.

Bij het passeren van de warmteregelklep verdampt de koelvloeistof gedeeltelijk en neemt de aanvoertemperatuur af (+)

Een warmtepomptype selecteren

De belangrijkste indicator van dit verwarmingssysteem is vermogen. De financiële kosten voor de aanschaf van apparatuur en het kiezen van een of andere bron van lagetemperatuurwarmte zullen voornamelijk afhangen van het vermogen. Hoe hoger het vermogen van het warmtepompsysteem, hoe hoger de kosten van de componenten.

Allereerst bedoelen we het vermogen van de compressor, de diepte van de putten voor geothermische sondes, of de ruimte voor het plaatsen van een horizontale collector. Correcte thermodynamische berekeningen zijn een soort garantie dat het systeem efficiënt zal werken.

Als er een vijver in de buurt van uw persoonlijke eigendom is, is de meest kosteneffectieve en productieve keuze een water-naar-water-warmtepomp

Eerst moet u het gebied bestuderen dat is gepland voor het installeren van de pomp. De ideale toestand zou de aanwezigheid van een reservoir in dit gebied zijn. Gebruik water-water type optie zal het volume van de graafwerkzaamheden aanzienlijk verminderen.

Het gebruik van de warmte van de aarde brengt daarentegen een groot aantal werkzaamheden met betrekking tot graafwerkzaamheden met zich mee. Systemen die waterige media als laagwaardige warmte gebruiken, worden als het meest efficiënt beschouwd.

Het ontwerp van een warmtepomp die thermische energie uit de grond haalt, vergt indrukwekkend veel graafwerk. De collector wordt onder het seizoensgebonden vriesniveau gelegd

De thermische energie van de bodem kan op twee manieren worden gebruikt. De eerste omvat het boren van putten met een diameter van 100-168 mm. De diepte van dergelijke putten kan, afhankelijk van de systeemparameters, 100 m of meer bereiken.

In deze putten worden speciale sondes geplaatst. De tweede methode maakt gebruik van een pijpcollector. Een dergelijke collector bevindt zich ondergronds in een horizontaal vlak. Deze optie vereist een vrij groot gebied.

Gebieden met vochtige grond worden als ideaal beschouwd voor het leggen van de collector. Uiteraard kost het boren van putten meer dan het horizontaal positioneren 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 structuur voor het verzamelen van thermische energie met één diepe put kan iets goedkoper blijken te zijn dan het graven van een put. Maar een belangrijk pluspunt is de aanzienlijke ruimtebesparing, wat belangrijk is voor eigenaren van kleine percelen

Als er op de locatie een hooggelegen grondwaterhorizon is, kunnen warmtewisselaars worden geïnstalleerd in twee putten op een afstand van ongeveer 15 m van elkaar.

In dergelijke systemen wordt thermische energie verzameld door grondwater door een gesloten circuit te pompen, waarvan delen zich in putten bevinden. Een dergelijk systeem vereist het installeren van een filter en het periodiek reinigen van de warmtewisselaar.

Het eenvoudigste en goedkoopste warmtepompsysteem is gebaseerd op het onttrekken van thermische energie aan de lucht. Het werd ooit de basis voor koelkasten; later werden airconditioners volgens de principes ervan ontwikkeld.

Het eenvoudigste warmtepompsysteem haalt energie uit de luchtmassa. In de zomer is het betrokken bij de verwarming, in de winter bij de airconditioning.Het nadeel van het systeem is dat de stand-alone unit onvoldoende stroom heeft

De effectiviteit van verschillende typen van deze apparatuur is niet hetzelfde. Pompen die lucht gebruiken, hebben de laagste prestaties. Bovendien zijn deze indicatoren rechtstreeks afhankelijk van de weersomstandigheden.

Grondgebaseerde typen warmtepompen presteren stabiel. De efficiëntiecoëfficiënt van deze systemen varieert tussen 2,8 -3,3. Water-watersystemen zijn het meest effectief. Dit komt in de eerste plaats door de stabiliteit van de brontemperatuur.

Opgemerkt moet worden dat hoe dieper het pompspruitstuk zich in het reservoir bevindt, hoe stabieler de temperatuur zal zijn. Om een ​​systeemvermogen van 10 kW te verkrijgen is ongeveer 300 meter leiding nodig.

De belangrijkste parameter die het rendement van een warmtepomp karakteriseert, is de conversiecoëfficiënt. Hoe hoger de conversiefactor, hoe efficiënter de warmtepomp wordt geacht.

De conversiecoëfficiënt van een warmtepomp wordt uitgedrukt in de verhouding tussen de warmtestroom en het elektrisch vermogen dat wordt verbruikt om de compressor te laten werken

Zelf een warmtepomp samenstellen

Als u het bedieningsschema en de structuur van de warmtepomp kent, monteer en installeer deze dan zelf alternatief verwarmingssysteem best mogelijk. Voordat u met de werkzaamheden begint, is het noodzakelijk om alle belangrijke parameters van het toekomstige systeem te berekenen. Om de parameters van de toekomstige pomp te berekenen, kunt u software gebruiken die is ontworpen om koelsystemen te optimaliseren.

De gemakkelijkste optie om te bouwen is lucht-water systeem. Er zijn geen complexe werkzaamheden nodig bij de constructie van een extern circuit, wat inherent is aan water- en grondgebaseerde typen warmtepompen. Voor de installatie heeft u slechts twee kanalen nodig, waarvan er één lucht aanvoert en de tweede de afvalmassa afvoert.

De eenvoudigste manier is om met uw eigen handen een warmtepomp te bouwen die warmte uit de luchtmassa haalt. Een buitenventilator blaast lucht naar de verdamper

Naast de ventilator heb je een compressor met het benodigde vermogen nodig. Voor zo'n unit is de compressor uitgerust met conventioneel gesplitste systemen. Het is niet nodig om een ​​nieuw apparaat te kopen.

Je kunt het van oude apparatuur verwijderen of gebruiken oude koelkastonderdelen. Het is raadzaam om de spiraalvariant te gebruiken. Deze compressoropties zijn niet alleen behoorlijk efficiënt, maar creëren ook hoge drukken die hogere temperaturen produceren.

Om een ​​condensator te installeren heb je een container en een koperen buis nodig. Een spoel wordt gemaakt van een pijp. Voor de vervaardiging ervan wordt elk cilindrisch lichaam met de vereiste diameter gebruikt. Door er een koperen buis omheen te wikkelen, kun je dit structuurelement eenvoudig en snel vervaardigen.

De afgewerkte spoel wordt gemonteerd in een container die eerder in tweeën is gesneden. Voor de vervaardiging van containers is het beter om materialen te gebruiken die bestand zijn tegen corrosieprocessen. Nadat de spoel erin is geplaatst, worden de tankhelften gelast.

Het spoeloppervlak wordt berekend met behulp van de volgende formule:

MT/0,8 RT,

Waar:

• MT - de kracht van de thermische energie die het systeem produceert.
• 0,8 — thermische geleidbaarheidscoëfficiënt wanneer water in wisselwerking staat met het spoelmateriaal.
• RT — verschil in watertemperatuur bij de inlaat en uitlaat.

Wanneer u een koperen buis kiest om zelf een spoel te maken, moet u op de wanddikte letten. Deze moet minimaal 1 mm zijn. Anders wordt de buis tijdens het wikkelen vervormd. De buis waardoor het koelmiddel binnenkomt, bevindt zich in het bovenste deel van de container.

Een warmtewisselaar met koperen buizen wordt gemaakt door een koperen buis op een cilindervormig voorwerp te wikkelen. Hoe groter het oppervlak van de spoel, hoe hoger de pompprestaties

De warmtepompverdamper kan in twee versies worden gemaakt: in de vorm van een container met daarin een spoel en in de vorm van een pijp in een pijp. Omdat de temperatuur van de vloeistof in de verdamper laag is, kan de container gemaakt worden van een plastic vat. In deze container wordt een circuit van koperen buis geplaatst.

In tegenstelling tot een condensor moet de spoel van de verdamperspiraal overeenkomen met de diameter en hoogte van de geselecteerde container. De tweede verdamperoptie: pijp in pijp. In deze uitvoeringsvorm wordt de koelmiddelbuis in een plastic buis met een grotere diameter geplaatst waardoor water circuleert.

De lengte van zo'n buis is afhankelijk van het geplande pompvermogen. Het kan van 25 tot 40 meter zijn. Zo'n buis wordt in een spiraal gerold.

De thermostatische klep verwijst naar afsluit- en regelleidingfittingen. In het expansieventiel wordt een naald gebruikt als afsluitelement. De positie van het klepafsluitelement wordt bepaald door de temperatuur in de verdamper.

Dit belangrijke element van het systeem heeft een nogal complex ontwerp. Het bevat:

• Thermokoppel.
• Diafragma.
• Capillaire buis.
• Thermische ballon.

Deze elementen kunnen bij hoge temperaturen onbruikbaar worden.Daarom moet de klep tijdens soldeerwerkzaamheden aan het systeem worden geïsoleerd met asbestweefsel. De regelklep moet overeenkomen met de verdampercapaciteit.

Na het uitvoeren van de werkzaamheden voor de vervaardiging van de belangrijkste structurele onderdelen, komt het cruciale moment bij het samenstellen van de hele constructie tot één blok. De meest kritische fase is koelmiddelinjectieproces of koelvloeistof in het systeem.

Het is onwaarschijnlijk dat een gewoon persoon een dergelijke operatie zelfstandig kan uitvoeren. Hier moet u zich wenden tot professionals die klimaatapparatuur repareren en onderhouden.

Werknemers op dit gebied beschikken meestal over de benodigde apparatuur. Naast het bijvullen van koelmiddel kunnen ze ook de werking van het systeem testen. Zelf koelmiddel injecteren kan niet alleen leiden tot structurele storingen, maar ook tot ernstig letsel. Daarnaast is er ook speciale apparatuur nodig om het systeem te laten werken.

Wanneer het systeem start, treedt er een piekstartbelasting op, meestal rond de 40 A. Daarom is het starten van het systeem zonder startrelais onmogelijk. Na de eerste keer opstarten is aanpassing van de klep en de koelmiddeldruk noodzakelijk.

De keuze van het koelmiddel moet zeer serieus worden genomen. Het is tenslotte deze stof die in wezen wordt 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 de koolstofatomen is vervangen door andere elementen.

Als gevolg van het assembleren van de afzonderlijke elementen van de warmtepomp moet een gesloten lus worden verkregen waardoor het werkmedium circuleert

Als resultaat van dit werk werd een gesloten-lussysteem verkregen. Het koelmiddel circuleert daarin en zorgt voor de selectie en overdracht van thermische energie van de verdamper naar de condensor. Bij het aansluiten van warmtepompen op het verwarmingssysteem van het huis 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 thermische energie die door de warmtepomp wordt gegenereerd, moeten gespecialiseerde verwarmingsapparaten als warmteverbruiker worden geselecteerd. Dit kunnen een warme vloer zijn of volumetrische radiatoren met lage traagheid gemaakt van aluminium of staal met een groot stralingsoppervlak.

Zelfgemaakte warmtepompopties worden het meest geschikt beschouwd als hulpapparatuur die de werking van de hoofdbron ondersteunt en aanvult.

Elk jaar worden de ontwerpen van warmtepompen verbeterd. Industriële ontwerpen bedoeld voor huishoudelijk gebruik maken gebruik van efficiëntere warmteoverdrachtsoppervlakken. Als gevolg hiervan nemen de systeemprestaties voortdurend toe.

Een belangrijke factor die de ontwikkeling van dergelijke technologie voor de productie van thermische energie stimuleert, is de milieucomponent. Dergelijke systemen zijn niet alleen behoorlijk effectief, maar vervuilen het milieu ook niet. De afwezigheid van open vuur maakt de werking ervan absoluut veilig.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Video #1. Hoe maak je een eenvoudige zelfgemaakte warmtepomp met een warmtewisselaar van PEX-buizen:

Video #2. Vervolg van de instructie:

Warmtepompen worden al geruime tijd gebruikt als alternatief verwarmingssysteem.Deze systemen zijn betrouwbaar, hebben een lange levensduur en, belangrijker nog, zijn milieuvriendelijk. Ze beginnen serieus te worden beschouwd als de volgende stap in de richting van de ontwikkeling van efficiënte en veilige verwarmingssystemen.

Wilt u een vraag stellen of vertellen over een interessante manier om een ​​warmtepomp te bouwen die niet in het artikel vermeld staat? Schrijf opmerkingen in het onderstaande blok.