Kaip pasigaminti oras-vanduo šilumos siurblį: prietaiso schemos ir savarankiškas surinkimas

Dėl reguliaraus šilumnešių kainų kilimo populiarėja alternatyvūs šildymo būdai. Pavyzdžiui, praktiškas oro-vandens šilumos siurblys, šildymui naudojantis oro energiją. Įrenginys nereikalauja brangių eksploatacinių medžiagų, patogus naudoti, saugus.

Dėl nemažos gamyklinės agregato kainos daugeliui kyla susidomėjimas pačiems susikonstruoti šią sistemą. Papasakosime, ko prireiks namų meistrui, norint pasigaminti naminį šilumos siurblį. Pas mus sužinosite, kokiomis techninėmis priemonėmis reikėtų apsirūpinti.

Oro-vandens šiluminės sistemos ypatybės

Šilumos siurblys, kuriam skiriamas šis straipsnis, skirtingai nei kiti panašaus įrenginio modifikacijos (ypač vanduo-vanduo ir gruntas-vanduo), pasižymi daugybe privalumų:

• taupo elektrą;
• montavimui nereikės didelių žemės darbų, gręžinių, specialių leidimų;
• jei sistemą prijungti prie saulės baterijų, galima užtikrinti visišką jos autonomiškumą.

Svarbus šiluminės sistemos, išgaunančios vėjo energiją ir perduodančios ją vandeniui, privalumas – visiška ekologinė sauga.

Prieš pradedant siurblio konstravimą, būtina išsiaiškinti, kokiais atvejais sistema veikia maksimaliai efektyviai, o kada jos naudojimas netikslingas.

Šilumos siurblio sistema, išgaunanti energiją iš oro masių, gali būti naudojama visų rūšių šilumnešiams, naudojamiems NVS teritorijoje, šildyti: vandens, oro, garo

Naudojimo ir veikimo specifika

Šilumos siurblys produktyviai veikia tik temperatūrų intervale nuo -5 iki +7 laipsnių. Kai oro temperatūra virš +7, sistema gamins daugiau šilumos, nei reikia, o kai žemiau -5 – nepakankamai šildymui. Taip yra dėl to, kad konstrukcijoje esantis koncentruotas freonas užverda esant -55 laipsnių temperatūrai.

Teoriškai sistema gali gaminti šilumą net ir esant 30 laipsnių šalčiui, tačiau jos nepakaks šildymui, nes šiluminė galia tiesiogiai priklauso nuo šaltnešio virimo temperatūros ir oro temperatūros skirtumo.

Todėl Šiaurės regionų, kur šalčiai prasideda anksčiau, gyventojams ši sistema netinka, o Pietų regionų namuose ji galės efektyviai tarnauti keletą šaltų mėnesių.

Jei patalpoje sumontuotos standartinės baterijos, šilumos siurblys veiks mažiau efektyviai. Geriausiai oro-vandens įrenginys dera su konvektoriais ir kitais radiatoriais, turinčiais didelį plotą, taip pat su „šiltų grindų“ sistemomis, vandens tipo „šiltomis sienomis“.

Taip pat pati patalpa turi būti gerai apšiltinta iš išorės, turėti įmontuotus daugiakamerinius langus, užtikrinančius geresnę šilumos izoliaciją nei įprasti mediniai ar plastikiniai.

Šilumos siurblys geriausiai sąveikauja su vandens „šiltų grindų“ sistema, nereikalaujančia šildymo terpės šildymo virš 40 – 45 °C

Naminis šilumos siurblys galės efektyviai šildyti namus, kurių plotas iki 100 kv. m, ir garantuotai tiekti 5 kW galią. Reikia suprasti, kad freono neįmanoma pakankamai kokybiškai užpildyti į buitinėmis sąlygomis pagamintą konstrukciją, todėl reikia tikėtis jo virimo temperatūros iki -22 laipsnių.

Naminio surinkimo įrenginys idealiai tiks tiekti šilumą garažui, šiltnamiui, pagalbinėms patalpoms, mažam privačiam baseinui ir kt. Sistema paprastai naudojama kaip papildomas šildymas.

Elektrinis katilas ar kitas tradicinis sezoninio šildymo įrenginys bet kuriuo atveju bus reikalingas. Esant dideliems šalčiams (-15-30 laipsnių) šilumos siurblį rekomenduojama išjungti, kad būtų išvengta elektros energijos švaistymo, nes šiuo laikotarpiu jo efektyvumas yra ne didesnis nei 10%.

Šilumos siurbliai tiekia pakankamą energijos kiekį vandens šildymui uždaruose privačiuose baseinuose (+)

Sistemos veikimo principas

Konstrukcijoje darbinė medžiaga yra oras. Per lauko bloką, montuojamą lauke, oras vamzdžiais patenka į garintuvą, kur sąveikauja su šaltnešiu.

Freonas veikiant temperatūrai tampa dujiniu (nes užverda esant -55 laipsniams) ir įkaitęs veikiamas slėgio patenka į kompresorių. Prietaisas suspaudžia dujas, taip padidindamas jų temperatūrą.

Karštas freonas patenka į akumuliacinio bako (kondensatoriaus) kontūrą, kur vyksta šilumos atidavimas vandeniui, kurį vėliau galima naudoti šildymui ir KV. Kondensatoriuje freonas netenka tik dalies savo šilumos ir vis dar yra dujinės būsenos.

Praeidamas pro droselį, šaltnešis išpurškiamas, dėl ko jo temperatūra sumažėja. Freonas tampa skystu ir tokiu pavidalu pereina į garintuvą. Ciklas kartojasi.

Paveiksle schematiškai parodytas elementaraus šilumos siurblio principo įgyvendinimas, kurį kompresorius ir plėtiklis padalina į du kontūrus – aukšto ir žemo slėgio.

Norintiems savarankiškai pasigaminti šilumos siurblį iš atliekų ir nebenaudojamos technikos, pavyzdžiui, iš seno šaldytuvo, padės informacija, išdėstyta mūsų rekomenduojamame straipsnyje.

Oro-vandens šilumos siurblio konstravimas

Šilumos siurblio sistemą sudaro keturi pagrindiniai elementai:

• lauko blokas;
• šilumokaičio garintuvo talpykla;
• kompresoriaus blokas;
• akumuliacinė talpykla (kondensatorius).

Apsvarstykime kiekvieno bloko konstravimo ypatumus.

Išorinio bloko surinkimas

Išoriniam blokui sukurti reikės:

• Korpusas. Tradiciškai tinka blokas iš po split sistemos, skalbimo mašinos, kitos didelės technikos; kartais pagaminamas savarankiškai suvirinant metalinius elementus. Svarbu po surinkimo apdoroti metalą antikoroziniais milteliniais dažais.
• Ventiliatorius. Prekę galima pasiskolinti iš senos veikiančios kondicionavimo sistemos arba įsigyti atskirai.

Ventiliatoriaus modelis turi turėti plačias plastikines mentis ir, pageidautina, atjungiamą variklį, kad būtų galima jį prijungti prie jutiklio.

Norint sumontuoti išorinį bloką, reikės korpuso ir ventiliatoriaus iš oro kondicionavimo sistemos. Apytiksliai bloko parametrai – 75x85x30 cm.

Į išorinį bloką galima įrengti garintuvą ir pagalbinius jo veikimo elementus, tačiau tikslingiau šias dalis patalpinti atskirame korpuse.

Išorinis blokas montuojamas 2-10 m atstumu nuo namo. Svarbu po juo pastatyti pamatą ir įrengti stogelį, kad apsaugotumėte konstrukciją nuo kritulių. Taip pat būtina pritvirtinti groteles prieš ventiliatorių, kad į ventiliatoriaus mentis ir vamzdžius nepatektų purvas, šiukšlės, lapai.

Papildomai patartina įrengti šildytuvus, apsaugančius šonines sieneles ir plokštes nuo apledėjimo. Tokiu atveju papildomo korpuso šildymo neprireiks. Bloko montavimo vieta turi būti gerai vėdinama, nutolusi nuo atviros ugnies šaltinių.

Blokas su šilumokaičiu-garintuvu

Garintuvą galima įsigyti jau paruoštą, pasinaudojus tiekėjų paslaugomis internete, arba pasigaminti pačiam. Tam prireiks 80 litrų talpos bako ir varinės vielos, kurios skersmuo 10 mm, o storis ne mažesnis nei 1 mm.

Ilgis apskaičiuojamas individualiai, atsižvelgiant į reikiamą galią. 5 kW įrenginiui galima paimti 10 m. Garintuve vyks freono šildymas ir cirkuliacija, taip pat kontaktas su oru.

Norint sukurti šilumokaitį, reikia sukonstruoti gyvatuką. Tam viela apvyniojama aplink storasienį vamzdį, kurio skersmuo neviršija bako pločio. Svarbu palikti galus, išsikišančius už korpuso aukščio. Jie prireiks gyvatuko sujungimui su kitais sistemos elementais – kompresoriumi ir akumuliaciniu baku.

Norint pagaminti gyvatuką, varinis vamzdelis, kurio sienelės apie 1 mm, apvyniojamas aplink dujų balioną, vamzdį arba vandeniu pripildytą plastikinį butelį.

Į korpusą įpjaunami 2 štuceriai vamzdynams prijungti, sukuriami du lizdai vielos išvedimui. Sujungimai sandarinami. Paruošta konstrukcija tvirtinama L formos kronšteinais.

Rekomenduojama papildomai ant garintuvo įrengti atitirpinimo relę, nes bake cirkuliuos neigiamos temperatūros oras. Tokiu atveju sistemoje susikaupęs kondensatas gali sukelti garintuvo apledėjimą. Taip pat, siekiant išvengti drėgmės susidarymo, į sistemą galima įdėti filtrą-džiovintuvą.

Kompresoriaus montavimo taisyklės

Kompresoriui sumontuoti reikės atskiro korpuso su garso ir vibracijos izoliacija, nes beveik visos įrenginio modifikacijos veikimo metu kelia triukšmą. Kompresorių galima paimti naudotą iš šaldytuvo, kondicionieriaus arba įsigyti naują modelį.

Šilumos siurbliams tinka šių tipų kompresoriai:

1. Rotoriniai kompresoriai yra patys nebrangiausi, tačiau turi nemažai trūkumų – kelia triukšmą, yra mažai efektyvūs ir tarnauja 8-10 metų.
2. Spiralinės modifikacijos yra montuojamos visuose šiuolaikiniuose kondicionierių, šaldytuvų modeliuose. Jos ilgaamžės (15–20 metų), tylios, efektyvios, tačiau brangios.
3. Stūmokliniai modeliai dažniausiai montuojami pramoniniuose šaldytuvuose. Jie pasižymi geru naudingumo koeficientu, ilgaamžiai (15–20 metų), tačiau labai triukšmingi ir brangūs.

Šilumos siurbliui reikia parinkti vienfazės modifikacijos kompresorių. Prieš perkant svarbu sužinoti, su kokiu freonu veikia įrenginys. Pageidautina įsigyti modelį, veikiantį su R22, geriau su R422. Su tokio tipo šaltnešiu dirbti lengviau nei su bet kuriuo kitu freonu.

Kompresorius vamzdeliais prijungiamas prie garintuvo ir kondensatoriaus bloko. Prietaiso dėka freonas padidina savo temperatūrą.

Akumuliacinės talpos (kondensatoriaus) konstravimas

Kondensatoriui pagaminti reikės 100 litrų boilerio korpuso arba bet kokios kitos nerūdijančios talpyklos tokios pačios talpos. Taip pat reikalinga ritė, pagaminta iš varinio vamzdelio. 5 kW galios siurbliui galima paimti 12 metrų varinį vamzdelį. Rite esančiu vamzdeliu tekės karštas freonas, dėl to vyksta vandens šildymas.

1 žingsnis: Ritės sukūrimas

Ritei pagaminti reikės varinio vamzdelio, kurio skersmuo ne mažesnis kaip 26 mm, o sienelės storis nuo 1 mm. Jį reikia apvynioti ant vamzdžio, kurio skerspjūvis mažesnis nei bako.

Ritės aukštis turi sutapti su korpuso aukščiu. Svarbu palikti vamzdelio išvadus už talpyklos ribų, kad būtų galima prijungti ritę prie garintuvo ir kompresoriaus.

2 žingsnis: Korpuso paruošimas

Ritei sumontuoti baką reikia perpjauti. Viršuje ir apačioje reikės padaryti skyles varinio vamzdelio išvadams, taip pat išpjauti papildomas angas 2 movų įrengimui, iš kurių viena skirta vandens išėjimui, o kita – jo įėjimui. Atlikus šias procedūras, baką reikia sandarinti.

Šilumokaitį-kompresorių galima įsigyti atskirai kaip paruoštą konstrukciją. Naudojant gamyklinio surinkimo įrenginį, galima padidinti įrenginio galią ir naudingumo koeficientą.

Šaltnešį su ženklu R22 pagal Monrealio nuostatus iki 2030 metų planuojama išimti iš apyvartos. Sistemos užpildymui geriau naudoti jo pakaitalą – šaltnešį R422

Išorinio bloko sujungimas su garintuvu

Lauko bloko ir garintuvo sujungimui reikės nutiesti 2 polietileno vamzdžius PND 32. Vienu vamzdžiu oras pateks, kitu – išeis.

Vamzdžius galima užkasti žemėje, prieš tai į griovį pripylus bet kokios smėlio medžiagos, arba palikti ant paviršiaus, jei lauko korpusas yra netoli namų.

Garintuvo, kompresoriaus ir bako sujungimas

Šioje sistemoje cirkuliuoja freonas. Norint prijungti gyvatukus su kompresoriumi ir droseliu, būtina kreiptis į šaldymo technikos specialistus. Žmogui, neturinčiam patirties litavimo darbuose, net ir turint įrankius bei medžiagas, bus sunku tinkamai sujungti visus elementus į vieną sistemą, kad būtų užtikrintas konstrukcijos veikimas.

Be to, reikės daug papildomų medžiagų – įvairių diametrų vamzdelių, skirtingų modifikacijų nutekamųjų čiaupų, oro išleidimo vožtuvų, apsauginių vožtuvų, taip pat vamzdžių spaustukų, gnybtų, vamzdžių pjaustytuvų vamzdyno ruožų pjaustymui.

Reikės ir kitų specializuotų prietaisų, kuriuos turi bet kuris šaldytuvų ir kondicionierių remonto dirbtuvė.

Kokybiškas freono siurbimas taip pat atliekamas naudojant specialią įrangą. Todėl norint sujungti šilumokaičius, kompresorių ir droselį į darbinę sistemą, patogiau ir naudingiau kreiptis į profesionalus.

Įrenginio valdymo sistemų diegimas

Freono slėgio ir temperatūros stebėjimui galima naudoti plokštę su ekranu iš bet kurio kondicionieriaus. Litavimo darbų metu, padedant specialistams, konstrukciją galima tinkamai integruoti į įrenginį.

Taip pat galima prijungti specialų įrenginį – ventiliatoriaus sukimosi jutiklį. Jis reguliuoja menčių sukimosi greitį, taip pat automatizuoja freono cirkuliacinio siurblio apsisukimus.

Papildomai galima įrengti laikmatį, elektrinį paleidiklį, įrenginį, apsaugantį kompresorių nuo perkaitimo. Visas šias detales galima įsigyti remonto dirbtuvėse arba atsarginių dalių rinkoje.

Oro-vandens šilumos siurblio galios skaičiavimas

Patalpoms, kurių plotas nuo 100 kv. m, šildyti reikės didesnės galios šilumos siurblio. Reikiamą įrenginio galią galima apytiksliai apskaičiuoti naudojantis lentele:

Lentelės duomenys padės apskaičiuoti gyvatuko plotą kuriant tam tikros galios įrenginį.

Norint nustatyti, kokios galios turi būti kompresorius, kokio diametro vamzdžius reikia naudoti ir kitus svarbius duomenis projektuojant oro-vandens šilumos siurblį, būtina pasirinkti vieną iš būdų:

• Naudotis internetiniais skaičiuotuvais, esančiais šilumokaičių gamintojų svetainėse.
• Pritaikyti programinę įrangą CoolPack 1,46, Copeland.
• Pakviesti specialistą, kuris atliks reikiamus matavimus ir skaičiavimus.

Kondensatoriaus gyvatuko plotą (PZK) galima apskaičiuoti pagal formulę:

PZK = M/0,8DT,

kur M – įrenginio galia kW; 0,8 – šilumos laidumo koeficientas, kai vanduo liečiasi su variu; DT – temperatūrų skirtumas tarp į sistemą patenkančio ir išeinančio oro.

Pirmiau nurodyti šilumos siurblio parametrai tinka patalpai iki 100 kv. metrų. Įrenginio galia – 5 kW. Jei įsigysite specialius šilumokaičius, galima padidinti įrenginio galią iki 10-15 kW.

Paveiksle pavaizduota sistema, kurioje šilumokaičiai, kompresorius, droselis yra sujungti viename bake. Konstrukcijoje naudojami gamykliniai šilumokaičiai (+)

Naminio įrenginio priežiūra

Kokybiškam darbui šilumos siurblys reikalauja papildomos priežiūros. Jei naudojate įrenginį žiemą (atsižvelgiant į tai, kad korpuse nėra įrengtas papildomas šildymas), periodiškai bloką teks atitirpinti, nes jo paviršiuje susidarys ledo sluoksnis.

Taip pat periodiškai būtina:

• Valyti ventiliatoriaus mentes nuo šiukšlių – lapų, dulkių, purvo, sniego ir pan.
• Atlikti kompresoriaus tepimą pagal jo instrukciją.
• Keisti alyvą kompresoriuje ir ventiliatoriuje.

Be to, normaliam sistemos funkcionavimui būtina reguliariai tikrinti varinio vamzdyno, maitinimo kabelio, tiekiančio kompresorių, ventiliatorių ir kitus įrenginius, vientisumą.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Su šilumos siurblio, perdirbančio vėjo energiją, veikimo principu ir įtaisu supažindins šis vaizdo įrašas:

Naminis šilumos siurblys oras-vanduo yra vienas efektyvių ir nebrangių įrenginių papildomam būsto šildymui. Šią sistemą gali pagaminti ir įrengti kiekvienas norintis.

Prašome rašyti komentarus žemiau esančiame bloke. Galbūt turite įdomių faktų ir nuotraukų straipsnio tema? Užduokite klausimus, dalinkitės savo nuomone ir naudingais patarimais svetainės lankytojams.