Hoe maakt u een lucht-water warmtepomp: schema's van het apparaat en zelfbouw

Vanwege de regelmatige stijging van de kosten van warmtedragers worden alternatieve verwarmingsmethoden steeds populairder. Bijvoorbeeld een praktische lucht-water warmtepomp, die voor verwarming de energie van de lucht gebruikt. De installatie heeft geen dure verbruiksmaterialen nodig, is gemakkelijk in gebruik en veilig.

Vanwege de aanzienlijke prijs van een in de fabriek geassembleerd apparaat, zijn velen geïnteresseerd in het zelf bouwen van dit systeem. Wij vertellen u wat een thuisklusser nodig heeft voor het maken van een zelfgemaakte warmtepomp. Bij ons leert u welke technische middelen u moet aanschaffen.

Kenmerken van het lucht-water warmtesysteem

De warmtepomp waar dit artikel aan gewijd is, heeft, in tegenstelling tot andere modificaties van een soortgelijk apparaat (met name water-water en grond-water), een aantal voordelen:

• bespaart elektriciteit;
• voor installatie zijn geen grootschalige grondwerken, het boren van putten of het verkrijgen van speciale vergunningen nodig;
• als het systeem wordt aangesloten op zonnepanelen, kan de volledige autonomie worden gewaarborgd.

Een groot voordeel van het warmtesysteem dat energie uit de wind haalt en aan water overdraagt, is de honderd procent ecologische veiligheid.

Voordat u begint met het ontwerpen van de pomp, moet u nagaan in welke gevallen het systeem het meest efficiënt is en wanneer het gebruik ervan niet zinvol is.

Een warmtepompsysteem dat energie uit de luchtmassa haalt, kan worden gebruikt voor het verwarmen van alle soorten warmtedragers die in het GOS worden gebruikt: water, lucht, stoom

Specificatie van toepassing en werking

Een warmtepomp werkt alleen productief in het temperatuurbereik van -5 tot +7 graden. Bij een luchttemperatuur van +7 zal het systeem meer warmte produceren dan nodig is, en bij een waarde lager dan -5 is het onvoldoende voor verwarming. Dit komt doordat de geconcentreerde freon in de constructie kookt bij een temperatuur van -55 graden.

Theoretisch kan het systeem ook warmte produceren bij 30 graden vorst, maar dat is niet voldoende voor verwarming, omdat het warmtevermogen direct afhangt van het verschil tussen de kooktemperatuur van het koelmiddel en de luchttemperatuur.

Daarom is dit systeem niet geschikt voor bewoners van noordelijke regio's waar de kou eerder invalt, maar in huizen in zuidelijke gebieden kan het enkele koude maanden effectief dienen.

Als er in de ruimte standaard radiatoren zijn geïnstalleerd, zal de warmtepomp minder efficiënt werken. Het lucht-waterapparaat combineert het beste met convectoren en andere radiatoren met een groot oppervlak, evenals met vloerverwarmingssystemen en watergedragen wandverwarming.

Ook moet de ruimte zelf goed van buitenaf geïsoleerd zijn en voorzien zijn van ingebouwde meervoudig beglaasde ramen, die een betere thermische isolatie bieden dan gewone houten of kunststof ramen.

De warmtepomp werkt het beste samen met een watergedragen vloerverwarmingssysteem, dat geen verwarming van het medium boven 40 – 45°C vereist.

Een zelfgemaakte warmtepomp kan huizen tot 100 m² effectief verwarmen en gegarandeerd een vermogen van 5 kW leveren. Het moet duidelijk zijn dat freon niet van voldoende kwaliteit in een zelfgemaakte constructie kan worden gevuld, dus men moet rekenen op een kookpunt tot -22 graden.

Een zelfgebouwd apparaat is ideaal voor het verwarmen van een garage, kas, bijgebouwen, een klein privézwembad enz. Het systeem wordt meestal gebruikt als extra verwarming.

Elektrische ketel of andere traditionele verwarmingsapparatuur voor het stookseizoen is in ieder geval nodig. Tijdens strenge vorst (-15 tot -30 graden) wordt aanbevolen de warmtepomp uit te schakelen om elektriciteitsverspilling te voorkomen, aangezien de efficiëntie in deze periode niet meer dan 10% bedraagt.

Warmtepompen leveren voldoende energie voor het verwarmen van water in overdekte privézwembaden (+).

Werkingsprincipe van het systeem

Het werkmedium in de constructie is lucht. Via de buitenunit, die buiten wordt geplaatst, stroomt zuurstof via leidingen naar de verdamper, waar het in contact komt met het koelmiddel.

Freon wordt onder invloed van de temperatuur gasvormig (omdat het bij -55 graden kookt) en in verwarmde toestand onder druk naar de compressor gestuurd. Het apparaat comprimeert het gas, waardoor de temperatuur stijgt.

Het hete freon komt in het circuit van de opslagtank (condensor), waar warmte aan het water wordt afgegeven, dat vervolgens kan worden gebruikt voor verwarming en warm tapwater. In de condensor verliest het freon slechts een deel van zijn warmte en is het nog steeds in gasvormige toestand.

Bij het passeren van de smoorklep wordt het koelmiddel verstoven, waardoor de temperatuur daalt. Freon wordt vloeibaar en gaat in deze toestand naar de verdamper. De cyclus herhaalt zich.

De afbeelding toont schematisch de uitvoering van het principe van een eenvoudige warmtepomp, gesplitst door een compressor en een expansieventiel in twee circuits – een hogedruk- en een lagedrukcircuit.

Voor wie zelf een warmtepomp wil bouwen van afvalmaterialen en gebruikte apparatuur, zoals een oude koelkast, is de informatie in het door ons aanbevolen artikel behulpzaam.

Bouw van een lucht-water warmtepomp

Het warmtepompsysteem bestaat uit vier hoofdelementen:

• de buitenunit;
• de warmtewisselaar-verdamper;
• de compressorunit;
• de opslagtank (condensor).

We bekijken de constructiekenmerken van elke unit.

Montage van de buitenunit

Voor het maken van de buitenunit heeft u nodig:

• Behuizing. Traditioneel is een blok van een splitsysteem, wasmachine of ander groot apparaat geschikt, soms wordt het zelf gemaakt door lassen van metalen onderdelen. Na montage is het belangrijk het metaal te behandelen met poedervormige anticorrosieverf.
• Ventilator. Het onderdeel kan worden overgenomen uit een oude werkende airconditioningsysteem of apart worden aangeschaft.

Het model ventilator moet brede plastic bladen hebben en, bij voorkeur, een losneembare motor, zodat u deze op een sensor kunt aansluiten.

Voor de montage van de buitenunit heeft u een behuizing en een ventilator uit het airconditioningsysteem nodig. Geschatte afmetingen van de unit: 75x85x30 cm.

In de buitenunit kunt u een verdamper en hulpelementen voor de werking ervan installeren, maar het is beter om deze onderdelen in een aparte behuizing te plaatsen.

De buitenunit wordt op een afstand van 2-10 m van het huis geplaatst. Het is belangrijk om er een fundament onder te bouwen en een afdak te plaatsen om de constructie te beschermen tegen neerslag. Ook moet u een rooster voor de ventilator bevestigen om te voorkomen dat vuil, afval en bladeren in de ventilatorbladen en leidingen terechtkomen.

Aanvullend is het aan te raden om verwarmingselementen te installeren die de zijkanten en panelen beschermen tegen ijsvorming. In dat geval is extra verwarming van de behuizing niet nodig. De installatielocatie van de unit moet goed geventileerd zijn en zich op afstand van open vuurbronnen bevinden.

Blok met warmtewisselaar-verdamper

U kunt een verdamper kant-en-klaar aanschaffen via leveranciers online, of zelf maken. Hiervoor heeft u een tank van 80 liter en koperdraad met een diameter van 10 mm en een dikte van minimaal 1 mm nodig.

De lengte wordt individueel berekend op basis van het benodigde vermogen. Voor een apparaat van 5 kW kunt u 10 m nemen. In de verdamper zal het koelmiddel worden verwarmd en circuleren, en ook contact maken met de lucht.

Om de warmtewisselaar te maken, construeert u een spiraal. U wikkelt de draad om een dikwandige buis met een diameter die niet breder is dan de tank. Zorg dat er uiteinden uitsteken boven de hoogte van de behuizing. Deze zijn nodig om de spiraal te verbinden met andere systeemcomponenten – de compressor en de opslagtank.

Om de spiraal te maken, wikkelt u een koperen buis met wanden van ongeveer 1 mm rond een gasfles, pijp of een met water gevulde plastic fles.

In de behuizing worden 2 fittingen voor het aansluiten van leidingen aangebracht en twee aansluitingen voor de draad gemaakt. De verbindingen worden afgedicht. De complete constructie wordt bevestigd met L-vormige beugels.

Het wordt aanbevolen om op de verdamper een ontdooirelais te installeren, omdat er in de tank lucht circuleert met een negatieve temperatuur. In dat geval kan condensaat dat zich in het systeem ophoopt, leiden tot ijsvorming op de verdamper. Om vochtvorming te voorkomen, kunt u ook een filterdroger in het systeem opnemen.

Regels voor het installeren van de compressor

Voor het installeren van de compressor is een aparte behuizing met geluids- en trillingsisolatie nodig, omdat vrijwel alle modellen lawaai maken tijdens het gebruik. U kunt een gebruikte compressor uit een koelkast of airconditioner nemen, of een nieuw model aanschaffen.

Voor warmtepompen zijn de volgende typen compressoren geschikt:

1. Rotatiecompressoren zijn de goedkoopste, maar hebben een aantal nadelen – ze maken lawaai, zijn weinig efficiënt en gaan 8-10 jaar mee.
2. Spiraalcompressoren worden in alle moderne modellen van airconditioners en koelkasten geïnstalleerd. Ze zijn duurzaam (15-20 jaar), stil, efficiënt, maar hebben een hoge prijs.
3. Zuigercompressoren worden voornamelijk in industriële koelkasten geïnstalleerd. De producten hebben een goed rendement, zijn duurzaam (15-20 jaar), maar zeer luidruchtig en duur.

Voor een warmtepomp moet u een compressor van een enkelfasige modificatie kiezen. Voor aankoop is het belangrijk om te weten met welk type koelmiddel het apparaat werkt. Het is aan te raden een model aan te schaffen dat werkt op R22, of beter op R422. Het is eenvoudiger om met dit type koelmiddel te werken dan met enig ander type freon.

De compressor wordt via leidingen aangesloten op de verdamper- en condensorblokken. Dankzij het apparaat verhoogt het koelmiddel zijn temperatuur.

Constructie van de opslagtank (condensor)

Voor het maken van de condensor heeft u een behuizing van een 100-liter boiler nodig of een andere roestvrijstalen tank van hetzelfde volume. Ook is een spiraal van koperen buis nodig. Voor een pomp met een vermogen van 5 kW kunt u een 12 meter lange draad nemen. Door de spiraalbuis stroomt heet koelmiddel, waardoor het water wordt verwarmd.

Stap 1: Het maken van de spiraal

Voor het maken van de spiraal heeft u koperdraad nodig met een diameter van minimaal 26 mm en een wanddikte van minimaal 1 mm. Deze moet u om een buis wikkelen met een kleinere doorsnede dan de tank.

De hoogte van de spiraal moet overeenkomen met de hoogte van de behuizing. Het is belangrijk om de buisuiteinden buiten de tank te laten, zodat u de spiraal kunt aansluiten op de verdamper en de compressor.

Stap 2: Voorbereiding van de behuizing

Om de spiraal te installeren, moet de tank worden doorgesneden. Boven en onder moeten gaten worden gemaakt voor de uitgangen van de koperdraad, en er moeten extra compartimenten worden uitgesneden voor de installatie van twee aansluitingen, waarvan één voor de wateruitlaat en de andere voor de waterinlaat. Na deze stappen moet de tank worden afgedicht.

De warmtewisselaar-compressor kan apart worden aangeschaft als een kant-en-klare constructie. Met een in de fabriek geassembleerd apparaat kan het vermogen en het rendement van de installatie worden verhoogd.

Koelmiddel met de aanduiding R22 zal volgens de Montreal-protocollen tegen 2030 uit de handel worden genomen. Voor het vullen van het systeem kunt u beter de vervanger gebruiken – koelmiddel R422

Aansluiting van de buitenunit op de verdamper

Voor het verbinden van de buitenunit en de verdamper zijn 2 polyethyleen buizen HDPE 32 nodig. Door één buis zal de lucht gaan, door de andere zal hij uitgaan.

De buizen kunnen in de grond worden begraven, nadat er zandig materiaal in de sleuf is gestort, of aan de oppervlakte worden gelaten als de buitenunit zich dicht bij het huis bevindt.

Aansluiting van verdamper, compressor en tank

In dit systeem circuleert freon. Om de spiraalbuizen met de compressor en het expansieventiel aan te sluiten, moet u contact opnemen met koeltechnische specialisten. Iemand zonder ervaring met solderen, zelfs met gereedschap en materialen, zal het moeilijk vinden om alle elementen correct in één systeem te verbinden om de werking van de constructie te waarborgen.

Bovendien zijn er veel extra materialen nodig – buizen van verschillende diameters, diverse soorten afvoerkranen, ontluchtingskleppen, veiligheidskleppen, evenals buisclips, klemmen, buizensnijders voor het afknippen van leidingdelen.

Er zullen ook andere gespecialiseerde apparaten nodig zijn, die in elke reparatiewerkplaats voor koelkasten en airconditioners verkrijgbaar zijn.

Het op kwalitatieve wijze vullen met freon gebeurt ook met behulp van speciale apparatuur. Daarom is het voor het combineren van warmtewisselaars, compressor en expansieventiel tot een werkend systeem gemakkelijker en voordeliger om contact op te nemen met professionals.

Implementatie van besturingssystemen voor de installatie

Voor het bewaken van de druk en temperatuur van het freon kunt u een printplaat met display van een willekeurige airconditioner gebruiken. Tijdens het soldeerwerk kan de constructie met hulp van specialisten op de juiste manier in de installatie worden geïntegreerd.

Het is ook mogelijk om een speciaal apparaat aan te sluiten – een ventilatorsnelheidssensor. Deze regelt de rotatiesnelheid van de bladen en automatiseert ook het toerental van de circulatiepomp voor freon.

Bovendien kunt u een timer, elektrische starter, een apparaat dat de compressor beschermt tegen oververhitting, installeren. Al deze onderdelen kunt u aanschaffen bij reparatiewerkplaatsen of op de markt voor reserveonderdelen.

Berekening van het vermogen van een lucht-water warmtepomp

Voor het verwarmen van een ruimte met een oppervlakte van 100 m² of meer is een warmtepomp met een hoger vermogen nodig. Het benodigde vermogen van de installatie kan bij benadering worden berekend met behulp van een tabel:

De gegevens in de tabel helpen om het oppervlak van de spiraal te berekenen voor het maken van een installatie van een bepaald vermogen.

Om te bepalen welk vermogen de compressor moet hebben, welke diameters van leidingen moeten worden gebruikt en andere belangrijke gegevens bij het ontwerpen van een lucht-water warmtepomp, moet u een van de volgende methoden gebruiken:

• Gebruik online calculators die op de websites van fabrikanten van warmtewisselaars zijn geplaatst.
• Pas de software CoolPack 1,46 en Copeland toe.
• Schakel een specialist in die de benodigde metingen en berekeningen uitvoert.

Het oppervlak van de condensor-spiraal (PZK) kan worden berekend met de formule:

PZK = M/0,8DT,

waarbij M het vermogen van de installatie in kW is; 0,8 de warmtegeleidingscoëfficiënt bij contact van water en koper; DT het temperatuurverschil tussen de inkomende en uitgaande lucht in het systeem.

De hierboven vermelde parameters van de warmtepomp zijn geschikt voor een ruimte tot 100 m². Het vermogen van de installatie – 5 kW. Als u speciale warmtewisselaars aanschaft, is het heel goed mogelijk om het vermogen van de installatie te verhogen tot 10-15 kW.

De afbeelding toont een systeem waarin de warmtewisselaars, compressor en smoorklep zijn geïntegreerd in één tank. In de constructie worden fabriekswarmtewisselaars gebruikt (+).

Onderhoud van een zelfgemaakte installatie

Voor een goede werking heeft de warmtepomp extra onderhoud nodig. Als u het apparaat in de winter gebruikt (aangezien er geen extra verwarming in de behuizing is geïnstalleerd), moet u de unit af en toe ontdooien, omdat er zich een ijskorst op het oppervlak zal vormen.

Daarnaast moet u periodiek:

• De ventilatorbladen reinigen van vuil – bladeren, stof, vuil, sneeuw, enz.
• De compressor smeren volgens de bijbehorende instructies.
• De olie in de compressor en ventilator verversen.

Daarnaast is het voor een normale werking van het systeem noodzakelijk om regelmatig de integriteit van de koperen leiding, de stroomkabel die de compressor, ventilator en andere apparaten voedt, te controleren.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De volgende video maakt u vertrouwd met het werkingsprincipe en de constructie van een warmtepomp die windenergie omzet:

Een zelfgemaakte lucht-water warmtepomp is een van de effectieve en goedkope apparaten voor extra woningverwarming. Iedereen die dat wil, kan dit systeem vervaardigen en installeren.

Schrijf alstublieft reacties in het onderstaande blok. Hebt u wellicht interessante informatie en foto's over het onderwerp van het artikel? Stel vragen, deel uw eigen mening en tips die nuttig zijn voor bezoekers van de site.