Kā izgatavot gaisa-ūdens siltumsūkni: ierīces shēmas un pašrocīga montāža

Sakarā ar regulāru siltumnesēju izmaksu pieaugumu pieprasīti kļūst alternatīvi apkures veidi. Piemēram, praktisks siltumsūknis gaiss-ūdens, kas apsildei izmanto gaisa enerģiju. Iekārta neprasa dārgus palīgmateriālus, ir ērta ekspluatācijā un droša.

Sakarā ar rūpnīcā samontēta agregāta ievērojamo cenu daudziem rodas interese par šīs sistēmas pašrocīgu izbūvi. Mēs pastāstīsim, kas būs nepieciešams mājas meistaram, lai izveidotu paštaisītu siltumsūkni. Pie mums jūs uzzināsiet, kādi tehniskie līdzekļi būs jāiegādājas.

Gaiss-ūdens siltumsistēmas īpatnības

Siltumsūknis, kuram veltīts šis raksts, atšķirībā no citām līdzīgas ierīces modifikācijām (jo īpaši ūdens-ūdens un grunts-ūdens), piemīt vairākas priekšrocības:

• taupa elektrību;
• uzstādīšanai nebūs nepieciešami plaši zemes darbi, urbšana, īpašu atļauju saņemšana;
• ja sistēma tiek pieslēgta saules baterijām, tad var nodrošināt tās pilnīgu autonomiju.

Siltumsistēmas, kas iegūst enerģiju no vēja un nodod to ūdenim, būtiska priekšrocība ir simtprocentīga ekoloģiskā drošība.

Pirms ķerties pie sūkņa konstruēšanas, ir jānoskaidro, kādos gadījumos sistēma darbojas maksimāli efektīvi, bet kad tās izmantošana nav lietderīga.

Siltumsūkņu sistēma, kas iegūst enerģiju no gaisa masām, var tikt izmantota visu veidu siltumnesēju, kas tiek izmantoti NVS teritorijā, uzsildīšanai: ūdens, gaiss, tvaiks.

Pielietojuma un darbības specifika

Siltumsūknis produktīvi darbojas tikai temperatūras diapazonā no -5 līdz +7 grādiem. Pie gaisa temperatūras virs +7 sistēma ražos vairāk siltuma, nekā nepieciešams, bet pie rādītāja zem -5 – nepietiekami apsildei. Tas saistīts ar to, ka konstrukcijā esošais koncentrētais freons uzvārās pie -55 grādu temperatūras.

Teorētiski sistēma var ražot siltumu arī 30 grādu salā, bet tā nepietiks apkurei, jo siltuma jauda ir tieši atkarīga no dzesētāja viršanas temperatūras un gaisa temperatūras starpības.

Tāpēc Ziemeļu reģionu iedzīvotājiem, kur aukstums iestājas agrāk, šī sistēma nederēs, bet Dienvidu reģionu mājās tā varēs efektīvi kalpot vairākus aukstus mēnešus.

Ja telpā ir uzstādīti standarta radiatori, siltumsūknis darbosies mazāk efektīvi. Vislabāk gaiss-ūdens ierīce saderas ar konvektoriem un citiem lielas platības radiatoriem, kā arī ar «apsildāmās grīdas» sistēmām, ūdens tipa «siltajām sienām».

Arī pašai telpai jābūt labi siltinātai no ārpuses, ar iebūvētiem daudzkameru logiem, kas nodrošina labāku siltumizolāciju nekā parastie koka vai plastikāta logi.

Siltumsūknis vislabāk sadarbojas ar ūdens sistēmu «apsildāmā grīda», kas neprasa siltumnesēja sildīšanu virs 40 – 45° C

Pašdarināts siltumsūknis spēs efektīvi apsildīt mājas līdz 100 kv.m platībā un garantēti nodrošināt 5 kW jaudu. Jāsaprot, ka freonu nav iespējams pietiekami kvalitatīvi ieliet mājas apstākļos radītā konstrukcijā, tāpēc jārēķinās ar tā viršanas temperatūru līdz -22 grādiem.

Mājas montāžas ierīce ir ideāli piemērota garāžas, siltumnīcas, saimniecības telpu, neliela privātā baseina u.c. apgādei ar siltumu. Sistēma parasti tiek izmantota kā papildu apkure.

Elektrokatls vai cita tradicionālā iekārta apkures sezonai būs nepieciešama jebkurā gadījumā. Spēcīgu salnu laikā (-15–30 grādi) siltumsūkni ieteicams izslēgt, lai izvairītos no elektroenerģijas izšķērdēšanas, jo šajā periodā tā efektivitāte ir ne vairāk kā 10%.

Siltumsūkņi piegādā pietiekamu enerģijas daudzumu ūdens sildīšanai segtos privātos baseinos (+)

Sistēmas darbības princips

Darba viela konstrukcijā ir gaiss. Caur āra bloku, kas uzstādīts ārpusē, skābeklis pa caurulēm nonāk iztvaicētājā, kur mijiedarbojas ar aukstumaģentu.

Freons temperatūras ietekmē kļūst gāzveida (jo tas vārās pie -55 grādiem) un uzkarsētā veidā zem spiediena nonāk kompresorā. Ierīce saspiež gāzi, tādējādi palielinot tās temperatūru.

Karstais freons nonāk uzkrāšanas tvertnes (kondensatora) kontūrā, kur notiek siltuma atdošana ūdenim, ko pēc tam var izmantot apkures organizēšanai un KŪA. Kondensatorā freons zaudē tikai daļu sava siltuma un joprojām atrodas gāzveida stāvoklī.

Izejot caur droseli, aukstumaģents izsmidzina, kā rezultātā tā temperatūra pazeminās. Freons kļūst šķidrs un šādā veidā pāriet iztvaicētājā. Cikls atkārtojas.

Attēlā shematiski parādīta elementāra siltumsūkņa principa realizācija, kas ar kompresoru un izplešanās vārstu ir sadalīta divos kontūros – augsta un zema spiediena.

Tiem, kas vēlas patstāvīgi izgatavot siltumsūkni no lietotiem materiāliem un nokalpotas tehnikas, piemēram, no veca ledusskapja, palīdzēs informācija, kas izklāstīta mūsu ieteiktajā rakstā.

Siltumsūkņa gaiss-ūdens izbūve

Siltumsūkņa sistēma sastāv no četriem galvenajiem elementiem:

• ārējā bloka;
• siltummaiņa-iztvaicētāja tvertnes;
• kompresora bloka;
• uzkrāšanas tvertnes (kondensatora).

Apskatīsim katra bloka konstruēšanas īpatnības.

Ārējā bloka salikšana

Ārējā bloka izveidošanai būs nepieciešams:

• Korpuss. Tradicionāli der bloks no split-sistēmas, veļas mašīnas, citas lielgabarīta tehnikas, dažreiz izgatavo pašu spēkiem, metinot metāla elementus. Svarīgi pēc montāžas apstrādāt metālu ar pretkorozijas pulverkrāsu.
• Ventilators. Izstrādājumu var aizņemties no vecas strādājošas kondicionēšanas sistēmas vai iegādāties atsevišķi.

Ventilatora modelim jābūt ar platām plastmasas lāpstiņām un, vēlams, ar atvienojamu motoru, lai būtu iespēja to pieslēgt sensoram.

Lai samontētu āra bloku, būs nepieciešams korpuss un ventilators no gaisa kondicionēšanas sistēmas. Aptuvenie bloka parametri – 75x85x30 cm.

Āra blokā var uzstādīt iztvaicētāju un tā darbībai nepieciešamos palīgelementus, taču lietderīgāk šīs detaļas izvietot atsevišķā korpusā.

Āra bloks tiek uzstādīts 2–10 m attālumā no mājas. Ir svarīgi tam izveidot pamatus un uzstādīt nojumi, lai pasargātu konstrukciju no nokrišņiem. Tāpat nepieciešams nostiprināt režģi ventilatora priekšā, lai novērstu netīrumu, gružu un lapu nokļūšanu ventilatora lāpstiņās un caurulēs.

Papildus ieteicams uzstādīt sildītājus, kas pasargā sānu malas un paneļus no apledojuma. Šajā gadījumā korpusa papildu sildīšana nebūs nepieciešama. Bloka uzstādīšanas vietai jābūt labi vēdināmai un jāatrodas tālāk no atklātas uguns avotiem.

Bloks ar siltummaini-iztvaicētāju

Iztvaicētāju var iegādāties gatavā veidā, izmantojot tiešsaistes piegādātāju pakalpojumus, vai izgatavot pašam. Tam būs nepieciešama 80 litru tvertne un vara stieple ar diametru 10 mm un biezumu vismaz 1 mm.

Garums tiek aprēķināts individuāli, ņemot vērā nepieciešamo jaudu. Ierīcei ar jaudu 5 kW var ņemt 10 m. Iztvaicētājā notiks freona sildīšana un cirkulācija, kā arī saskare ar gaisu.

Lai izveidotu siltummaini, ir jākonstruē spolīte. Lai to izdarītu, stiepli aptin ap biezsienu cauruli, kuras diametrs nepārsniedz tvertnes platumu. Ir svarīgi atstāt griezumus, kas izvirzās ārpus korpusa augstuma. Tie būs nepieciešami, lai savienotu spolīti ar citiem sistēmas elementiem – kompresoru un uzkrāšanas tvertni.

Lai izveidotu spolīti, vara caurulīti ar sieniņu biezumu aptuveni 1 mm aptin ap gāzes balonu, cauruli vai ar ūdeni pildītu plastmasas pudeli.

Korpusā tiek iegriezti 2 savienotāji cauruļvadu pievienošanai, izveidoti divi savienojumi stieples izejai. Savienojumi tiek hermetizēti. Gatavā konstrukcija tiek piestiprināta, izmantojot L‑veida kronšteinus.

Ieteicams papildus uzstādīt uz iztvaicētāja atkausēšanas releju, jo tvertnē notiks gaisa cirkulācija, kura temperatūra ir negatīva. Šajā gadījumā sistēmā uzkrātais kondensāts var izraisīt iztvaicētāja apledojumu. Tāpat, lai novērstu mitruma veidošanos, sistēmā var iebūvēt filtru‑žāvētāju.

Kompresora uzstādīšanas noteikumi

Lai uzstādītu kompresoru, būs nepieciešams atsevišķs korpuss ar skaņas un vibrācijas izolāciju, jo praktiski visas ierīces modifikācijas darbības laikā trokšņo. Kompresoru var ņemt lietotu no ledusskapja, gaisa kondicioniera vai iegādāties jaunu modeli.

Siltumsūkņiem ir piemēroti šādi kompresoru veidi:

1. Rotācijas kompresori ir vislētākie, taču tiem ir vairāki trūkumi – tie trokšņo, ir zema efektivitāte un kalpo 8–10 gadus.
2. Spirālveida modifikācijas tiek uzstādītas visos mūsdienu gaisa kondicionieru un ledusskapju modeļos. Tās ir izturīgas (15–20 gadi), klusas, efektīvas, taču tām ir augsta cena.
3. Virzuļu modeļi galvenokārt tiek uzstādīti rūpnieciskajos ledusskapjos. Ierīcēm ir labs lietderības koeficients, tās ir izturīgas (15–20 gadi), bet ārkārtīgi trokšņainas un dārgas.

Siltumsūknim ir jāizvēlas vienfāzes modifikācijas kompresors. Pirms iegādes ir svarīgi noskaidrot, ar kādu freona veidu ierīce darbojas. Vēlams iegādāties modeli, kas darbojas ar R22, vēl labāk ar R422. Ar šāda veida aukstumaģentu ir vieglāk strādāt nekā ar jebkuru citu freona veidu.

Kompresors tiek pievienots ar caurulēm pie iztvaicētāja un kondensatora bloka. Pateicoties ierīcei, freons palielina savu temperatūru.

Uzkrāšanas tvertnes (kondensatora) konstruēšana

Kondensatora izgatavošanai būs nepieciešams korpuss no 100 litru boilerīša vai jebkura cita nerūsējošā tvertne ar tādu pašu tilpumu. Tāpat ir nepieciešams spoles elements, kas izgatavots no vara caurules. Sūknim ar jaudu 5 kW var izmantot 12 metru garu vara vadu. Pa spoles cauruli plūdīs karsts freons, kā rezultātā ūdens tiek uzkarsēts.

Solis Nr. 1: Spoles izveide

Spoles izgatavošanai būs nepieciešama vara caurule ar diametru ne mazāku par 26 mm un sienas biezumu vismaz 1 mm. Tā ir jāuztin uz caurules, kuras šķērsgriezums ir mazāks nekā tvertnes šķērsgriezums.

Spirāles augstumam jāsakrīt ar korpusa augstumu. Ir svarīgi atstāt caurules izvadus ārpus tvertnes, lai varētu pievienot spoli pie iztvaicētāja un kompresora.

Solis Nr. 2: Korpusa sagatavošana

Lai uzstādītu spoli, tvertne ir jāpārgriež. No augšas un apakšas būs jāizveido atveres vara caurules izejām, kā arī jāizgriež papildu nodalījumi divu nipeļu uzstādīšanai, viens no tiem ir paredzēts ūdens izvadam, bet otrs – ūdens ieejai. Pēc veiktajām darbībām tvertne ir jānoblīvē.

Siltummainis-kompresors var iegādāties atsevišķi kā gatavu konstrukciju. Ar rūpnīcā samontētas ierīces palīdzību var palielināt iekārtas jaudu un lietderības koeficientu.

Aukstumaģents ar marķējumu R22 saskaņā ar Monreālas noteikumiem līdz 2030. gadam ir plānots izņemt no apgrozības. Sistēmas uzpildīšanai labāk izmantot tā aizstājēju – aukstumaģentu R422.

Ārējā bloka savienošana ar iztvaicētāju

Lai savienotu ārējo bloku un iztvaicētāju, būs nepieciešams izvadīt 2 polietilēna caurules PND 32. Pa vienu cauruli gaiss ieplūdīs, pa otru – izplūdīs.

Caurules var ierakt zemē, iepriekš tranšejā pieberot jebkuru smilšainu materiālu, vai atstāt uz virsmas, ja ārējais korpuss atrodas netālu no mājas.

Iztvaicētāja, kompresora un tvertnes savienošana

Šajā sistēmā cirkulē freons. Lai pievienotu spoles ar kompresoru un droseļvārstu, jāvēršas pie saldēšanas tehnikas speciālistiem. Cilvēkam, kuram nav pieredzes lodēšanas darbos, pat ar instrumentiem un materiāliem būs grūti pareizi savienot visus elementus vienā sistēmā, lai nodrošinātu konstrukcijas darbību.

Turklāt būs nepieciešams daudz papildu materiālu – dažāda diametra caurules, dažādu modifikāciju notekas krānus, gaisa izvadīšanas vārstus, drošības vārstus, kā arī cauruļu klipšus, skavas, cauruļu griezējus cauruļvadu posmu griešanai.

Būs nepieciešamas arī citas specializētas ierīces, kuras ir pieejamas jebkurā ledusskapju un gaisa kondicionieru remontdarbnīcā.

Kvalitatīva freona uzpilde tiek veikta, izmantojot īpašu aprīkojumu. Tāpēc siltummaiņu, kompresora un droseļvārsta apvienošanai darba sistēmā ir ērtāk un izdevīgāk vērsties pie profesionāļiem.

Iekārtas vadības sistēmu ieviešana

Lai uzraudzītu freona spiedienu un temperatūru, var izmantot plati ar displeju no jebkura gaisa kondicioniera. Lodēšanas darbu laikā ar speciālistu palīdzību konstrukciju var pareizi integrēt iekārtā.

Ir iespējams pievienot arī īpašu ierīci – ventilatora griešanās sensoru. Tas regulē lāpstiņu griešanās ātrumu, kā arī automatizē freona cirkulācijas sūkņa apgriezienus.

Papildus var uzstādīt taimeri, elektropalaidni, ierīci, kas aizsargā kompresoru no pārkaršanas. Visas šīs detaļas var iegādāties remontdarbnīcās vai rezerves daļu tirgū.

Siltumsūkņa gaiss-ūdens jaudas aprēķins

Lai apsildītu telpu ar platību no 100 kv. m, būs nepieciešams lielākas jaudas siltumsūknis. Nepieciešamo iekārtas jaudu var aptuveni aprēķināt, izmantojot tabulu:

Tabulas dati palīdzēs aprēķināt spoles laukumu, lai izveidotu tādas vai citas jaudas iekārtu

Lai noteiktu, kādai jābūt kompresora jaudai, kāda diametra caurules jāizmanto un citus svarīgus datus, konstruējot gaisa-ūdens siltumsūkni, jāizmanto viena no metodēm:

• Izmantot tiešsaistes kalkulatorus, kas atrodami siltummaiņu ražotāju vietnēs.
• Izmantot programmatūru CoolPack 1,46, Copeland.
• Uzaicināt speciālistu, kurš veiks nepieciešamos mērījumus un aprēķinus.

Kondensatora spoles laukumu (PZK) var aprēķināt pēc formulas:

PZK = M/0,8DT,

kur M ir iekārtas jauda kW; 0,8 ir siltumvadītspējas koeficients ūdens un vara kontaktā; DT ir temperatūras starpība starp sistēmā ienākošo un izejošo gaisu.

Iepriekš norādītie siltumsūkņa parametri ir piemēroti telpai līdz 100 kvadrātmetriem. Iekārtas jauda ir 5 kW. Ja iegādājas īpašus siltummaiņus, tad ir iespējams palielināt iekārtas jaudu līdz 10-15 kW.

Attēlā redzama sistēma, kurā siltummaiņi, kompresors, droseļvārsts ir apvienoti vienā tvertnē. Konstrukcijā tiek izmantoti rūpnīcas siltummaiņi (+)

Paštaisītas iekārtas apkalpošana

Lai nodrošinātu kvalitatīvu darbību, siltumsūknim nepieciešama papildu apkalpošana. Ja ierīci izmanto ziemā (ņemot vērā, ka korpusā nav uzstādīta papildu apsilde), tad periodiski bloks būs jāatsilda, jo uz tā virsmas veidosies ledus garoza.

Tāpat periodiski nepieciešams:

• Tīrīt ventilatora lāpstiņas no atkritumiem – lapām, putekļiem, netīrumiem, sniega utt.
• Veikt kompresora eļļošanu saskaņā ar tā instrukciju.
• Mainīt eļļu kompresorā un ventilatorā.

Turklāt normālai sistēmas darbībai regulāri jāpārbauda vara cauruļvada, kompresoru, ventilatoru un citas ierīces barojošā strāvas kabeļa integritāte.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Ar siltumsūkņa, kas pārstrādā vēja enerģiju, darbības principu un uzbūvi iepazīstinās šāds video:

Paštaisīts gaisa-ūdens sistēmas siltumsūknis ir viens no efektīvām un lētām ierīcēm papildu mājokļa apsildei. Izgatavot un uzstādīt šo sistēmu var ikviens, kas vēlas.

Lūdzu, rakstiet komentārus zemāk esošajā blokā. Iespējams, jums ir interesantas ziņas un fotogrāfijas par raksta tēmu? Uzdodiet jautājumus, dalieties ar savu viedokli un padomiem, kas noderēs vietnes apmeklētājiem.