Come realizzare una pompa di calore aria-acqua: schemi del dispositivo e autoassemblaggio
A causa del costante aumento del costo dei fluidi di riscaldamento, stanno diventando sempre più richiesti metodi di riscaldamento alternativi.Ad esempio, una pratica pompa di calore aria-acqua che utilizza l'energia dell'aria per il riscaldamento. L'installazione non richiede materiali di consumo costosi, è facile da usare e sicura.
A causa del prezzo considerevole dell'assemblaggio in fabbrica dell'unità, molte persone sono interessate a costruire autonomamente questo sistema. Ti diremo di cosa avrà bisogno un artigiano domestico per costruire una pompa di calore fatta in casa. Qui scoprirai di quale attrezzatura tecnica dovresti fare scorta.
Il contenuto dell'articolo:
- Caratteristiche del sistema termico aria-acqua
- Realizzazione di una pompa di calore aria-acqua
- Assemblaggio dell'unità esterna
- Blocco con scambiatore di calore-evaporatore
- Regole di installazione del compressore
- Progettazione di un serbatoio di accumulo (condensatore)
- Collegamento dell'unità esterna all'evaporatore
- Collegamento di evaporatore, compressore e serbatoio
- Implementazione di sistemi di controllo degli impianti
- Calcolo della potenza della pompa di calore aria-acqua
- Manutenzione di un'installazione fatta in casa
- Conclusioni e video utile sull'argomento
Caratteristiche del sistema termico aria-acqua
La pompa di calore a cui è dedicato questo articolo, a differenza di altre modifiche di un dispositivo simile (in particolare, acqua-acqua e suolo-acqua), presenta una serie di vantaggi:
- risparmia elettricità;
- l'installazione non richiederà lavori di scavo su larga scala, perforazione di pozzi o ottenimento di permessi speciali;
- Collegando l'impianto ai pannelli solari potrete garantirne la completa autonomia.
Un vantaggio significativo di un sistema termico che estrae l’energia eolica e la trasferisce all’acqua è la sua sicurezza ambientale al 100%.
Prima di iniziare a progettare una pompa, è necessario scoprire in quali casi il sistema è più efficace e quando il suo utilizzo è inappropriato.
Specifiche di applicazione e funzionamento
La pompa di calore funziona in modo produttivo esclusivamente nell'intervallo di temperature da -5 a +7 gradi. A una temperatura dell'aria di +7, il sistema genererà più calore del necessario e a temperature inferiori a -5 non sarà sufficiente per il riscaldamento. Ciò è dovuto al fatto che il freon concentrato contenuto nella struttura bolle ad una temperatura di -55 gradi.
Teoricamente, il sistema può generare calore anche con gelo di 30 gradi, ma non sarà sufficiente per il riscaldamento, poiché la capacità di riscaldamento dipende direttamente dalla differenza tra il punto di ebollizione del refrigerante e la temperatura dell'aria.
Pertanto, questo sistema non sarà adatto per i residenti delle regioni settentrionali, dove il freddo arriva prima, ma nelle case delle regioni meridionali può servire efficacemente per diversi mesi freddi.
Se nella stanza sono installate batterie standard, la pompa di calore funzionerà in modo meno efficiente. Il dispositivo aria-acqua si combina al meglio con convettori e altri radiatori con una vasta area sistemi "pavimento caldo"., “pareti calde” di tipo acqua.
Inoltre, la stanza stessa deve essere ben isolata dall'esterno, disporre di finestre multicamera integrate che forniscano un migliore isolamento termico rispetto a quelle convenzionali in legno o plastica.
Fatti in casa Pompa di calore sarà in grado di riscaldare efficacemente case fino a 100 mq. m ed è garantita la produzione di una potenza di 5 kW. Dovrebbe essere chiaro che è impossibile riempire il freon con qualità sufficiente in una struttura creata in condizioni domestiche, quindi dovresti contare sul suo punto di ebollizione fino a -22 gradi.
Il dispositivo assemblato in casa è ideale per fornire calore a garage, serre, locali tecnici, piccola piscina privata ecc. Il sistema viene solitamente utilizzato come riscaldamento aggiuntivo.
Caldaia elettrica o comunque saranno necessarie altre attrezzature tradizionali per la stagione di riscaldamento. Durante le forti gelate (-15-30 gradi), si consiglia di spegnere la pompa di calore per evitare sprechi di energia elettrica, poiché durante questo periodo la sua efficienza non supera il 10%.
Principio di funzionamento del sistema
La sostanza di lavoro nella struttura è l'aria. Attraverso l'unità esterna, che è installata all'aperto, l'ossigeno entra nell'evaporatore attraverso i tubi, dove interagisce con il refrigerante.
Sotto l'influenza della temperatura, il freon diventa gassoso (poiché bolle a -55 gradi) ed entra nel compressore sotto pressione in forma riscaldata. Il dispositivo comprime il gas, aumentandone così la temperatura.
Il freon caldo entra nel circuito del serbatoio di accumulo (condensatore), dove il calore viene ceduto all'acqua, che può successivamente essere utilizzata per organizzare il riscaldamento e FGP. Nel condensatore il freon perde solo una parte del suo calore e si trova ancora allo stato gassoso.
Passando attraverso l'acceleratore, il refrigerante viene spruzzato, con conseguente diminuzione della sua temperatura. Il freon diventa liquido e in questa forma passa nell'evaporatore. Il ciclo si ripete.
Per chi vuole costruire il proprio Pompa di calore dai materiali di scarto e dalle attrezzature usate, ad esempio da un vecchio frigorifero, le informazioni contenute nel nostro articolo consigliato aiuteranno.
Realizzazione di una pompa di calore aria-acqua
Un sistema a pompa di calore è composto da quattro elementi principali:
- unità esterna;
- serbatoi scambiatori-evaporatori di calore;
- unità compressore;
- serbatoio di stoccaggio (condensatore).
Diamo un'occhiata alle caratteristiche di progettazione di ciascun blocco.
Assemblaggio dell'unità esterna
Per creare un blocco esterno avrai bisogno di:
- Telaio. Tradizionalmente, è adatta un'unità composta da un sistema split, una lavatrice o altre apparecchiature di grandi dimensioni; a volte la costruiscono da soli saldatura elementi metallici. Dopo il montaggio è importante trattare il metallo con vernice a polvere anticorrosione.
- Fan. Il prodotto può essere preso in prestito da una vecchia lavorazione sistemi di climatizzazione o acquistare separatamente.
Il modello di ventola dovrebbe avere pale larghe in plastica e, preferibilmente, con un motore staccabile in modo da poter essere collegato al sensore.
Nell'unità esterna è possibile installare un evaporatore ed elementi ausiliari per il suo funzionamento, ma è preferibile posizionare queste parti in un alloggiamento separato.
Installare l'unità esterna ad una distanza di 2-10 m dalla casa. È importante costruire una fondazione e installare una tettoia per proteggere la struttura dalle precipitazioni. È inoltre necessario fissare una griglia davanti alla ventola per evitare che sporco, detriti e foglie penetrino nelle pale e nei tubi della ventola.
Inoltre è consigliabile installare dei riscaldatori che proteggano le pareti ed i pannelli dalla formazione di ghiaccio.In questo caso non sarà necessario un ulteriore riscaldamento della custodia. Il luogo in cui installare l'unità deve essere ben ventilato e lontano da fonti di fuoco.
Blocco con scambiatore di calore-evaporatore
L'evaporatore può essere acquistato già pronto utilizzando i servizi dei fornitori online oppure puoi crearlo tu stesso. Per fare ciò, è necessario un serbatoio da 80 litri e un filo di rame con un diametro di 10 mm e uno spessore di almeno 1 mm.
La lunghezza viene calcolata individualmente tenendo conto della potenza richiesta. Per un dispositivo da 5 kW, puoi impiegare 10 m.Il freon verrà riscaldato e fatto circolare nell'evaporatore, così come il contatto con l'aria.
Per creare uno scambiatore di calore, è necessario costruire una serpentina. Per fare ciò, il filo viene avvolto attorno a un tubo a pareti spesse con un diametro non superiore alla larghezza del serbatoio. È importante lasciare tagli che sporgano oltre l'altezza del corpo. Saranno necessari per collegare la bobina ad altri elementi del sistema: il compressore e il serbatoio di stoccaggio.
Nel corpo vengono tagliati 2 raccordi per il collegamento delle tubazioni e vengono creati due connettori per l'uscita del filo. I collegamenti sono sigillati. La struttura finita viene fissata tramite staffe a L.
Si consiglia di installare inoltre un relè di sbrinamento sull'evaporatore, poiché l'aria circolerà nel serbatoio, la cui temperatura è negativa. In questo caso la condensa che si accumula nel sistema può causare il congelamento dell'evaporatore. Inoltre, per evitare la formazione di umidità, è possibile introdurre nel sistema un filtro deidratatore.
Regole di installazione del compressore
Per installare il compressore, sarà necessario un alloggiamento separato con isolamento acustico e antivibrazioni, poiché quasi tutte le modifiche del dispositivo sono rumorose durante il funzionamento. Puoi prendere un compressore usato da sotto il frigorifero, il condizionatore d'aria o acquistare un nuovo modello.
Per le pompe di calore sono adatti i seguenti tipi di compressori:
- Rotante i compressori sono i più economici, ma presentano una serie di svantaggi: sono rumorosi, hanno una bassa efficienza e durano 8-10 anni.
- Spirale le modifiche sono installate in tutti i moderni modelli di condizionatori e frigoriferi. Sono durevoli (15-20 anni), silenziosi, efficienti, ma costosi.
- Pistone i modelli sono installati principalmente su frigoriferi industriali. I prodotti hanno una buona efficienza, sono durevoli (15-20 anni), ma sono estremamente rumorosi e costosi.
Per una pompa di calore è necessario selezionare un compressore monofase. Prima dell'acquisto è importante scoprire con quale tipo di freon funziona il dispositivo. Si consiglia di acquistare un modello che funzioni con R22, preferibilmente con R422. Questo tipo di refrigerante è più facile da lavorare rispetto a qualsiasi altro tipo di freon.
Il compressore è collegato tramite tubi all'evaporatore e al condensatore. Grazie al dispositivo, il freon aumenta la sua temperatura.
Progettazione di un serbatoio di accumulo (condensatore)
Per realizzare un condensatore, avrai bisogno dell'alloggiamento di una caldaia da 100 litri o di qualsiasi altro serbatoio inossidabile dello stesso volume. È necessaria anche una bobina in tubo di rame. Una pompa da 5 kW può utilizzare 12 metri di cavo. Il freon caldo passerà attraverso il tubo della bobina, provocando il riscaldamento dell'acqua.
Passaggio 1: creazione di una bobina
Per realizzare una bobina avrai bisogno di filo di rame con un diametro di almeno 26 mm e uno spessore della parete di 1 mm. Deve essere avvolto su un tubo di sezione inferiore a quella del serbatoio.
L'altezza della spirale deve corrispondere all'altezza del corpo. È importante lasciare le uscite dei tubi all'esterno del serbatoio per poter collegare la batteria all'evaporatore e al compressore.
Passaggio n. 2: preparazione del caso
Per installare la bobina è necessario tagliare il serbatoio. Dovrai creare dei fori nella parte superiore e inferiore per le uscite del filo di rame e anche ritagliare scomparti aggiuntivi per l'installazione di 2 raccordi, uno dei quali è progettato per l'uscita dell'acqua e l'altro per il suo ingresso. Dopo queste procedure, il serbatoio deve essere sigillato.
Lo scambiatore-compressore può essere acquistato separatamente come struttura finita. Utilizzando un dispositivo assemblato in fabbrica è possibile aumentare la potenza e l'efficienza dell'impianto.
Collegamento dell'unità esterna all'evaporatore
Per collegare l'unità esterna e l'evaporatore saranno necessari 2 tubi in polietilene HDPE 32. L'aria passerà attraverso un tubo e uscirà attraverso un altro.
I tubi possono essere interrati nel terreno, previa aggiunta di eventuale materiale sabbioso nel fosso, oppure lasciati in superficie se l'involucro esterno si trova in prossimità dell'abitazione.
Collegamento di evaporatore, compressore e serbatoio
Il freon circola in questo sistema. Per collegare le bobine con compressore e valvola a farfalla, è necessario contattare gli specialisti della refrigerazione.Sarà difficile per una persona che non ha esperienza nei lavori di saldatura, anche se ha strumenti e materiali, collegare correttamente tutti gli elementi in un unico sistema per garantire il funzionamento della struttura.
Inoltre, saranno necessari molti materiali aggiuntivi: tubi di diverso diametro, varie modifiche rubinetti di scarico, valvole di sfiato aria, valvole di sicurezza, nonché fascette stringitubo, fascette, tagliatubi per tagliare tratti di tubazione.
Avrai bisogno anche di altri dispositivi specializzati disponibili in qualsiasi officina di riparazione di frigoriferi e condizionatori.
Anche l'iniezione di freon di alta qualità viene effettuata utilizzando attrezzature speciali. Pertanto, per combinare scambiatori di calore, compressore e acceleratore in un sistema funzionante, è più conveniente e redditizio rivolgersi ai professionisti.
Implementazione di sistemi di controllo degli impianti
Per monitorare la pressione e la temperatura del freon, è possibile utilizzare una scheda con display da sotto qualsiasi condizionatore d'aria. Durante il processo di saldatura, con l'aiuto di specialisti, il progetto può essere correttamente implementato nell'installazione.
È anche possibile collegare un dispositivo speciale: un sensore di rotazione della ventola. Regola la velocità di rotazione delle pale e automatizza anche la velocità della pompa di circolazione del freon.
Inoltre, puoi impostare un timer avviamento elettrico, un dispositivo che protegge il compressore dal surriscaldamento. Tutte queste parti possono essere acquistate presso officine di riparazione o aftermarket.
Calcolo della potenza della pompa di calore aria-acqua
Per riscaldare una stanza con una superficie di 100 mq. m richiederà una pompa di calore di maggiore potenza. È possibile calcolare approssimativamente la potenza di installazione richiesta utilizzando la tabella:
Per determinare quale potenza dovrebbe avere il compressore, quale diametro dovrebbero essere utilizzati i tubi e altri dati importanti quando si progetta una pompa di calore aria-acqua, è necessario utilizzare uno dei seguenti metodi:
- Utilizzare i calcolatori online pubblicati sui siti Web dei produttori di scambiatori di calore.
- Applicare il software CoolPack 1,46, Copeland.
- Invita uno specialista che effettuerà le misurazioni e i calcoli necessari.
Area della batteria del condensatore (PZK) può essere calcolato utilizzando la formula:
PZK = M/0,8DT,
dove M è la potenza dell'impianto in kW; 0,8 - coefficiente di conduttività termica al contatto con acqua e rame; DT è la differenza di temperatura tra l'aria in entrata e in uscita nel sistema.
I parametri della pompa di calore sopra indicati sono adatti per ambienti fino a 100 metri quadrati. metri. Potenza di installazione - 5 kW. Se acquisti scambiatori di calore speciali, è del tutto possibile aumentare la potenza dell'installazione a 10-15 kW.
Manutenzione di un'installazione fatta in casa
Per un funzionamento di alta qualità, la pompa di calore richiede una manutenzione aggiuntiva. Se si utilizza il dispositivo in inverno (dato che non è installato alcun riscaldamento aggiuntivo nell'alloggiamento), l'unità dovrà essere riscaldata periodicamente, poiché sulla sua superficie si formerà una crosta di ghiaccio.
Periodicamente è inoltre necessario:
- Pulire le pale del ventilatore dai detriti: foglie, polvere, sporco, neve, ecc.
- Lubrificare il compressore secondo le sue istruzioni.
- Cambiare l'olio nel compressore e nella ventola.
Inoltre, per il normale funzionamento del sistema, è necessario verificare regolarmente l'integrità della tubazione in rame, del cavo di alimentazione che alimenta il compressore, della ventola e di altri dispositivi.
Conclusioni e video utile sull'argomento
Il seguente video ti introdurrà al principio di funzionamento e progettazione di una pompa di calore che elabora l'energia eolica:
Una pompa di calore aria-acqua fatta in casa è uno dei dispositivi efficaci ed economici per il riscaldamento domestico aggiuntivo. Chiunque può creare e installare questo sistema.
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