Toplotna pumpa
English
Opis

Podstaknut uputstvom za izgradnju toplotne pumpe malog kapaciteta opisane u SAM-u 5/80 i 6/80 i sam sam je želeo napraviti.
Umesto stavljanja kotla bojlera u frižider kompletnu instalaciju za zagrevanje vode montirao sam na zid pored već postojećeg bojlera. Da bih ovo postigao morao sam bojler prebaciti iz kupatila u kuhinju (sa druge strane zida). To sam ionako želeo uraditi zbog toga što mi je bojler u kupatilu bio montiran odmah iznad kade, i smetao je pri tuširanju, a i voda u njemu mnogo se brže hladila nego otkad je prebačen u kuhinju (kupatilo mi je inače najhladniji deo stana, a kuhinja najtopliji).
Uporedo sa premeštanjem bojlera vodoinstalater je na cev za odvod tople vode montirao slavinu preko koje veš mašina dobija vodu. Na taj način u nju dolazi voda koja je već zagrejana, tako da njen interni grejač ima ulogu dogrevanja vode na potrebnu temperaturu, i tako troši mnogo manje struje. Normalno, u slučaju pranja veša koji se ne sme zagrevati preko određene granice crevo veš mašine bi se prebacilo na slavinu sa hladnom vodom.
Ono što sam mogao sam uraditi bila je izrada kondenzatora, isparivača i termostata.


Kondenzator

Kondenzator sam veoma jednostavno izradio. Na dršku obične metle namotao sam bakarnu cev po uputstvu iz SAM-a (6m bakarne cevi prečnika 6mm). Cev sam motao u jednom redu kako bih je mogao uvući u izmenjivač toplote koji bi mi grejao vodu u bojleru zimi. Nije baš najbolje ispala ali ionako se neće videti. Tek kasnije sam se setio da sam je mogao namotati na odgovarajuću cev umesto drške metle i jedan kraj pre motanja protnuti kroz cev. Tako bih izbegao pojavu ove kružne omče na vrhu kondenzatora. Učite se na mojim greškama.


Flanša bojlera

Postojeću flanšu bojlera zamenio sam kupljenim izmanjivačem toplote. Vi možete bez problema kupiti flanšu samo sa sa električnim grejačem. Ona je i jeftinija. Na njoj možete (kao u SAM-u) ostaviti električni grejač na svom mestu, a za cevi kondenzatora izbušiti nove rupe. Ja sa izmenjivačem imam druge planove. Sa flanše sam skinuo električni grejač i umesto njega kroz namotaje izmenjivača protnuo kondenzator, a zatim ga odneo majstorima na varenje. Nažalost morao sam ga variti čak 3 puta, (a na kraju i izlepiti epoksidnim lepkom preko vara) da bi prestao da curi. To mi je oduzelo čitavu godinu. Bar 15 puta sam praznio bojler. Kada su se i nakon trećeg vara (2 puta odozdo i jednom odozgo), postavljenog lepka preko gornjeg vara, i iskrivljenog držača flanše (toliko sam ga stegnuo da sam morao podmetati matice kao odstojnike sa njegove gornje strane) počele pojavljivati kapi vode na cevima kondenzatora mislio sam da odustanem. Međutim, curenje je prestalo posle 2 nedelje. Ne znam kako, a nije me ni briga. Bitno je da ću moći završiti projekat.
Tek kasnije sam saznao da se bakarne cevi moraju variti srebrnim, a ne mesinganim elektrodama.
Ukoliko planirate varenje sa donje strane obavezno proverite da držač flanše slučajno ne udara u var.
Odmah da Vas upozorim da ovakav način montaže komplikuje kasnije čišćenje bojlera od kamenca. Naime, da biste kasnije izvukli flanšu iz bojlera, moraće vam pomagati još 2 lica koja će pridržavati ostatak toplotne instalacije (kompresor i isparivač). A i tada je pucanje cevi veoma verovatno. Najpraktičnije je bojler očistiti guranjem flanše u bojler i čišćenju kamenca sa strane (između flanše i kazana).


Isparivač

Isparivač i kapilarnu cev sam skinuo sa nekog neispravnog frižidera. Kako nisam želeo da ga po uputstvu iz SAM-a savijam i tako rizikujem pucanje cevi, unutar njega sam stavio pregradne limove. Napravio sam ih od 0,25mm debelog aluminijumskog lima. Prilikom postavljanja ovih limova pazite da usled prevelikog savijanja ne pukne kapilarna ili pak priključna cev isparivača. Umesto ventilatora iz karolifera na isparivač sam montirao 2 ventilatora sa napajanja PC računara, i to tako da jedan ubacuje, a drugi izbacuje vazduh napolje. Pregradne limove postavio sam tako da produže putanju vazduha kroz isparivač a samim tim i da ga bolje ohlade. Limove sam spajao običnim pop-nitnama. Utrošio sam oko 200 komada. Oprezno sa njima. Isparivač se pravi tako što se dve ploče lima presuju, tako da kanali za prolaz freona nalegnu jedan na drugi. Ukoliko izbušite rupu za pop nitnu u blizini kanala, moguće je da freon kroz nju iscuri. Da biste bili sigurni da isparivač nije izbušen, kažite majstoru da pre punjenja instalacije freonom izvrši vakumiranje isparivača.
Spoljnu stranu isparivača nisam stavljao ni u kakvo posebno kućište jer mislim da za tim nema potrebe. Štaviše, ovako će ga i okolni prostor zagrejavati. Sve otvore i rupice na isparivaču zatvorio sam parčetom lima, epoksidnim i topljivim plastičnim lepkom.
Iako sam se na početku plašio preterane kondenzacije vlage iz vazduha na isparivaču, i njenog kasnijeg curenja, u praksi se na isparivaču kondenzuje toliko malo tečnosti da nema potrebe za podmetačem.


Ventilatori

Upotrebljeni ventilatori skinuti su sa neispravnih ispravljača za PC. Upotrebu ventilatora koji se napajaju sa 220V ne mogu preporučiti, zbog sigurnosti od udara struje usled loših uslova rada (vlaga).
Na otvorenu stranu stavio sam prethodno izrađen poklopac sa pričvršćenim ventilatorom. Ukoliko možete birati, za ventilatore uzmite one koji imaju veći broj lopatica (7 umesto 5) i veću potrošnju struje (170 umesto 140mA). Jedan ventilator mora se zašrafiti na lim nakon okretanja. Većina ventilatora ispravljača za PC nema takvu mogućnost pa morate pronaći onaj koji pasuje.
Gornji ventiator mora se postaviti tako da ubacuje vazduh u isparivač, a donji tako da ga izbacuje. Ne smete ih okrenuti naopako, jer bi dobili veći otpor kretanju vazduha kroz isparivač (hladniji vazduh i sam ide nadole).
Ventilatore za napajanje spojite paralelno. Kao ispravljač ja ću koristiti punjač mobilnih telefona. Kako većina njih daje napon od svega 5-7V potrebno je pronaći model sa izlaznim naponom od oko 12V (uglavnom ih imaju stariji Ericsson modeli). Ukoliko ga ne uspete naći možete uvek kupiti univerzalne ispravljače i upotrebiti ih za ovu svrhu. Naravno, morate im podesiti napon na 12V. Morate obratiti pažnju i na struju koju oni mogu dati. Za napajanje 2 ventilatora potrebna je struja od minimalno 280mA (za ventilatore potrošnje 140mA) do 340mA (za ventilatore potrošnje 170mA). Kod punjača za mobilni nema ovih problema, jer oni uglavnom daju struju od oko 400mA. Napon napajanja ispravljača (220V) možete najlakše dobiti sa termostata kompresora.


Kompresor

Trenutno najkvalitetnije klipne kompresore proizvodi nemačka firma Danfoss. Zbog toga sam baš njih tražio za toplotnu pumpu. Oznaka mog kompresora je 8.5 B.
8.5 je oznaka jačine kompresora. Ona direktno određuje njegovu snagu. Njegova potrošnja električne energije je oko 190W. Oznaka B naglašava da je u pitanju verzija sa brzim startom. Takve verzije kompresora mnogo su otpornije na kratkotrajne prekide u napajanju električnom energijom i varijacije napona.
Kako su karakteristike upotrebljenog kompresora bolje od onoga iz SAM-a, nije bilo potrebe za skraćivanjem kapilarne cevi.
Kompresor se u radu toliko greje da je već nakon 10 minuta nemoguće držati ruku na njemu. To je potpuno normalno. Da bi se bar malo ohladio, izlaz hladnog vazduha iz isparivača usmeren je pravo na kompresor. Verovatno bi još praktičnije bilo da je kompresor postavljen iznad ulaznog ventilatora isparivača, tako da isparivač dobija deo toplote od samog kompresora. Meni to nije odgovaralo zbog rasporeda ostalih kuhinjskih elemenata, a i prevelike dužine cevi od kompresora do kondenzatora (mora biti što kraća i termoizolovana).

OPREZ! Kompresor se napaja naponom opasnim po život. U slučaju kvara kompresora ovaj napon mogao bi se pojaviti na kompresoru, isparivaču, bojleru, pa i na samoj slavini za vodu. Uzemljenje kompresora i bojlera (i kazana, i šasije) je OBAVEZNO!
Poželjno je i fizički izolovati kompresor (konkretno deo sa električnim kontaktima) od eventualnog prskanja vode (prilikom zamene slavine i sl.).


Termostat kompresora

Kompresor se može napajati preko postojećeg termostata, koji je potrebno podesiti na oko 40oC, i tako ga ostaviti. Kako kompresor nije namenjen za neprekidni rad, ne treba se forsirati veća temperatura, iako bi je eventualno mogli postići.
Morate imati u vidu da obični termostati nisu najbolje rešenje za ovakav projekat. Svi termostati koji svoj rad zasnivaju na principu bimetalne trake ili promene zapremine gasa, imaju prilično veliki drift temperature. Njima se u dužem vremenskom periodu ne može postići potrebna tačnost. U praksi, ovo znači da bi kompresor mogao nastaviti rad i do 20 minuta nakon što je postignuta zadata temperatura, što direktno utiče na njegovu trajnost.
Iz tog razloga ja ću napraviti bojler kontrolisan mikrokontrolerom i digitalnim termometrom. Mikrokontrolerom ću realizovati i funkciju maksimalno dozvoljenog rada kompresora (oko 30 min.) i pauze do sledećeg rada (oko 40 min.). Zbog nestabilnosti napona gradske mreže u Sokobanji (u zadnje vreme retkih) a i osiguranja pauze u radu kompresora prilikom kratkotrajnih nestanaka struje, mislim da bi bilo zgodno ugraditi i pauzu od oko 30 minuta po dolasku napona napajanja mikrokontrolera. Još jedna mogućnost je rad kompresora samo u jeftinoj tarifi. Postoji li išta štedljivije?


Termostat ventilatora

Ja napon napajanja za ventilatore ne želim uzimati sa termostata kompresora, već ću napraviti posebno elektronsko kolo, tzv. diferencijalni termostat. On u svakom trenutku upopređuje spoljnu temperaturu sa temperaturom u unutrašnjosti isparivača i pokreće ventilatore ukoliko je spoljna temperatura veća.
Njegovom ugradnjom postignuto je smanjenje kondenzacije na isparivaču, i omogućeno je da temperatura isparivača u svakom trenutku bude jednaka spoljnoj.
Mislio sam napraviti finu regulaciju brzine ventilatora u zavisnosti od razlike temperatura, ali se u praksi pokazalo da za tim nema potrebe. Dovoljna je obična ON/OFF kontrola.


Karakteristike

Još nisam završio određene delove toplotne pumpe (termostat kompresora, diferencijalni termostat i ispravljač ventilatora), tako da sam za sada dobio vodu dovoljno toplu za tuširanje pod sledećim uslovima:

  • Ventilatori rade neprekidno sa napajanjem od 9V.
  • Kompresor je kontrolisan digitalnim tajmerom i uključuje se 10 puta dnevno u trajanju od 30 min, bez obzira na temperaturu vode.
  • Spoljna temperatura 10oC.

  • Na ovaj način utrošena električna energija za rad kompresora je 190W*(10h/2)=950Wh.
    Energija za rad ventilatora je (pri 9V) oko 2W*24h=50Wh.
    Ukupna utrošena električna energija je oko 1KWh dnevno.
    Radi poređenja, istu količinu električne energije potrošilo bi za 30 minuta rada bojler sa klasičnim grejačem od 2kW.
    Očekujem povećanje stepena iskorišćenja toplotne pumpe pri korišćenju predviđenih 12V za ventilatore i ugradnji diferencijalnog termostata (zbog boljeg grejanja isparivača okolnim vazduhom i mnogo kraćeg vremena rada ventilatora). Rezultati bi sigurno bili još bolji pri manjoj količini vode i boljoj termoizolaciji bojlera (Upotrebljen bojler je od 80 litara sa samo 3cm staklene vune).
    U izradi toplotne pumpe svojim primedbama i sugestijama dosta mi je pomogao Aleksandar Bojčić iz Sokobanje (Radeta Živkovića 2 018/837-028), koga sam angažovao za nabavku kompresora i punjenje instalacije freonom.



    Komentari


    Ime: Ibro
    Nadimak: cia
    Datum: 10.2.'08.
    Čestitam ! Praktičari poput tebe mogu rješiti sve .Koga preporučuješ u Srbiji za priču o zagrijavanju 200 m2 stanbenog prostora toplotnom pumpom ?
    Ime: Administrator
    Sajt: www.ptt.yu/...
    Datum: 14.2.'08.
    Preporučujem ti momke iz firme Alfa Clima iz Knjaževca. Takođe nađi Gtp Man-ove postove na sajtu elitesecurity.org , a pogledaj i sajt centrala.org .
    Ime: Slobodan
    Nadimak: djsloba10
    Datum: 20.6.'08.
    vredan poduhvat.energija je sve skuplja pa je treba pametno koristiti.

    imam molbu: ako si (ste) napravio(li) diferencijalni termostat treba mi šema. i ja sam pravio neko grejanje i kuće i tople vode pa mi treba neka prostija tehnika diferencijalnog termostata.
    Ime: Administrator
    Sajt: www.ptt.yu/...
    Datum: 25.6.'08.
    Nisam ga pravio (ispostavilo se da za tim nema potrebe), ali imam nekih iskustava.

    Trenutno sam na godišnjem odmoru pa mi šeme nisu dostupne, ali pogledajte na Google. Sigurno ćete naći nešto.

    Preporučujem Vam da proučite princip rada operacionog pojačavača (LM741 i slična kola). On na sebi ima dva ulaza (invertujući i neinvertujući) i jedan izlaz. Što je veći napon na neinvertujućem ulazu, veći će biti i na izlazu. Nasuprot njemu, što je veći napon na invertujucem ulazu, manji će biti na izlazu.

    Za konstrukciju diferencijalnog termostata sa operacionim pojačavačem dovoljno je direktno na ulaze dovesti napon sa senzora temperature (jedan kraj NTC na masu a drugi na + ulaz i 1 kraj 10K trimera na + ulaz a drugi na +Vcc, za - ulaz isto tako) i sa izlaza pomoću odgovarajućih tranzistora uključivati relej, a preko njega veće potrosače. Napon napajanja za LM741 (ne i za deo sa relejem) morao bi biti stabilisan.

    Mislim da je to najjednostavnija šema koja radi iz prve, i sa minimalnim podešavanjima temperaturnog opsega trimerima.

    Moguće da bi probleme mogla izazvati veća dužina kablova do senzora. U tom slučaju bolje bi bilo koristiti koaksijalni kabl kao i odgovarajuće kondenzatore paralelno sa senzorima (10nF bice dovoljno).

    Ako se ne uspete snaći, podsetite me za oko 2 nedelje.
    Ime: Slobodan
    Nadimak: djsloba10
    Datum: 26.6.'08.
    Zahvaljujem na trudu. Problem sam rešio tako što sam od r.k. Nikola Tesla naručio kompletan termostat u kitu i završio sa tim problemom.

    Cena im je desetak evra a pošto živim u malom mestu u kom nema ni poštene bakalnice za sav materijal bih morao da putujem pa mi i ova cena nije velika jer je sve stiglo "na noge".

    Prijatan odmor i da bojler dugo i dobro radi - ja ću nadam se do idućeg leta uraditi solarni kolektor- da smanjim tehniku i potrošnju struje.

    Pozdrav Slobodan
    Ime: Darko
    Datum: 29.10.'08.
    Vrlo kreativno. Da li bih mogao dobiti kopiju ovih SAM-ova?
    Ime: Administrator
    Sajt: www.ptt.yu/...
    Datum: 20.07.'09.
    Tu su na sajtu. Klik na sliku iz SAM-a i otvorice se. Potreban Vam je instaliran Acrobat Reader da biste mogli videti .pdf fajlove.
    Ime: Petar
    Datum: 12.1.'09.
    Interesuje me koliko vode u bojleru od 80 litara je dostiglo temperaturu od 40C (temp iz teksta) i za koje vreme?
    Ime: Administrator
    Sajt: www.ptt.yu/...
    Datum: 13.1.'09.
    Nažalost, nije to bilo za kratko vreme. Koliko se sećam, trebalo mu je oko pola dana rada (6-7 ukljucenja od po 30min), ako ne i više. Ali, i dalje nisam siguran kolika je bila tačna temperatura. Pretpostavljam da je bila oko 40, ali to je samo moje subjektivno mišljenje. U članku iz SAM-a su na primer dobili 35 stepeni, ali uz lošiju termoizolaciju kazana od 50l. Moguće da sam ja dobio nešto bolje karakteristike zbog bolje rešenog dovoda toplote u isparivač (sa dva ventilatora i pregradnim limovima) i upotrebe kvalitetnijeg kompresora.

    Koliko vode? Pa, bojler je od 80l. Ukoliko je pri vrhu imao oko 40 stepeni, razlika u temperaturi od vrha do dna sigurno nije mogla biti mnogo velika. Znaci, 20l na oko 40 stepeni, 20l na 36, 20l na 32 i 20l na 28 stepena. Problem je što mi je bojler tada imao prilično lošu toplotnu izolaciju. Sa savremenim bojlerima od 60l (koji imaju 5cm staklene vune) verovatno bi se dobili bolji rezultati (kraće vreme grejanja, dok se temperatura ne bi mogla značajnije povećati).

    Nažalost, prva verzija toplotne pumpe mi se pokvarila (kompresor) zbog neprekidnog rada. Pre oko nedelju dana sam zamenio kompresor, ali ga ovaj put neću puštati u pogon bez kvalitetnog upravljanja i svih mogućih zaštita.

    Upravo pišem program za PIC16F870 mikrokontroler, kojim ću rešiti upravljanje. Njime cu podesiti uključenje bojlera samo u periodu jeftine tarife (od 23 do 6), i (naravno) ukljucenje i u skupoj tarifi po potrebi. Konkretne rezultate verovatno bih Vam mogao poslati tek krajem marta.

    Uzgred, i Aleksandar Bojčić je takođe za sebe napravio istu toplotnu pumpu. Kaže da su danasnji kompresori mnogo osetljiviji na duži rad.
    Ime: Ivan
    Datum: 4.3.'09.
    cestitam na izvedbi, i upornosti. neznam dokle si sada stigao sa termostatima i ventilatorima ali kao frigomehanicar mogu te uputiti na jos jedan detalj sa kojim bi mogao iz upotrebe izbaciti sve ventilatore i muke oko njih. kod svog frigomehanicara bi se mogao raspitati oko takozvanog ventila za otapanje koji se vrlo jednostavno mointira a koristi se kod vecih rashladnih vitrina . on ne bi trebao da radi duze od 30-tak sekundi u tvom slucaju a vrlo bi ti pojednostavio toplotnu pumpu
    Ime: Administrator
    Sajt: www.ptt.yu/...
    Datum: 9.3.'09.
    Hvaa na savetu, ali nažalost, ventil za otapanje ne bih mogao upotrebiti umesto ventilatora. Njegova glavna funkcija je da otopi isparivač prilikom njegovog zamrzavanja, a ja jednostavno ne smem dozvoliti da se isti zaledi. Led je odličan toplotni izolator, tako da se ne mogu nadati da će moći primiti iole toplote na taj način. Zato su ventilatori obavezni. Osim toga kako kompresor mora raditi tek povremeno, inje koje se i nakupilo isparice pod dejstvom ventilatora dok kompresor ne radi.

    Samo jednom mi se desilo da se u unutrasnjosti isparivaca našao led. Nakon što su mi braća (greškom) ostavila pumpu duže vreme uključenu. Naravno, pregorela je. U normalnom radu se zbog ventilatora na isparivaču čak ne stvara ni inje (bar ne spolja). Na slici se ono može videti jer je isparivač slikan bez uključenih ventilatora.

    Nažalost, previse sam zauzet obavezama da bih mogao ovih dana zavrsiti pumpu. Imam delove, ali nemam vremena.

    Inače, jos bolje resenje bilo bi uzeti umesto isparivaca za frizider običan kondenzator zajedno sa ventilatorom sa većih rashladnih vitrina. On zbog odličnog orebrenja ima mnogo, mnogo bolji prenos toplote od onoga sto sam ja postigao nitnama i limovima.
    Ime: Sale
    Datum: 25.7.'09.
    Postovani obracam se sa jednom molbom a koja se sastoji u sledecem : GDJE MOZE DA SE NABAVI DIFERENCIJALNI TERMOSTAT ZA SOLARNI KOLEKTOR posto su termostati koje prave firme preskupi Molim za pomoc
    Ime: Administrator
    Sajt: www.ptt.yu/...
    Datum: 25.7.'09.
    Odgovoreno e-mailom.






    Mail
    http://www.ptt.rs/korisnici/t/r/trifunov/