Kako napraviti dizalicu topline zrak-voda: sheme uređaja i samostalna montaža

Zbog redovitog povećanja cijene energenata, tražene postaju alternativne metode grijanja. Na primjer, praktična toplinska pumpa zrak-voda, koja koristi energiju zraka za grijanje. Instalacija ne zahtijeva skupe potrošne materijale, laka je za korištenje i sigurna.

Zbog visoke cijene tvorničke montaže agregata, mnogi su zainteresirani za samostalnu izgradnju ovog sustava. Reći ćemo vam što je potrebno kućnom majstoru za izradu vlastite toplinske pumpe. Kod nas ćete saznati kojim tehničkim sredstvima se trebate opskrbiti.

Značajke toplinskog sustava zrak-voda

Toplinska pumpa kojoj je posvećen ovaj članak, za razliku od drugih modifikacija sličnog uređaja (posebno voda-voda i tlo-voda), ima niz prednosti:

• štedi električnu energiju;
• za instalaciju nisu potrebni veliki zemljani radovi, bušenje bunara, dobivanje posebnih dozvola;
• ako se sustav spoji na solarne panele, može se osigurati njegova potpuna autonomija.

Važna prednost toplinskog sustava koji izvlači energiju vjetra i prenosi je vodi je stopostotna ekološka sigurnost.

Prije nego što krenete s konstruiranjem pumpe, potrebno je utvrditi u kojim slučajevima sustav pokazuje maksimalnu učinkovitost, a kada je njegova upotreba neisplativa.

Toplinski pumpni sustav koji izvlači energiju iz zračne mase može se koristiti za zagrijavanje svih vrsta energenata koji se koriste na području ZND-a: vode, zraka, pare

Specifičnost primjene i rada

Toplinska pumpa produktivno radi isključivo u temperaturnom rasponu od -5 do +7 stupnjeva. Pri temperaturi zraka od +7 sustav će proizvoditi više topline nego što je potrebno, a pri vrijednosti ispod -5 – nedovoljno za grijanje. To je povezano s činjenicom da koncentrirani freon u konstrukciji ključa na temperaturi od -55 stupnjeva.

Teoretski, sustav može proizvoditi toplinu i pri 30-stupnjevom mrazu, ali to neće biti dovoljno za grijanje, jer toplinski učinak izravno ovisi o razlici temperature vrenja rashladnog sredstva i temperature zraka.

Stoga stanovnicima sjevernih regija, gdje hladnoća nastupa ranije, ovaj sustav neće odgovarati, dok će u kućama južnih područja moći učinkovito poslužiti nekoliko hladnih mjeseci.

Ako su u prostoriji ugrađeni standardni radijatori, toplinska pumpa radit će manje učinkovito. Najbolje se uređaj zrak-voda slaže s konvektorima i ostalim radijatorima velike površine, te s sustavima «topli pod», «topli zidovi» vodenog tipa.

Također, sama prostorija mora biti dobro izolirana s vanjske strane, imati ugrađene višekomorne prozore koji pružaju bolju toplinsku izolaciju nego obični drveni ili plastični.

Toplinska pumpa najbolje surađuje s vodenim sustavom «topli pod», koji ne zahtijeva zagrijavanje medija za prijenos topline iznad 40 – 45º C

Kućno izrađena toplinska pumpa moći će učinkovito grijati kuće površine do 100 m² i zajamčeno davati snagu od 5 kW. Treba razumjeti da freon nije moguće dovoljno kvalitetno napuniti u konstrukciju izrađenu u kućnim uvjetima, stoga treba računati na temperaturu vrenja do -22 stupnja.

Uređaj sastavljen kod kuće idealno će poslužiti za opskrbu toplinom garaže, staklenika, pomoćnih prostorija, manjeg privatnog bazena i sl. Sustav se obično koristi kao dodatno grijanje.

Električni kotao ili druga tradicionalna oprema za sezonu grijanja bit će potrebna u svakom slučaju. Tijekom jakih mrazova (-15-30 stupnjeva) preporučuje se isključiti toplinsku crpku kako bi se izbjeglo rasipanje električne energije, jer u tom razdoblju njezina učinkovitost iznosi najviše 10%.

Toplinske crpke isporučuju dovoljnu količinu energije za grijanje vode u zatvorenim privatnim bazenima (+)

Princip rada sustava

Radna tvar u konstrukciji je zrak. Kroz vanjsku jedinicu koja se postavlja vani, kisik kroz cijevi ulazi u isparivač, gdje stupa u interakciju s rashladnim sredstvom.

Freon pod djelovanjem temperature postaje plinovit (jer vrije na -55 stupnjeva) i u zagrijanom stanju pod tlakom ulazi u kompresor. Uređaj sabija plin, time povećavajući njegovu temperaturu.

Vrući freon ulazi u krug spremnika (kondenzatora), gdje se predaje toplina vodi, koja se kasnije može koristiti za organizaciju grijanja i PTV. U kondenzatoru freon gubi samo dio svoje topline i još uvijek je u plinovitom stanju.

Prolazeći kroz prigušnicu, rashladno sredstvo se raspršuje, što rezultira sniženjem njegove temperature. Freon postaje tekuć i u takvom obliku prelazi u isparivač. Ciklus se ponavlja.

Na slici je shematski prikazana realizacija principa elementarne toplinske crpke, podijeljene kompresorom i ekspanderom na dva kruga – visokog i niskog tlaka.

Onima koji žele samostalno izraditi toplinsku crpku od otpadnih materijala i istrošene opreme, na primjer, iz starog hladnjaka, pomoći će informacije navedene u članku koji preporučujemo.

Izgradnja toplinske pumpe zrak-voda

Sustav toplinske crpke sastoji se od četiri osnovna elementa:

• vanjske jedinice;
• spremnika izmjenjivača topline-isparivača;
• bloka za kompresor;
• spremnika (kondenzatora).

Razmotrimo značajke konstruiranja svakog od blokova.

Montaža vanjske jedinice

Za izradu vanjske jedinice bit će potrebno:

• Kućište. Tradicionalno odgovara blok iz split-sustava, perilice rublja, druge glomazne opreme, ponekad se izrađuju samostalno putem zavarivanja metalnih elemenata. Važno je nakon sastavljanja obraditi metal antikorozivnom bojom praškastog tipa.
• Ventilator. Proizvod se može posuditi iz starog radnog sustava klimatizacije ili kupiti zasebno.

Model ventilatora mora imati široke plastične lopatice i, po mogućnosti, s odvojivim motorom, kako bi se omogućilo njegovo povezivanje sa senzorom.

Za sastavljanje vanjskog bloka bit će potrebno kućište i ventilator iz sustava klimatizacije. Okvirni parametri bloka – 75x85x30 cm

U vanjski blok može se ugraditi isparivač i pomoćni elementi za njegov rad, ali je svrsishodnije te dijelove smjestiti u zasebno kućište.

Vanjski blok se postavlja na udaljenosti od 2-10 m od kuće. Važno je izgraditi temelj ispod njega i postaviti nadstrešnicu kako bi se konstrukcija zaštitila od oborina. Također je potrebno učvrstiti rešetku ispred ventilatora kako bi se spriječilo dospijeće prljavštine, otpada, lišća u lopatice ventilatora i cijevi.

Dodatno je preporučljivo ugraditi grijače koji štite bočne strane i ploče od zaleđivanja. U tom slučaju dodatno zagrijavanje kućišta neće biti potrebno. Mjesto za ugradnju bloka treba biti dobro ventilirano, smješteno podalje od izvora otvorenog plamena.

Blok s izmjenjivačem topline-isparivačem

Isparivač se može nabaviti u gotovom obliku, koristeći usluge dobavljača na mreži, ili ga izraditi samostalno. Za to će trebati 80-litreni spremnik i bakrena žica promjera 10 mm i debljine najmanje 1 mm.

Duljina se izračunava individualno uzimajući u obzir potrebnu snagu. Za uređaj od 5 kW može se uzeti 10 m. U isparivaču će se odvijati zagrijavanje i cirkulacija freona, te kontakt sa zrakom.

Za izradu izmjenjivača topline potrebno je konstruirati zavojnicu. Za to se žica omotava oko debelostijene cijevi promjera koji ne prelazi širinu spremnika. Važno je ostaviti krajeve koji strše iznad visine kućišta. Oni će biti potrebni za spajanje zavojnice s drugim elementima sustava – kompresorom i akumulacijskim spremnikom.

Za izradu zavojnice, bakrenu cijev sa stjenkama debljine oko 1 mm omotavaju oko plinske boce, cijevi ili plastične boce napunjene vodom

U kućište se urezuju 2 priključka za spajanje cjevovoda, izrađuju se dva priključka za izlaz žice. Spojevi se brtve. Gotova konstrukcija se učvršćuje pomoću L-nosača.

Preporučuje se dodatno ugraditi na isparivač relej za odmrzavanje, budući da će u spremniku biti cirkulacija zraka čija je temperatura negativna. U tom slučaju kondenzat koji se nakuplja u sustavu može dovesti do zaleđivanja isparivača. Također, kako bi se isključilo stvaranje vlage, u sustav se može ugraditi filter-sušilac.

Pravila ugradnje kompresora

Za ugradnju kompresora bit će potrebno zasebno kućište sa zvučnom i vibracijskom izolacijom, budući da gotovo sve modifikacije uređaja buče tijekom rada. Kompresor se može uzeti rabljeni iz hladnjaka, klima uređaja ili kupiti novi model.

Za dizalice topline prikladne su sljedeće vrste kompresora:

1. Rotacijski kompresori su najjeftiniji, ali imaju niz nedostataka – buče, imaju malu učinkovitost i traju 8-10 godina.
2. Spiralne modifikacije ugrađuju se u sve moderne modele klima uređaja i hladnjaka. Izdržljive su (15-20 godina), tihe, učinkovite, ali se odlikuju visokom cijenom.
3. Klipne modele uglavnom ugrađuju u industrijske hladnjake. Proizvodi imaju dobar stupanj djelovanja, izdržljivi su (15-20 godina), ali iznimno su bučni i skupi.

Za toplinsku pumpu potrebno je odabrati kompresor jednofazne modifikacije. Prije kupnje važno je saznati s kojom vrstom freona urěđaj radi. Poželjno je nabaviti model koji radi na R22, bolje na R422. S ovom vrstom rashladnog sredstva lakše je raditi nego s bilo kojom drugom vrstom freona.

Kompresor se cijevima spaja na blok isparivača i kondenzatora. Zahvaljujući urěđaju, freon povećava svoju temperaturu.

Konstrukcija spremnika (kondenzatora)

Za izradu kondenzatora bit će potrebno kućište iz 100-litrenog bojlera ili bilo koji drugi spremnik od nehrđajućeg čelika istog volumena. Takoder je potreban svitak izrađen od bakrene cijevi. Za pumpu snage 5 kW može se uzeti cijev duljine 12 metara. Kroz cijev svitka prolazit će vrući freon, čime se zagrijava voda.

Korak br. 1: Izrada svitka

Za izradu svitka bit će potrebna bakrena žica promjera najmanje 26 mm i debljine stijenke od 1 mm. Potrebno ju je namotati na cijev koja ima manji presjek od spremnika.

Visina spirale mora odgovarati visini kućišta. Važno je ostaviti izlaze cijevi izvan spremnika kako bi se svitak mogao spojiti s isparivačem i kompresorom.

Korak br. 2: Priprema kućišta

Za ugradnju svitka potrebno je prerezati spremnik. Na vrhu i dnu potrebno je napraviti otvore za izlaze bakrene žice, te izrezati dodatne odjeljke za ugradnju 2 priključka, od kojih je jedan namijenjen za izlaz vode, a drugi za njezin ulaz. Nakon obavljenih postupaka spremnik je potrebno zabrtviti.

Izmjenjivač topline-kompresor može se kupiti zasebno kao gotova konstrakcija. Uz pomoć urěđaja tvorničke montaže može se povećati snaga i stupanj djelovanja instalacije.

Rashladno sredstvo s oznakom R22 prema Montrealskim odlukama planirno je povući iz upotrebe do 2030. godine. Za punjenje sustava bolje je koristiti njegovu zamjenu – rashladno sredstvo R422

Spajanje vanjske jedinice s isparivačem

Za spajanje vanjske jedinice i isparivača bit će potrebno provesti 2 polietilenske cijevi PEHD 32. Kroz jednu cijev zrak će prolaziti, kroz drugu – izlaziti.

Cijevi se mogu zakopati u zemlju, prethodno nasipavši u rov bilo koji pješčani materijal, ili ostaviti na površini ako se vanjsko kućište nalazi blizu kuće.

Spajanje isparivača, kompresora i spremnika

U ovom sustavu cirkulira freon. Za priključivanje zavojnica s kompresorom i prigušnim ventilom, potrebno je obratiti se stručnjacima za rashladnu tehniku. Osobi koja nema iskustva u lemljenju, čak i uz alate i materijale, bit će teško pravilno spojiti sve elemente u jedan sustav kako bi se osigurao rad konstrukcije.

Štoviše, bit će potrebno mnogo dodatnih materijala – cijevi različitih promjera, različitih modifikacija odvodnih ventila, ventila za odzračivanje, sigurnosnih ventila, te stezaljki za cijevi, obujmica, rezača cijevi za rezanje dijelova cjevovoda.

Trebat će i drugi specijalizirani uređaji koji su na raspolaganju u svakoj radionici za popravak hladnjaka i klima uređaja.

Kvalitetno punjenje freonom također se obavlja korištenjem posebne opreme. Stoga je za spajanje izmjenjivača topline, kompresora i prigušnog ventila u radni sustav praktičnije i isplativije obratiti se profesionalcima.

Uvođenje sustava upravljanja instalacijom

Za praćenje tlaka i temperature freona može se koristiti ploča sa zaslonom iz bilo kojeg klima uređaja. Tijekom lemljenja uz pomoć stručnjaka, konstrukcija se može pravilno ugraditi u uređaj.

Također je moguće spojiti poseban uređaj – senzor rotacije ventilatora. On regulira brzinu vrtnje lopatica te automatizira okretaje cirkulacijske pumpe freona.

Dodatno se može ugraditi mjerač vremena, elektropokretač, uređaj koji štiti kompresor od pregrijavanja. Svi ovi dijelovi mogu se nabaviti u servisnim radionicama ili na tržištu rezervnih dijelova.

Izračun snage toplinske pumpe zrak-voda

Za grijanje prostora površine od 100 m² bit će potrebna toplinska pumpa veće snage. Potrebna snaga uređaja može se približno izračunati pomoću tablice:

Podaci iz tablice pomoći će izračunati površinu zavojnice za izradu jedinice određene snage

Da bi se odredilo koju snagu treba imati kompresor, koje promjere cijevi koristiti i druge važne podatke pri konstruiranju toplinske pumpe zrak-voda, potrebno je primijeniti jedan od načina:

• Koristiti online kalkulatore objavljene na web stranicama proizvođača izmjenjivača topline.
• Primijeniti softver CoolPack 1,46, Copeland.
• Pozvati stručnjaka koji će izvršiti potrebna mjerenja i proračune.

Površina zavojnice kondenzatora (PZK) može se izračunati po formuli:

PZK = M/0,8DT,

gdje je M — snaga jedinice u kW; 0,8 — koeficijent toplinske vodljivosti pri kontaktu vode i bakra; DT — razlika temperature između ulaznog i izlaznog zraka u sustavu.

Gore navedeni parametri toplinske pumpe prikladni su za prostor do 100 četvornih metara. Snaga uređaja iznosi 5 kW. Ako se kupe posebni izmjenjivači topline, moguće je povećati snagu uređaja na 10-15 kW.

Na slici je prikazan sustav u kojem su izmjenjivači topline, kompresor i prigušnica ujedinjeni u jednom spremniku. U konstrukciji se koriste tvornički izmjenjivači topline (+)

Održavanje samogradne instalacije

Za kvalitetan rad toplinska pumpa zahtijeva dodatno održavanje. Ako se uređaj koristi zimi (uzimajući u obzir da u kućištu nije ugrađeno dodatno grijanje), povremeno će se blok morati zagrijavati jer će se na njegovoj površini stvarati ledeni sloj.

Također je potrebno povremeno:

• Čistiti lopatice ventilatora od otpada – lišća, prašine, prljavštine, snijega i sl.
• Podmazivati kompresor prema njegovim uputama.
• Mijenjati ulje u kompresoru i ventilatoru.

Osim toga, za normalno funkcioniranje sustava potrebno je redovito provjeravati cjelovitost bakrenog cjevovoda, napojnog kabela koji napaja kompresor, ventilator i druge uređaje.

Zaključci i koristan video na temu

S principom rada i uređajem toplinske pumpe koja pretvara energiju vjetra upoznat će vas sljedeći video:

Samogradna toplinska pumpa sustava zrak-voda jedno je od učinkovitih i jeftinih uređaja za dodatno grijanje stambenog prostora. Svatko tko želi može izraditi i instalirati ovaj sustav.

Pišite, molimo, komentare u donjem bloku. Možda imate zanimljive informacije i fotografije na temu članka? Postavite pitanja, podijelite vlastito mišljenje i korisne savjete za posjetitelje stranice.