ヒートポンプの最初のバージョンでは、熱エネルギーの需要を部分的にしか満たすことができませんでした。現代の品種はより効果的で、暖房システムに使用できます。そのため、多くの住宅所有者が自分の手でヒートポンプを取り付けようとしています。
ヒートポンプの設置予定地の地理データを考慮して、ヒートポンプに最適なオプションを選択する方法を説明します。検討のために提案された記事は、「グリーンエネルギー」を使用するためのシステムの動作原理を詳細に説明しており、相違点がリストされています。私たちのアドバイスに基づいて、あなたは間違いなく効果的なタイプに焦点を合わせるでしょう。
独立したマスターのために、ヒートポンプを組み立てる技術を紹介します。検討のために提示される情報は、視覚的な図、写真の選択、および詳細なビデオトレーニングの2つの部分で補足されます。
ヒートポンプとは何ですか。
ヒートポンプという用語は、特定の機器のセットを指します。この装置の主な機能は、熱エネルギーの収集と消費者への輸送です。そのようなエネルギーの供給源は、温度が+1.5度以上の任意の物体または媒体にすることができます。
私たちの環境には、低温熱源が十分にあります。これらは、企業、火力発電所、原子力発電所、下水などからの産業廃棄物です。家庭用暖房の分野でヒートポンプを操作するには、独立して復元された3つの自然源(空気、水、土地)が必要です。
ヒートポンプは、環境で定期的に発生するプロセスからエネルギーを「引き出し」ます。ソースは人間の基準によって無尽蔵であると認識されているため、プロセスは決して停止しません
リストされている3つの潜在的なエネルギーサプライヤーは、太陽のエネルギーに直接関連しています。太陽エネルギーは、加熱することで、空気を風に合わせて動かし、熱エネルギーを地球に伝達します。ヒートポンプシステムが分類される主な基準となるのは、熱源の選択です。
ヒートポンプの動作原理は、熱エネルギーを別の物体または媒体に伝達する物体または媒体の能力に基づいています。サーマルポンプシステムのエネルギーの受信者と供給者は通常、ペアで作業します。
したがって、次のタイプのヒートポンプを区別してください。
- 空気は水です。
- 地球は水です。
- 水は空気です。
- 水は水です。
- 地球は空気です。
- 水-水
- 空気は空気です。
この場合、最初の単語は、システムが低温熱を除去する媒体のタイプを定義します。 2番目は、この熱エネルギーが伝達されるキャリアのタイプを示します。したがって、ヒートポンプ水-水では、熱は水性媒体から取り出され、液体は熱媒体として使用されます。
設計によるヒートポンプは蒸気圧縮ユニットです。彼らは自然源から熱を抽出し、処理して消費者に輸送します(+)
最新のヒートポンプは、3つの主要な熱エネルギー源を使用しています。これは土、水、空気です。これらのオプションの最も単純なものは、空気ヒートポンプです。そのようなシステムの人気は、どちらかと言えば複雑ではない設計と設置の容易さによるものです。
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ヒートポンプの標準原理
外部空対空ヒートポンプユニット
さまざまな空対空ヒーター
地対水型水平蒸発器
地対空ポンプの受熱装置
地面で選択された溝の蒸発器
水対水ヒートポンプ用の水井戸
水エネルギーの水平レシーバー
しかし、そのような人気にもかかわらず、これらの品種はかなり低い生産性を持っています。さらに、効率は不安定であり、季節的な温度変動に依存します。
温度が下がると、パフォーマンスが大幅に低下します。ヒートポンプのこのようなオプションは、既存の主要な熱エネルギー源への追加として考えることができます。
地中熱を利用する装置の変形はより効率的であると考えられます。土壌は太陽からだけでなく、地球のコアのエネルギーによって常に加熱されている熱エネルギーを受け取り、蓄積します。
つまり、土壌は一種の熱電池であり、その力は事実上無制限です。さらに、特に特定の深さでの土壌の温度は一定であり、わずかに変化します。
ヒートポンプによって生成されるエネルギーの範囲:
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暖房および給湯用ヒートポンプ
空気暖房回路でのアプリケーション
床下暖房システム用の熱媒体準備
プール内の給湯器の熱設備
このタイプの電力機器を安定して効率的に動作させるには、ソース温度が一定であることが重要です。同様の特性は、水生環境が主な熱エネルギー源であるシステムにも備わっています。このようなポンプのコレクターは、帯水層内の井戸内、または貯水池内にあります。
土壌や水などの発生源の年間平均気温は+7ºから+12ºCまで変動します。この温度は、システムの効果的な動作を保証するのに十分です。
最も効果的なのは、安定した温度インジケータを持つ熱源から熱エネルギーを抽出するヒートポンプです。水と土から
ヒートポンプの主な構造要素
エネルギー生産ユニットがヒートポンプの動作原理に従って動作するためには、4つのメインユニットが設計に存在している必要があります。
- コンプレッサー。
- 蒸発器。
- コンデンサ。
- スロットルバルブ。
ヒートポンプの設計で重要な要素はコンプレッサーです。その主な機能は、冷媒の沸騰から生じる蒸気の圧力と温度を上げることです。特に気候技術とヒートポンプには、最新のスクロールコンプレッサーが使用されています。
作動流体としては、熱エネルギーを直接伝達するため、沸点の低い液体を使用しています。原則として、アンモニアとフレオンが使用されます(+)
このようなコンプレッサーは氷点下の温度での運転用に設計されています。他の品種とは異なり、スクロールコンプレッサーはノイズがほとんどなく、低ガス沸点と高い凝縮温度の両方で動作します。間違いない利点は、コンパクトなサイズと低比重です。
ヒートポンプのほとんどすべてのエネルギーは、部屋の外側から内側への熱エネルギーの輸送に費やされます。したがって、約1エネルギーユニットが、4〜6ユニットの生産におけるシステムの運用に費やされます(+)
構造要素としての蒸発器は、液体冷媒が蒸気に変換される容器です。閉回路を循環する冷媒は、蒸発器を通過します。その中で、冷媒は暖まり、蒸気になります。発生した低圧蒸気はコンプレッサーに向けられます。
コンプレッサーでは、冷媒蒸気が圧力にさらされ、その温度が上昇します。コンプレッサーは、加熱された蒸気を高圧下で凝縮器に送ります。
コンプレッサーは、回路に沿って循環する媒体を圧縮し、その結果、その温度と圧力が上昇します。次に、圧縮された媒体は熱交換器(コンデンサー)に入り、そこで冷却され、熱が水または空気に移動します。
システムの次の構造要素はコンデンサーです。その機能は、熱エネルギーを加熱システムの内部回路に伝達することです。
工業企業によって製造された連続サンプルには、プレート式熱交換器が装備されています。このようなコンデンサの主な材料は、合金鋼または銅です。
自作の熱交換器には、直径1/2インチの銅管が適しています。熱交換器の製造に使用されるパイプの壁の厚さは、少なくとも1 mmである必要があります
サーモスタットまたはその他の絞り弁は、循環する高圧媒体が低圧媒体に変換される油圧回路のその部分の最初に取り付けられます。より正確には、コンプレッサーとペアになっているスロットルは、ヒートポンプ回路を2つの部分に分割します。1つは高圧パラメーター、もう1つは低圧パラメーターです。
膨張絞り弁を通過するとき、閉回路を循環する流体は部分的に蒸発し、その結果、圧力は温度とともに低下します。次に、環境と通信する熱交換器に入ります。そこで、媒体のエネルギーを取得し、システムに戻します。
スロットルバルブは、蒸発器に向かう冷媒の流れを制御します。バルブを選択するときは、システムパラメータを考慮する必要があります。バルブはこれらのパラメータに準拠する必要があります。
ヒートコントロールバルブを通過すると、液体冷媒が部分的に蒸発し、流動温度が低下します(+)
ヒートポンプタイプの選択
この暖房システムの主な指標は電力です。まず第一に、設備の購入と低温熱源のいずれかを選択するための経済的コストは、容量に依存します。ヒートポンプシステムの出力が高いほど、構成部品のコストが高くなります。
まず、コンプレッサーの出力、地熱プローブ用の井戸の深さ、または水平コレクターを配置する領域を指します。正しい熱力学計算は、システムが効率的に機能することを保証する一種です。
個人用サイトの近くに池がある場合、最も費用対効果が高く生産的な選択肢は、水-水ヒートポンプです。
まず、ポンプの設置が計画されているエリアを検討する必要があります。理想的な状態は、このセクションに水域が存在することです。水対水タイプのオプションを使用すると、掘削作業の量が大幅に削減されます。
逆に、土地の熱を利用することは、発掘に関連する多くの作業を伴います。水環境を低品位の熱として使用するシステムが最も効率的であると考えられています。
土壌から熱エネルギーを抽出するヒートポンプの装置は、印象的な土工事を伴います。コレクターは季節の氷結のレベルの下に置かれます
土壌の熱エネルギーを利用する方法は2つあります。 1つ目は、直径100〜168 mmの井戸を掘削することです。そのような井戸の深さは、システムのパラメーターに応じて、100 m以上に達することがあります。
これらのウェルには特別なプローブが配置されています。 2番目の方法では、パイプマニホールドが使用されます。そのようなコレクターは水平面の地下に配置されます。このオプションでは、十分に広い領域が必要です。
コレクターを敷設するには、湿った土壌のあるエリアが理想的と見なされます。当然、井戸の掘削には、貯水池の水平位置よりもコストがかかります。ただし、すべての領域に空き領域があるわけではありません。 1 kWのヒートポンプ出力では、30〜50m²の面積が必要です。
1つの深い井戸から熱エネルギーを収集するための施設は、ピットを掘るよりもわずかに安くなる場合があります。しかし、重要なプラスは、スペースの大幅な節約です。これは、小規模な区画の所有者にとって重要です。
敷地内に地下水の高い地平線が存在する場合、熱交換器は、互いに約15 mの距離にある2つの井戸に配置できます。
一部が井戸内にある閉ループで地下水を汲み上げることによる、このようなシステムでの熱エネルギーの選択。このようなシステムでは、フィルターの設置と熱交換器の定期的な洗浄が必要です。
最も単純で安価なヒートポンプ回路は、空気からの熱エネルギーの抽出に基づいています。それが冷蔵庫の基礎になった後、その原理に従って、エアコンが開発されました。
最も単純なサーマルポンプシステムは、エアマスからエネルギーを受け取ります。彼女は夏には暖房に、冬にはエアコンに参加します。システムのマイナス点は、独立した実行では不十分な電力を持つユニットであることです
さまざまなタイプの機器の効果は同じではありません。最も低い指標は、空気を使用するポンプです。さらに、これらの指標は気象条件に直接依存しています。
ヒートポンプの土壌品種は、安定した性能を持っています。これらのシステムの効率係数は、2.8〜3.3の間で変化します。水-水システムが最も効果的です。これは主に熱源温度の安定性によるものです。
ポンプコレクターがリザーバー内に配置されているほど、温度が安定します。 10 kWのシステム容量を取得するには、約300メートルのパイプラインが必要です。
ヒートポンプの効率を特徴付ける主なパラメータは、その変換係数です。変換係数が高いほど、ヒートポンプの効率が高くなります。
ヒートポンプの変換係数は、熱流束と圧縮機に費やされる電力の比で表されます。
日曜大工のヒートポンプアセンブリ
ヒートポンプの動作の仕組みと装置を知っているので、代替の暖房システムを自分で組み立てて設置することはかなり可能です。作業を開始する前に、将来のシステムのすべての基本的なパラメータを計算する必要があります。将来のポンプのパラメータを計算するには、冷却システムを最適化するように設計されたソフトウェアを使用できます。
最も単純な建設オプションは、空気水システムです。ヒートポンプの水や土壌の種類に固有の外部回路のデバイスで複雑な作業を行う必要はありません。設置には2つのチャネルのみが必要で、1つは空気を供給し、もう1つは使用済みの質量を排出します。
それを自分で行う最も簡単な方法は、空気塊から吸熱するヒートポンプを配置することです。屋外ファンが蒸発器に空気を吹きます
ファンに加えて、必要なパワーのコンプレッサーを入手する必要があります。このようなユニットには、通常のスプリットシステムに搭載されているコンプレッサーが最適です。新しいユニットを購入する必要はありません。
古い機器から取り外したり、古い冷蔵庫の付属品を使用したりできます。スパイラル品種を使用することをお勧めします。これらのコンプレッサーオプションは、十分な効率があることに加えて、温度を上げる高圧を作り出します。
コンデンサを作成するには、静電容量と銅パイプが必要です。コイルはパイプから作られています。その製造のために、所望の直径の任意の円筒体が使用される。その上に銅パイプを巻くと、この構造要素を簡単かつ迅速に作成できます。
完成したコイルは、前もって半分に切った容器に取り付けられます。容器の製造には、腐食プロセスに耐性のある材料を使用する方が良いでしょう。その中にコイルを配置した後、タンクの半分が溶接されます。
コイル面積は、次の式を使用して計算されます。
MT / 0.8 RT、
どこ:
- MT -システムが生成する熱エネルギーの力。
- 0,8 -水とコイルの材料との相互作用中の熱伝導率。
- RT -入口と出口の水の温度の差。
コイルの自己生産用に銅パイプを選択する場合、壁の厚さに注意を払う必要があります。少なくとも1 mmである必要があります。さもないと、巻き取り時にパイプが変形します。冷媒の入口がタンクの上部にあるパイプ。
銅管熱交換器は、銅管を円筒状の物体に巻き付けることによって作成されます。コイルの表面積が大きいほど、ポンプ性能は高くなります
ヒートポンプ蒸発器は、コイルが配置されたコンテナの形と、パイプ内のパイプの形の2つのバージョンで作成できます。蒸発器内の液体の温度が低いため、プラスチックバレルで容量を作ることができます。この容量には、銅パイプで作られた回路が配置されます。
凝縮器とは異なり、蒸発器コイルのコイルは、選択したタンクの直径と高さに対応している必要があります。蒸発器の2番目のバリアント:パイプインパイプ。この実施形態では、冷媒パイプは、水が循環する大径のプラスチックパイプ内に配置されている。
このようなパイプの長さは、計画されているポンプ容量によって異なります。 25〜40メートルにすることができます。このようなパイプはコイル状です。
サーモスタット弁は締切りおよび制御管付属品を示します。ニードルは、膨張弁のロック要素として使用されます。バルブ遮断要素の位置は、蒸発器内の温度によって決まります。
システムのこの重要な要素は、かなり複雑な設計になっています。それはで構成されています:
- 熱電対。
- ダイヤフラム。
- 毛細管。
- 熱気球。
これらの要素は高温で使用できなくなる場合があります。したがって、システムのはんだ付け中は、バルブを石綿布で断熱する必要があります。制御弁は、蒸発器の容量と一致している必要があります。
主要な構造部品の製造作業を行った後、構造全体を1つのブロックに組み立てる決定的な瞬間が訪れます。最も重要なステップは、冷媒または冷却液をシステムに送り込むプロセスです。
独立してそのような操作を行うことは、単純な素人にとって手頃な価格ではありそうにありません。ここでは、HVAC機器の修理とメンテナンスに従事する専門家に依頼する必要があります。
このエリアの労働者は、原則として、必要な設備を持っています。冷媒の充填に加えて、システムをテストできます。冷媒の自己装填は、構造の破壊だけでなく、深刻な怪我につながる可能性があります。さらに、システムを起動するには特別な装置も必要です。
システムが始動すると、ピーク始動負荷が発生します。これは通常約40 Aです。したがって、始動リレーなしでシステムを始動することはできません。最初の始動後、バルブと冷媒圧力を調整する必要があります。
冷媒の選択は真剣に受け止められるべきです。結局のところ、本質的に有用な熱エネルギーの主要な「キャリア」と見なされているのはこの物質です。既存の最新の冷媒の中で、フレオンが最も人気があります。これらは、炭素原子の一部が他の元素で置き換えられた炭化水素化合物の誘導体です。
ヒートポンプの個々の要素のアセンブリの結果として、作動媒体が循環する閉ループが得られるはずです
これらの作業の結果として、閉ループシステムが得られました。冷媒はその中で循環し、蒸発器から凝縮器への熱エネルギーの選択と伝達を確実にします。ヒートポンプを家の暖房システムに接続するときは、凝縮器の出口の水の温度が50〜60度を超えないようにする必要があります。
ヒートポンプによって生成される熱エネルギーの温度が低いため、熱消費者として特殊な暖房器具を選択する必要があります。これは、暖かい床または大きな放射面積を持つアルミニウムまたは鋼でできた低慣性のラジエーターにすることができます。
自家製バージョンのヒートポンプは、主な熱源の仕事をサポートおよび補完する補助装置として検討するのに最も適しています。
ヒートポンプの設計は毎年改善されています。家庭用に設計された工業デザインは、より効率的な伝熱面を使用しています。その結果、システムのパフォーマンスは常に向上しています。
熱エネルギーの生産のためのそのような技術の開発を刺激する重要な要素は環境要素です。そのようなシステムは、非常に効果的であることに加えて、環境を汚染しません。裸火がないため、操作は完全に安全です。
ビデオ#1。 PEXパイプからの熱交換器を備えた最も簡単な自家製ヒートポンプを作成する方法:
ビデオ#2。ブリーフィングの続き:
ヒートポンプは、代替の暖房システムとして長い間使用されてきました。これらのシステムは信頼性が高く、耐用年数が長く、重要なことに環境に優しいシステムです。これらは、効率的で安全な暖房システムの開発に向けた次のステップとして真剣に検討され始めています。
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