Hogyan készítsen hőszivattyút otthona fűtéséhez saját kezűleg: működési elv és összeszerelési rajzok

A hőszivattyúk első változatai csak részben tudták kielégíteni a hőenergia-szükségleteket. A modern típusok hatékonyabbak, és fűtési rendszerekben is alkalmazhatók. Éppen ezért sok háztulajdonos próbál saját kezűleg hőszivattyút telepíteni.

Bemutatjuk, hogyan válassza ki a hőszivattyú optimális típusát a telek geo-adatai alapján, ahol telepíteni tervezik. A cikk, amelyet megfontolásra ajánlunk, részletesen leírja a „zöld energia” hasznosítására szolgáló rendszerek működési elvét, felsorolja a különbségeket. Tanácsaink alapján Ön kétségkívül a hatékony típust fogja választani.

Az önálló mesteremberek számára bemutatjuk a hőszivattyú összeszerelésének technológiáját. A bemutatott információt szemléletes ábrák, fénykép-összeállítások és egy két részből álló részletes videó-útmutató egészíti ki.

Mi a hőszivattyú és hogyan működik?

A hőszivattyú kifejezés alatt bizonyos berendezések összességét értjük. Ennek a berendezésnek az alapvető funkciója a hőenergia összegyűjtése és eljuttatása a fogyasztóhoz. Ilyen energiaforrás lehet bármely test vagy közeg, amelynek hőmérséklete legalább +1 °C.

A környezetünkben bőven találhatók alacsony hőmérsékletű hőforrások. Ilyenek az ipari üzemek, a hő- és atomerőművek hulladékai, a szennyvíz stb. A hőszivattyúk házfűtési alkalmazásához három, önmagától megújuló természetes forrás szükséges – a levegő, a víz és a föld.

A hőszivattyúk „merítik” az energiát a környezetben rendszeresen zajló folyamatokból. E folyamatok soha nem állnak le, ezért a források az emberi mércével mérve kimeríthetetlennek számítanak.

A felsorolt három potenciális energiaszolgáltató közvetlenül kapcsolódik a napenergiához, amely a melegítés révén mozgásba hozza a levegőt és a szelet, valamint hőenergiát juttat a földbe. Éppen a forrás kiválasztása az az alapvető szempont, amely szerint a hőszivattyús rendszereket osztályozzák.

A hőszivattyúk működési elve azon a képességen alapul, hogy a testek vagy közegek képesek hőenergiát átadni más testnek vagy közegnek. A hőszivattyús rendszerekben az energia fogadói és szolgáltatói általában párban működnek.

Így a következő hőszivattyú-típusokat különböztetjük meg:

• Levegő – víz.
• Föld – víz.
• Víz – levegő.
• Víz – víz.
• Föld – levegő.
• Víz – víz
• Levegő – levegő.

Ekkor az első szó határozza meg a közeg típusát, amelytől a rendszer az alacsony hőmérsékletű hőt elvonja. A második megjelöli a hordozó fajtáját, amelynek ezt a hőenergiát átadja. Így a víz–víz hőszivattyúkban a hőt a vízi környezettől vonják el, és hőhordozóként folyadékot használnak.

A hőszivattyúk szerkezeti típusukat tekintve gőzkompressziós berendezések. A természetes forrásokból nyerik ki a hőt, feldolgozzák és eljuttatják a fogyasztókhoz (+).

A modern hőszivattyúk három fő hőenergia-forrást használnak. Ezek a talaj, a víz és a levegő. A legegyszerűbb ezek közül a levegős hőszivattyú. Az ilyen rendszerek népszerűsége meglehetősen egyszerű felépítésüknek és könnyű telepítésüknek köszönhető.

Az ilyen népszerűség ellenére ezek a változatok meglehetősen alacsony teljesítményt nyújtanak. Ráadásul a hatásfok instabil, és függ a hőmérsékleti rezsim szezonális ingadozásaitól.

A hőmérséklet csökkenésével teljesítményük jelentősen visszaesik. Az ilyen típusú hőszivattyúk kiegészítőként tekinthetők a meglévő fő hőenergia-forráshoz.

A talaj hőjét hasznosító berendezések változatai hatékonyabbnak számítanak. A talaj nemcsak a Naptól kap és tárol hőenergiát, hanem folyamatosan melíti a Föld magjának enrgiája is.

Vagyis a talaj egyfajta hőakkumulátor, amelynek teljesítménye gyakorlatilag korlátlan. Ráadásul a talaj hőmérséklete, különösen bizonyos mélységben, állandó, és csekély határok között ingadozik.

A hőszivattyúk által termelt enrgia alkalmazási területe:

A forrás hőmérsékletének állandósága fontos tényezője az ilyen típusú energetikai berendezések stabil és hatékony működésének. Hasonló jellemzőkkel rendelkeznek azok a rendszerek is, amelyekben a vízi környezet a hőenergia fő forrása. Az ilyen szivattyúk kollektorát vagy egy kútban helyezik el, ahol a víztartó rétegbe kerül, vagy egy víztömegben.

Az olyan források éves átlaghőmérséklete, mint a talaj és a víz, +7º és +12º C között változik. Ez a hőmérséklet bőven elegendő a rendszer hatékony működésének biztosításához.

A leghatékonyabbak a hőszivattyúk, amelyek a stabil hőmérsékletű forrásokból, azaz a vízből és a talajból nyerik a hőenergiát.

A hőszivattyúk szerkezetének fő elemei

Ahhoz, hogy az energiatermelő berendezés a hőszivattyú működési elve szerint működjön, a szerkezetében 4 fő alkatrésznek kell jelen lennie, ezek:

• Kompresszor.
• Párologtató.
• Kondenzátor.
• Fojtószelep.

A hőszivattyú szerkezetének fontos eleme a kompresszor. Fő funkciója a hűtőközeg forrása során keletkező gőzök nyomásának és hőmérsékletének növelése. A klímatechnikában és konkrétan a hőszivattyúkban modern spirálkompresszorokat alkalmaznak.

Munkaközegként, amely a hőenergia közvetlen átvitelét végzi, alacsony forráspontú folyadékokat használnak. Általában ammóniát és freonokat használnak (+)

Ezeket a kompresszorokat negatív hőmérsékleti üzemre tervezték. Más típusoktól eltérően a spirálkompresszorok kevés zajt termelnek, és működnek alacsony gázforrásponti hőmérsékleten, valamint magas kondenzációs hőmérsékleten is. Kétségtelen előnyük a kompakt méretük és a kis fajlagos tömegük.

Gyakorlatilag a hőszivattyú összenergiáját a hőenergia kívülrő belülre történő szállítása emészti fel. A rendszerek működésére körülbelül 1 energiaegységet fordítanak, miközben 4–6 egy séget termelnek (+)

A párologtató, mint szerkezeti elem, egy tárolót jelent, amlyben a folyékony hűtőközeg gőzzé álakul. A hűtőközeg a zárt körben keringve áthalad a párologtatón. Benne a hűtőközeg felmelegszik és gőzzé válik. A keletkező gőz alacsony nyomáson a kompresszor felé áramlik.

A kompresszorban a hűtőközeg gőzei nyomás hatásának vannak kitéve, és hőmérsékletük megnő. A kompresszor magas nyomáson átszívja a felmelegített gőzt a kondenzátor felé.

A kompresszor összenyomja a körben keringő kőzeget, aminek hatására hőmérsékléte és nyomása megnő. Ezután a sűrítet közeg a hőcserélőbe (kondenzátorba) érkezik, ahol lehűl, és átadja a hőt a víznek vagy a levegőnek.

A rendszer következő szerkezeti eleme – a kondenzátor. Feladata a hőenergia átadása a fűtési rendszer belső körének.

Az ipari vállalkozások által gyártott sorozati példányok lemezes hőcserélővel vannak felszereve. Az ilyen kondenzátorok fő anyaga ötvözött acél vagy réz.

A hőcserélő saját készítéséhez egy fél hüvelykes átmérőjű rézcső alkalmas. A hőcserélő készítéséhez használt csövek falvastagságának legalább 1 mm-nek kell lennie.

A termosztatikus vagy másnéven fojtószelep a hidraulikus kör azon szakaszának elejére van szerelve, ahol a nagy nyomású keringő közeg alacsony nyomású közeggé álakul. Pontosabban a fojtószelep a kompresszorral együtt két részre osztja a hőszívattyú körét: az egyiken magas nyomás paraméterek, a másikon – alacsonyak.

Amikor a zárt körben keringő folyadék áthalad a tágulási fojtószelepen, részben elpárolog, aminek következtében a nyomás a hőmérséklettel együtt csökken. Ezután a környezettel érintkező hőcserélőbe kerül. Ott felveszi a közeg energiáját, és visszaviszi a rendszerbe.

A fojtószelep segítségével szabályozható a hűtőközeg áramlása az elpárologtató felé. A szelep kiválasztásakor figyelembe kell venni a rendszer paramétereit. A szelepnek meg kell felelnie ezeknek a paramétereknek.

Amikor a hőszabályozó szelepen áthalad, a folyékony hőhordozó részben elpárolog, és az áramlás hőmérséklete csökken (+)

A hőszivattyú típusának kiválasztása

Ennek a fűtési rendszernek a fő mutatója a teljesítmény. A teljesítménytől függ elsősorban a berendezés vásárlásának pénzügyi költsége és az alacsony hőmérsékletű hőforrás kiválasztása. Minél nagyobb a hőszivattyús rendszer teljesítménye, annál magasabb az alkatrészek ára.

Elsősorban a kompresszor teljesítményére, a geotermikus szondák fúrásának mélységére vagy a vízszintes kollektor elhelyezésére szolgáló területre gondolunk. A helyes termodinamikai számítás ok egyfajta garanciát jelentenek arra, hogy a rendszer hatékonyan fog működni.

Ha a személyes telek mellett víztest található, a leginkább költséghatékony és termelékeny választás a víz-víz hőszivattyú lesz.

Elsőszőr meg kell vizsgálni a szivattyú felszerelésére tervezett telket. Ideális feltétel, ha ezen a telken víztest található. A víz-víz típusú változat használata jelentősen csökkenti a földmunkák mennyiségét.

Ezzel szemben a föld hőjének hasznosítása nagy mennyiségű talajkitermelési munkát igényel. Azok a rendszerek, amelyek alacsony potenciálú hőként a vizes közeg használnak, a leghatékonyabak.

A talajból hőenergiát kinyerő hőszivattyú berendezése jelentős mennyiségű földmunka elvégzését igényli. A kollektort a szezonális fagyhatár alá kell helyezni.

A talaj hőenergiája kétféleképpen hasznosítható. Az első módszer 100–168 mm átmérőjű fúrást igényel. Az ilyen kútak mélysége a rendszer paramétereitől függőven elérheti a 100 métert vag y többet.

Ezekbe a kutakba speciális szondákat helyeznek el. A második módszer esetén csövekből álló kollektort használnak. Ezt a kollektort a föld alatt, vízszintes síkban helyezik el. Ehhez a változathoz viszonylag nagy terület szükséges.

A kollektor fektetéséhez ideálisak a nedves talajú területek. Természetesen a fúrás drágább, mint a kollektor vízszintes elhelyezése. Azonban nem minden telken van szabad terület. A hőszivattyú teljesítményének kilowattjára 30–50 m² terület szükséges.

A hőenergia egy mély kúttal történő kinyerésére szolgáló létesítmény alig lehet olcsóbb, mint egy gödör ásása. De jelentős előnye a hely jelentős megtakarítása, ami fontos a kis telkek tulajdonosai számára.

Amennyiben a telken magasan fekvő talajvízszint van, a hőcserélők két, egymástól kb. 15 m távolságra lévő kútban helyezhetők el.

Az ilyen rendszerekben a hőenergia kinyerése a talajvíz zárt körben történő szivattyúzásával történik, amelynek részei a kutakban helyezkednek el. Az ilyen rendszer szűrő felszerelését és a hőcserélő időszakos tisztítását igényli.

A legegyszerűbb és legolcsóbb hőszivattyú-elrendezés a levegőből történő hőenergia-kinyerésen alapul. Egykor ez lett a hűtőszekrények alapja, később az elvei szerint fejlesztették ki a légkondicionálókat.

A legegyszerűbb hőszivattyús rendszer a levegőtömegből nyer energiát. Nyáron fűtésben, télen klimatizálásban vesz részt. A rendszer hátránya, hogy saját kivitelezésben az egység elégtelen teljesítményű.

A berendezés különböző típusainak hatékonysága nem egyforma. A legkisebb értékekkel a levegőközeget használó szivattyúk rendelkeznek. Ráadásul ezek az értékek közvetlenül függnek az időjárási körülményektől.

A talajvíz hőszivattyúk típusai stabil értékekkel rendelkeznek. Ezen rendszerek hatékonysági együtthatója 2,8–3,3 között változik. A legnagyobb hatékonysággal a víz-víz rendszerek rendelkeznek. Ez elsősorban a forrás hőmérsékletének stabilitásával függ össze.

Meg kell jegyezni, hogy minél mélyebben helyezkedik el a szivattyú kollektora a víztestben, annál stabilabb lesz a hőmérséklet. A rendszer 10 kW teljesítményének eléréséhez körülbelül 300 méter csővezeték szükséges.

A hőszivattyú munkájának hatékonyságát jellemző fő paraméter az átalakítási együttható. Minél magasabb az átalakítási együttható, annál hatékonyabbnak tekintik a hőszivattyút.

A hőszivattyú átalakítási együtthatója a hőáram és a kompresszor működtetéséhez felhasznált elektromos teljesítmény arányában fejeződik ki.

A hőszivattyú összeszerelése saját erőből

Ismerve a hőszivattyú működési elvét és felépítését, önállóan össze lehet szerelni és telepíteni egy alternatív fűtési rendszert. A munka megkezdése előtt ki kell számítani a jövőbeli rendszer összes alapvető paraméterét. A jövőbeli szivattyú paramétereinek kiszámításához használható a hűtőrendszerek optimalizálására szolgáló szoftver.

A legegyszerűbb kivitelezési lehetőség a levegő-víz rendszer. Ez nem igényel bonyolult munkálatokat a külső kör kiépítéséhez, ami a víz- és talajhőszivattyúkra jellemző. A telepítéshez csupán két csatornára van szükség, az egyiken keresztül a levegő beáramlik, a másikon pedig a távozó tömeg elvezetésre kerül.

A legegyszerűbb saját kezűleg hőszivattyút építeni, amely levegőből nyeri a hőt. Az utcára telepített ventilátor a levegőt a párologtatóhoz fújja.

A ventilátoron kívül szükség van egy megfelelő teljesítményű kompresszorra. Egy ilyen egységhez tökéletesen megfelel az a kompresszor, amivel a hagyományos split-rendszereket szerelik. Nem szükséges új egységet vásárolni.

Le lehet venni egy régi berendezésről, vagy használni lehet egy régi hűtőszekrény alkatrészeit. Célszerű a spirális változatot alkalmazni. Ezek a kompresszortípusok a megfelelő hatékonyság mellett magas nyomást is létrehoznak, ami biztosítja a hőmérséklet emelkedését.

A kondenzátor kialakításához szükség lesz egy tartályra és egy rézcsőre. A csőből tekercset készítenek. Elkészítéséhez bármilyen megfelelő átmérőjű hengeres test használható. Erre rátekerve a rézcsövet könnyen és gyorsan elkészíthető ez a szerkezeti elem.

A kész tekercset egy előre kettévágott tartályba szerelik. A tartály készítéséhez érdemes korrózióálló anyagokat használni. Miután a tekercset elhelyezték, a tartályfeleket összehegesztik.

A tekercs felületét a következő képlettel számítják ki:

MT/0,8 RT,

ahol:

• MT – a rendszer által leadott hőenergia teljesítménye.
• 0,8 – a víz és a tekercs anyaga közötti hővezetési együttható.
• RT – a belépő és kilépő víz hőmérsékletének különbsége.

Amikor rézcsövet választunk a tekercs saját készítéséhez, figyelni kell a falvastagságra. Ennek legalább 1 mm-nek kell lennie. Ellenkező esetben a cső a feltekercseléskor deformálódik. A csövet, amelyen keresztül a hűtőközeg belép, a tartály felső részében helyezik el.

A rézcsőből készült hőcserélő úgy készül, hogy a rézcsövet egy henger alakú tárgyra tekerik. Minél nagyobb a tekercs felülete, annál nagyobb a szivattyú teljesítménye.

A hőszivattyú elpárologtatóját két változatban lehet elkészíteni – olyan tartály formájában, amelyben egy tekercs található, valamint cső a csőben kivitelben. Mivel az elpárologtatóban lévő folyadék hőmérséklete alacsony, a tartály készülhet műanyag hordóból. Ebbe a tartályba kerül a rézcsőből készült kör.

A kondenzátortól eltérően az elpárologtató tekercsének spiráljának meg kell egyeznie a kiválasztott tartály átmérőjével és magasságával. Az elpárologtató második változata: cső a csőben. Ebben a változatban a hűtőközeggel töltött cső egy nagyobb átmérőjű műanyag csőben helyezkedik el, amelyen keresztül víz cirkulál.

Az ilyen cső hossza a szivattyú tervezett teljesítményétől függ. Hossza 25 és 40 méter között lehet. Az ilyen csövet spirálba tekerik.

A termosztatikus tágulási szelep a záró- és szabályozó csővezeték-szerelvények közé tartozik. A TRV-ben (termostatikus tágulási szelep) záróelemként egy tű szolgál. A szelep záróelemének helyzetét az elpárologtató hőmérséklete határozza meg.

Ez a rendszer fontos eleme meglehetősen bonyolult szerkezettel rendelkezik. A következő alkatrészekből áll:

• Termoelem.
• Membrán.
• Kapilláris cső.
• Termoballon.

Ezek az alkatrészek magas hőmérséklet hatására tönkremehetnek. Ezért a rendszer forrasztása során a szelepet azbesztszövettel kell szigetelni. A szabályozószelepnek meg kell felelnie az elpárologtató teljesítményének.

Az alapvető szerkezeti részek elkészítése után eljön a teljes szerkezet egyetlen egységbe történő összeszerelésének felelősségteljes pillanata. A legkritikusabb lépés a hűtőközeg vagy hőhordozó közeg rendszerbe történő betöltésének folyamata.

Egy ilyen művelet önálló elvégzése valószínűleg meghaladja az átlagember képességeit. Itt olyan szakemberekhez kell fordulni, akik klímaberendezések javításával és karbantartásával foglalkoznak.

Az ezen a területen dolgozóknak általában rendelkezésükre áll a szükséges felszerelés. A hűtőközeg feltöltése mellett tesztelni is tudják a rendszer működését. A hűtőközeg önálló betöltése nemcsak a berendezés meghibásodásához, hanem súlyos sérülésekhez is vezethet. Ezenkívül a rendszer elindításához is speciális eszközökre van szükség.

A rendszer indításakor csúcsterhelés lép fel, amely általában körülbelül 40 A. Éppen ezért a rendszer indítása indítórelé nélkül lehetetlen. Az első indítás után szükség van a szelep és a hűtőközeg nyomásának beállítására.

A hűtőközeg kiválasztását teljes komolysággal kell kezelni. Hiszen ez az anyag tekinthető lényegében a hasznos hőenergia fő “hordozójának”. A jelenlegi modern hűtőközegek közül a freonok a legnépszerűbbek. Ezek szénhidrogén-vegyületek származékai, amelyekben a szénatomok egy részét más elemek helyettesítik.

A hőszivattyú egyes elemeinek összeszerelése eredményeként egy zárt körnek kell kialakulnia, amelyben a munkaközeg cirkulál.

E munkálatok elvégzése eredményeként egy zárt körű rendszer jött létre. Ebben a hűtőközeg fog cirkulálni, biztosítva a hőenergia elvételét és átvitelét az elpárologtatótól a kondenzátorhoz. A hőszivattyúk házi hőellátó rendszerhez való csatlakoztatásakor figyelembe kell venni, hogy a kondenzátorból kilépő víz hőmérséklete nem haladja meg az 50 – 60 fokot.

A hőszivattyú által termelt hőenergia alacsony hőmérséklete miatt hőfogyasztóként speciális fűtőberendezéseket kell választani. Ez lehet padlófűtés vagy nagy felületű, alacsony hőtehetetlenségű alumínium vagy acél radiátorok.

A hőszivattyúk házilag készített változatait leginkább segédberendezésként érdemes tekinteni, amely támogatja és kiegészíti a fő forrás munkáját.

A hőszivattyúk konstrukciói évről évre fejlődnek. A háztartási használatra szánt ipari mintákban hatékonyabb hőátadó felületeket használnak. Ennek eredményeként a rendszerek teljesítménye folyamatosan nő.

Nem elhanyagolható tényező, amely az ilyen hőenergia-termelési technológia fejlődését ösztönzi, a környezetvédelmi szempont. Az ilyen rendszerek amellett, hogy meglehetősen hatékonyak, nem szennyezik a környezetet. A nyílt láng hiánya teljesen biztonságossá teszi a működését.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

Videó #1. Hogyan készítsünk egyszerű házilag készített hőszivattyút PEX csőből készült hőcserélővel:

Videó #2. Az utasítás folytatása:

A hőszivattyúkat már régóta használják alternatív fűtési rendszerként. Ezek a rendszerek megbízhatóak, hosszú élettartamúak, és ami nem elhanyagolható, környezetbarátok. Komolyan elkezdik tekinteni őket a hatékony és biztonságos fűtési rendszerek fejlődésének következő lépéseként.

Szeretne feltenni egy kérdést, vagy elmesélni egy érdekes, a cikkben nem említett hőszivattyú-építési módot? Kérem, írja meg megjegyzéseit az alább található blokkban.