Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique

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Contrairement aux dispositifs à énergie alternative tels que les panneaux solaires et les éoliennes, la pompe à chaleur est moins connue. Et en vain. Le système d’eau souterraine le plus courant fonctionne de manière stable et ne dépend pas des conditions météorologiques ou climatiques. Et tu peux le faire toi-même.

Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique

Un peu de théorie

Il est plus facile d’utiliser la chaleur naturelle de la terre pour chauffer une maison s’il y a de l’eau géothermique dans la région (comme cela se fait en Islande). Mais de telles conditions sont rares..

Et en même temps, l’énergie thermique est partout – il vous suffit de l’extraire et de la faire fonctionner. C’est à cela que sert la pompe à chaleur. Ce qu’il fait:

  • prend l’énergie de sources naturelles à basse température;
  • l’accumule, c’est-à-dire élève la température à des valeurs élevées;
  • le donne au liquide de refroidissement du système de chauffage.

En principe, un circuit frigorifique à compresseur standard est utilisé, mais «vice versa». Un caloporteur naturel circule dans le premier circuit. Il est fermé à un échangeur de chaleur qui fait office d’évaporateur pour le deuxième circuit.

Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique 1 – terre; 2 – circulation de la saumure; 3 – pompe de circulation; 4 – évaporateur; 5 – compresseur; 6 – condensateur; 7 – système de chauffage; 8 – réfrigérant; 9 – starter

Le deuxième circuit est la pompe à chaleur elle-même, à l’intérieur de laquelle il y a du fréon. Un cycle de pompe à chaleur comprend les étapes suivantes:

  1. Dans l’évaporateur, le fréon est chauffé au point d’ébullition. Cela dépend du type de fréon et de la pression dans cette partie du système (généralement jusqu’à 5 atmosphères).
  2. À l’état gazeux, le fréon entre dans le compresseur et est comprimé à 25 atmosphères, tandis que sa température augmente (plus la compression est importante, plus la température est élevée). C’est la phase d’accumulation de chaleur – à partir d’un grand volume avec une basse température, une transition vers un petit volume avec une température élevée.
  3. Le gaz chauffé par pression entre dans le condenseur, dans lequel la chaleur est transférée au liquide de refroidissement du système de chauffage.
  4. Après refroidissement, le fréon entre dans le papillon (aussi appelé régulateur de débit ou vanne thermostatique). Dans celui-ci, la pression chute, le fréon se condense et retourne à l’évaporateur sous la forme d’un liquide.

Où est-il préférable de «retirer» la chaleur

Fondamentalement, il existe trois supports à partir desquels vous pouvez «prélever» de la chaleur:

1. Air. À pression normale, tous les types de fréons bouillent à des températures négatives (par exemple, R22 – environ -25 ° C, R404 et R502 – environ -30 ° C). Mais pour la circulation dans le système, il est nécessaire de créer déjà une surpression lors de la première phase – l’évaporation. Les mêmes 4 atmosphères dans l’évaporateur exigent que la température de l’air extérieur soit d’au moins 0 ° C pour le R22 et -5 ° C pour le R404 et le R502. Dans nos régions, ce type de pompe à chaleur peut être utilisé pour le chauffage en basse saison et pour l’approvisionnement en eau chaude pendant la saison chaude..

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2. L’eau. Il s’agit d’une source de chaleur plus stable, à condition que le réservoir ne gèle pas jusqu’au fond en hiver. Mais la maison ne doit pas seulement être à côté d’un lac ou d’une rivière, mais être en première ligne.

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3. Terre. La source d’énergie thermique la plus stable. Vous pouvez utiliser deux schémas – horizontal et vertical. L’horizontale semble plus facile car elle ne nécessite pas de perçage. Mais une grande quantité de terrassement devra être effectuée pour creuser un système de tranchées à une profondeur inférieure au niveau de gel du sol (pour les latitudes moyennes, il varie de 1 mètre à l’ouest de la partie européenne du pays et jusqu’à 1,6-1,8 plus près de l’Oural, en Sibérie la situation est «encore pire «Le schéma vertical est plus polyvalent et efficace, mais nécessite un forage à une profondeur considérable. Bien que plusieurs puits peu profonds puissent être utilisés au lieu d’un puits profond..

Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique

Diagramme schématique

Le circuit de la pompe à chaleur lui-même est simple: évaporateur – compresseur – condenseur – starter – évaporateur.

Le cœur du circuit est le compresseur. Vous pouvez en acheter un neuf, mais c’est moins cher d’en trouver un d’occasion. Naturellement, nous ne parlons pas de compresseurs basse puissance pour réfrigérateurs ménagers, mais de modèles installés dans des systèmes split. Il est nécessaire de se concentrer non pas sur la consommation électrique, mais sur la puissance en mode chauffage (qui est de 5 à 20% plus élevée qu’en mode refroidissement).

Le modèle de compresseur est choisi selon le rapport de 1 kW par 10 m2. mètres de surface chauffée.

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Attention! La puissance peut être indiquée non seulement en kW, mais aussi en BTU (unité anglaise de mesure de l’énergie thermique, adoptée pour la technologie climatique). La conversion est facile – divisez la valeur BTU par 3,4.

Lors du calcul des paramètres d’une pompe à chaleur, y compris les échangeurs de chaleur, un logiciel est utilisé pour la modélisation, le calcul et l’optimisation des systèmes de refroidissement, par exemple CoolPack

Déjà au stade des calculs (ou plutôt, lors de la spécification de «l’entrée»), vous pouvez optimiser le système en choisissant les conditions thermiques optimales.

L’utilisation d’une pompe à chaleur est efficace pour les systèmes de chauffage à basse température, par exemple pour le chauffage par le sol avec une température ne dépassant pas 35–40 ° C. À propos, la même température est recommandée pour les exigences médicales du système ECS.

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Pour chaque type de fréon, il existe des températures optimales «d’entrée» et de «sortie», plus précisément d’ébullition et de condensation, mais la différence entre elles ne dépasse pas 45-50 ° C.

Il semblerait qu’une augmentation de la température à la sortie de la pompe à chaleur aura un effet positif, mais ce n’est pas le cas. La différence de température augmentera également, ce qui conduira à une diminution du COP (facteur de conversion ou efficacité d’un moteur thermique). De plus, cela nécessitera l’utilisation d’un compresseur plus puissant et une consommation d’énergie supplémentaire..

Le COP idéal ne peut pas être atteint (pertes dans le compresseur, consommation d’énergie, pertes de chaleur pendant le transport dans le système, etc.), de sorte que les valeurs réelles se situent généralement dans la plage de 3 à 5.

Il existe une autre façon d’augmenter l’efficacité – l’utilisation d’un circuit de chauffage bivalent.

En réalité, le fonctionnement du système de chauffage à pleine capacité n’est nécessaire que pendant 15 à 20% de la saison entière. Pendant ce temps, vous pouvez utiliser des appareils de chauffage supplémentaires (par exemple, un radiateur en céramique ou un convecteur). Réduire la puissance thermique de conception jusqu’à 80% économisera sur le compresseur, réduira la profondeur du puits ou la longueur des tuyaux horizontaux et réduira la consommation d’énergie pour l’entretien de la pompe à chaleur elle-même.

La conception de l’échangeur de chaleur au sol horizontal ou vertical dépend de la puissance nominale donnée de la pompe à chaleur et du COP. En moyenne, 20 W sont retirés de chaque mètre de «l’horizon» (avec une étape de pose de canalisations d’au moins 0,7 m), et de la «verticale» – 50 W. Mais les valeurs spécifiques dépendent du type de roche et de sa teneur en humidité. Les meilleures valeurs pour les eaux souterraines.

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Intéressant! Il existe également d’autres échangeurs de chaleur au sol – « en spirale » ou « panier ». En fait, il s’agit d’une sonde verticale constituée d’un tuyau en forme de spirale, ce qui permet de réduire la profondeur de forage..

Après avoir déterminé la longueur du circuit horizontal ou la profondeur de la sonde verticale, calculez les dimensions de l’évaporateur et du condenseur.

Fabrication d’évaporateurs et de condenseurs

Vous pouvez acheter des échangeurs de chaleur prêts à l’emploi pour l’évaporateur (à basse pression) et pour le condenseur (à des pressions jusqu’à 25 bar). Mais il est moins cher de les fabriquer à partir d’un tube en cuivre pour climatiseurs (qui est spécialement conçu pour fonctionner avec des réfrigérants à haute pression) et de conteneurs improvisés.

Important! Le tuyau de plomberie en cuivre n’est pas aussi propre et flexible. Il est pire de le souder et de le rouler lors de l’installation.

Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique

La surface de l’échangeur de chaleur est calculée, qui est directement proportionnelle à la puissance de dégagement de chaleur et inversement proportionnelle à la différence de température des caloporteurs à l’entrée et à la sortie de chaque circuit connecté (sol et système de chauffage).

Connaissant le diamètre et la surface du tuyau, déterminez la longueur de chaque serpentin pour l’évaporateur et le condenseur.

Il est préférable de fabriquer un récipient pour un condensateur en acier inoxydable (la température de la vapeur de fréon entrante peut être assez élevée):

  • prenez un réservoir prêt à l’emploi d’une capacité appropriée (de sorte qu’une spirale d’un tube de cuivre s’adapte);
  • placez-y une bobine (entrée en haut, sortie en bas);
  • retirer les extrémités du tube en cuivre pour le raccordement au compresseur et au détendeur (par soudure ou bride);
  • faire un raccord d’adaptateurs dans le réservoir pour connecter les tuyaux du système de chauffage;
  • souder le couvercle.

Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique

L’évaporateur fonctionne à des températures plus basses, vous pouvez donc prendre un récipient en plastique moins cher, dans lequel des adaptateurs sont coupés pour se connecter à la boucle de masse. Il diffère également du condenseur par l’emplacement du serpentin de l’échangeur de chaleur – entrée (phase liquide du fréon du détendeur) par le bas, sortie vers le compresseur par le haut.

Installation du circuit

Une fois les échangeurs de chaleur fabriqués, le circuit gaz-hydraulique est assemblé:

  • le compresseur, le condenseur et l’évaporateur sont installés en place;
  • braser ou brider des tuyaux en cuivre;
  • connecter l’évaporateur à la pompe du circuit de masse;
  • connecter le condenseur au système de chauffage.

Thermopompe à faire soi-même pour le chauffage domestique 1 – pompe de circulation du circuit sol; 2 – évaporateur; 3 – sortie du contour du sol; 4 – vanne thermostatique; 5 – compresseur; 6 – au système de chauffage; 7 – condensateur; 8 – retour système de chauffage

Le circuit électrique (compresseur, pompe de boucle de masse, automatisme de secours) doit être connecté via un circuit dédié, qui doit supporter des courants de démarrage assez élevés.

Il est impératif d’utiliser un disjoncteur, ainsi qu’un arrêt d’urgence à partir d’un thermocontact: à la sortie d’eau du condenseur (avec surchauffe) et à la sortie de saumure de l’évaporateur (avec surrefroidissement).

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