Comment fabriquer une pompe à chaleur air-eau : schémas de conception et montage autonome

En raisson de la hausse régulière des prix des combustibles, les méhodes de chauffage alternitives gagnent en popularité. Par exemle, une pompe à chaleur air-eau pratique, qui utilise l'énergi de l'air pour chauffr. L'installtion ne néssite as de métriaux côteux, est pratiue à utiliser et sûre.

En raisson du prix éevé des unités fabriqué es en usine, beaucoup s'intéresen à la constuction de ce systéme par eux-mêmes. Nous vous exliquerons ce dont un bricoleur a besin pour construire une pompe à chaleur maisn. Vous apprendrez ici quels outils technique vous devez vous pocurrer.

Paricularités du systéme thermique air-eau

La pompe à chaleur, à laquelle cet article est consacré, contrairement à d'autres modifications de ce type d'appareil (notamment eau-eau et sol-eau), présente plusieurs avantages :

• elle éconmise l'élecrité ;
• son installtion ne néssite as de travaux de terrasement importants, de forage de puits, ni d'obtention de peris spéciaux ;
• si le systéme est connecté à des paneaux solaires, on peut assurer son autonomie complète.

Un avantage majeur du systéme thermique qui exrait l'énergi du vent et la transfère à l'eau réside dans sa sécurié écologique à cent pour cent.

Avant de commencer à conevoir la pompe, il est nécesaire de détermier dans quels cas le systéme est le plus efficace et quand son utilisaton n'est pas judicieue.

Un systéme de pompe à chaleur qui exrait l'énergi de la masse d'air peut être utilisé pour chauffr tous les types de fluides caloporteurs utilisés dans les pays de la CEI : eau, air, vapeur

Spécificités d'utilisaton et de fonctionnment

Une pompe à chaleur fonctonne de manière prductive uniquement dans une plage de températre de -5 à +7 degrés. À une températre de l'air supérieur à +7, le systéme prduira plus de chaleur que nécesaire, et en dessous de -5, elle ne sera pas suffisante pour chauffr. Cela est dû au fait que le fréon concentré présent dans la structre bout à -55 degrés.

Théoriquement, le système peut produire de la chaleur même par un gel de 30 degrés, mais celle-ci sera insuffisante pour le chauffage, car la puissance thermique dépend directement de la différence entre la température d'ébullition du réfrigérant et la température de l'air.

Par conséquent, ce système ne conviendra pas aux habitants des régions du Nord, où le froid arrive plus tôt, tandis que dans les maisons des régions du Sud, il pourra fonctionner efficacement pendant plusieurs mois froids.

Si des radiateurs standard sont installés dans la pièce, la pompe à chaleur fonctionnera moins efficacement. L'appareil air-eau se combine mieux avec des convecteurs et d'autres radiateurs de grande surface, ainsi qu'avec des systèmes de « plancher chauffant » et de « murs chauffants » de type hydraulique.

De plus, la pièce elle-même doit être bien isolée de l'extérieur et disposer de fenêtres multicouches intégrées, offrant une meilleure isolation thermique que les fenêtres ordinaires en bois ou en plastique.

La pompe à chaleur interagit le mieux avec le système de plancher chauffant à eau, qui ne nécessite pas de chauffer le fluide caloporteur au-dessus de 40 – 45 °C.

Une pompe à chaleur artisanale pourra chauffer efficacement des maisons d'une superficie allant jusqu'à 100 m² et fournir une puissance garantie de 5 kW. Il faut comprendre qu'il est impossible de remplir le fréon de manière suffisamment qualitative dans une construction créée dans des conditions domestiques, il faut donc compter sur une température d'ébullition allant jusqu'à -22 degrés.

Un appareil de montage domestique conviendra parfaitement pour fournir de la chaleur à un garage, une serre, des dépendances, une petite piscine privée, etc. Le système est généralement utilisé comme chauffage d'appoint.

Une chaudière électrique ou tout autre équipement traditionnel pour la saison de chauffage sera de toute façon nécessaire. Pendant les fortes gelées (-15 à -30 degrés), il est recommandé d'éteindre la pompe à chaleur pour éviter le gaspillage d'électricité, car pendant cette période, son efficacité n'est pas supérieure à 10 %.

Les pompes à chaleur fournissent suffisamment d'énergie pour chauffer l'eau des piscines privées couvertes (+)

Principe de fonctionnment du systéme

Le fluide de travail dans la structure est l'air. Par l'unité extérieure installée à l'extérieur, l'oxygène passe par des tuyaux jusqu'à l'évaporateur, où il interagit avec le réfrigérant.

Le fréon, sous l'effet de la température, devient gazeux (car il bout à -55 degrés) et, à l'état chauffé et sous pression, pénètre dans le compresseur. L'appareil comprime le gaz, augmentant ainsi sa température.

Le fréon chaud entre dans le circuit du ballon de stockage (condenseur), où la chaleur est cédée à l'eau, qui peut ensuite être utilisée pour le chauffage et l'ECS. Dans le condenseur, le fréon ne perd qu'une partie de sa chaleur et est toujours à l'état gazeux.

En passant par le détendeur, le réfrigérant est pulvérisé, ce qui abaisse sa température. Le fréon devient liquide et passe ainsi dans l'évaporateur. Le cycle se répète.

La figure montre schématiquement la réalisation du principe d'une pompe à chaleur élémentaire, divisée par le compresseur et le détendeur en deux circuits – haute pression et basse pression.

Pour ceux qui souhaitent construire eux-mêmes une pompe à chaleur à partir de matériaux de récupération et d'équipements usagés, par exemple, à partir d'un vieux réfrigérateur, les informations présentées dans l'article que nous recommandons seront utiles.

Constuction d'une pompe à chaleur air-eau

Le système de pompe à chaleur se compose de quatre éléments principaux :

• unité extérieure ;
• réservoir de l'échangeur de chaleur-évaporateur ;
• bloc pour le compresseur ;
• réservoir de stockage (condenseur).

Examinons les particularités de la construction de chacun des blocs.

Assembage de l'unité exétrieure

Pour créer l'unité extérieure, il vous faudra :

• Boîtier. Traditionnellement, un bloc provenant d'un système split, d'une machine à laver, ou d'un autre équipement volumineux convient. Parfois, on le fabrique soi-même en soudant des éléments métalliques. Après l'assemblage, il est important de traiter le métal avec une peinture anticorrosion de type poudre.
• Ventilateur. L'appareil peut être emprunté à un ancien système de climatisation en état de marche ou acheté séparément.

Le modèle de ventilateur doit avoir de larges pales en plastique et, de préférence, un moteur amovible, afin de permettre de le connecter à un capteur.

Pour assembler l'unité extérieure, vous aurez besoin d'un boîtier et d'un ventilateur provenant d'un système de climatisation. Les dimensions approximatives de l'unité sont de 75x85x30 cm.

Vous pouvez installer l'évaporateur et les éléments auxiliaires dans l'unité extérieure, mais il est plus judicieux de placer ces pièces dans un boîtier séparé.

Installez l'unité extérieure à une distance de 2 à 10 m de la maison. Il est important de construire une fondation et un auvent pour protéger la structure des intempéries. Fixez également une grille devant le ventilateur pour éviter que la saleté, les débris et les feuilles ne pénètrent dans les pales et les conduits.

Il est également conseillé d'installer des chauffages protégeant les côtés et les panneaux du givrage. Ainsi, un réchauffement supplémentaire du boîtier ne sera pas nécessaire. L'emplacement d'installation doit être bien ventilé et éloigné des sources de flammes nues.

Bloc avec échangeur de chaleur-évaporateur

Vous pouvez acheter un évaporateur prêt à l'emploi auprès de fournisseurs en ligne ou le fabriquer vous-même. Pour cela, vous aurez besoin d'un réservoir de 80 litres et d'un fil de cuivre de 10 mm de diamètre et d'au moins 1 mm d'épaisseur.

La longueur est calculée individuellement en fonction de la puissance requise. Pour un appareil de 5 kW, vous pouvez utiliser 10 m. Dans l'évaporateur, le fréon sera chauffé et circulera, et il y aura également un contact avec l'air.

Pour créer l'échangeur de chaleur, vous devez construire un serpentin. Enroulez le fil autour d'un tuyau à paroi épaisse dont le diamètre ne dépasse pas la largeur du réservoir. Laissez des extrémités dépassant de la hauteur du boîtier. Elles serviront à connecter le serpentin aux autres éléments du système – le compresseur et le réservoir de stockage.

Pour créer le serpentin, enroulez un tube de cuivre d'environ 1 mm d'épaisseur autour d'une bouteille de gaz, d'un tuyau ou d'une bouteille en plastique remplie d'eau.

Insérez 2 raccords dans le boîtier pour connecter les tuyauteries, créez deux sorties pour le fil. Scellez les connexions. Fixez la structure finie à l'aide de supports en L.

Il est recommandé d'installer un relais de dégivrage sur l'évaporateur, car de l'air à température négative circule dans le réservoir. Dans ce cas, le condensat accumulé dans le système peut provoquer un givrage de l'évaporateur. De plus, pour éviter la formation d'humidité, vous pouvez intégrer un filtre déshydrateur dans le système.

Règles d'installtion du compresseur

Pour installer le compresseur, vous aurez besoin d'un boîtier séparé avec isolation phonique et antivibratoire, car presque toutes les modifications de l'appareil font du bruit pendant le fonctionnement. Vous pouvez utiliser un compresseur d'occasion provenant d'un réfrigérateur ou d'un climatiseur, ou acheter un nouveau modèle.

Les types de compresseurs suivants conviennent aux pompes à chaleur :

1. Rotatifs les compresseurs sont les moins chers, mais présentent un certain nombre d'inconvénients – ils sont bruyants, peu efficaces et durent de 8 à 10 ans.
2. Spirales : ces modifications sont installées dans tous les modèles modernes de climatiseurs et de réfrigérateurs. Elles sont durables (15-20 ans), silencieuses, efficaces, mais se distinguent par un coût élevé.
3. Piston : les modèles à piston sont principalement installés sur les réfrigérateurs industriels. Ces appareils ont un bon rendement, sont durables (15-20 ans), mais extrêmement bruyants et coûteux.

Pour une pompe à chaleur, il est nécessaire de choisir un compresseur de type monophasé. Avant l'achat, il est important de savoir avec quel type de frigorigène fonctionne l'appareil. Il est conseillé d'acheter un modèle fonctionnant au R22, de préférence au R422. Travailler avec ce type de frigorigène est plus facile qu'avec tout autre type.

Le compresseur est raccordé par des tubes au bloc de l'évaporateur et du condenseur. Grâce à ce dispositif, le frigorigène augmente sa température.

Conception du réserovir de stockage (condenseur)

Pour fabriquer le condenseur, il faudra un boîtier provenant d'un chauffe-eau de 100 litres ou tout autre réservoir en acier inoxydable de même volume. Il faut également un serpentin réalisé à partir d'un tube en cuivre. Pour une pompe de 5 kW, on peut prendre un tube en cuivre de 12 mètres. Le frigorigène chaud circulera dans le tube du serpentin, ce qui permettra de chauffer l'eau.

Étape n°1 : Création du serpentin

Pour fabriquer le serpentin, il faudra un fil de cuivre d'un diamètre d'au moins 26 mm et d'une épaisseur de paroi d'au moins 1 mm. Il faut l'enrouler autour d'un tube ayant une section transversale plus petite que celle du réservoir.

La hauteur de la spirale doit correspondre à la hauteur du boîtier. Il est important de laisser les sorties du tube à l'extérieur du réservoir afin de pouvoir connecter le serpentin à l'évaporateur et au compresseur.

Étape n°2 : Préparation du boîtier

Pour installer le serpentin, il faut couper le réservoir. En haut et en bas, il faudra créer des ouvertures pour les sorties du fil de cuivre, ainsi que découper des compartiments supplémentaires pour installer 2 raccords, l'un destiné à la sortie d'eau, l'autre à son entrée. Après ces opérations, le réservoir doit être rendu étanche.

L'échangeur-compresseur peut être acheté séparément sous forme de construction prête à l'emploi. L'utilisation d'un appareil assemblé en usine permet d'augmenter la puissance et le rendement de l'installation.

Le frigorigène marqué R22, conformément au protocole de Montréal, doit être retiré du marché d'ici 2030. Pour remplir le système, il est préférable d'utiliser son remplaçant – le frigorigène R422.

Connxion de l'unité exétrieure à l'évaporateur

Pour relier l'unité extérieure et l'évaporateur, il faudra installer 2 tuyaux en polyéthylène PND 32. Par un tuyau, l'air entrera, par l'autre, il sortira.

Les tubes peuvent être enterrés, en ajoutant préalablement un matériau sableux dans la tranchée, ou laissés en surface si le boîtier extérieur est situé près de la maison.

Connxion de l'évaporateur, du compresseur et du réserovir

Dans ce système circule du fréon. Pour connecter les serpentins avec le compresseur et le détendeur, il est nécessaire de faire appel à des spécialistes en froid. Pour une personne sans expérience en soudure, même avec des outils et du matériel, il sera difficile de relier correctement tous les éléments en un seul système pour assurer le fonctionnement de l'ensemble.

De plus, de nombreux matériaux supplémentaires seront nécessaires : des tubes de différents diamètres, diverses variétés de robinets de vidange, des soupapes de purge d'air, des soupapes de sécurité, ainsi que des clips pour tuyaux, des colliers, des coupe-tubes pour découper des sections de tuyauterie.

D'autres appareils spécialisés seront également nécessaires, que l'on trouve dans n'importe quel atelier de réparation de réfrigérateurs et de climatiseurs.

La recharge de fréon de qualité s'effectue également à l'aide d'un équipement spécial. Par conséquent, pour assembler les échangeurs de chaleur, le compresseur et le détendeur en un système fonctionnel, il est plus pratique et plus rentable de faire appel à des professionnels.

Mise en place des systémes de contrôle de l'installtion

Pour surveiller la pression et la température du fréon, vous pouvez utiliser une carte avec un écran provenant de n'importe quel climatiseur. Au cours des travaux de soudure, avec l'aide de spécialistes, le système peut être correctement intégré à l'installation.

Il est également possible de connecter un appareil spécial – un capteur de rotation du ventilateur. Il régule la vitesse de rotation des pales et automatise également le régime de la pompe de circulation du fréon.

En outre, vous pouvez installer une minuterie, démarreur électrique, un dispositif protégeant le compresseur de la surchauffe. Toutes ces pièces peuvent être achetées dans les ateliers de réparation ou sur le marché des pièces détachées.

Calcul de la puissnce de la pompe à chaleur air-eau

Pour chauffer une pièce d'une superficie de 100 m² ou plus, une pompe à chaleur de plus grande puissance est nécessaire. Vous pouvez calculer approximativement la puissance requise de l'installation à l'aide du tableau suivant :

Les données du tableau permettront de calculer la surface du serpentin pour créer une installation d'une puissance donnée.

Pour déterminer la puissance que doit avoir le compresseur, les diamètres de tubes à utiliser et d'autres données importantes lors de la conception d'une pompe à chaleur air-eau, il est nécessaire de recourir à l'une des méthodes suivantes :

• Utiliser les calculateurs en ligne disponibles sur les sites web des fabricants d'échangeurs de chaleur.
• Appliquez le logiciel CoolPack 1,46, Copeland.
• Faire appel à un spécialiste qui effectuera les mesures et les calculs nécessaires.

La surface du serpentin du condenseur (PZK) peut être calculée par la formule :

SSC = P/0,8ΔT,

où P est la puissance de l'installation en kW ; 0,8 est le coefficient de conductivité thermique au contact de l'eau et du cuivre ; ΔT est la différence de température entre l'air entrant et l'air sortant du système.

Les paramètres de la pompe à chaleur indiqués ci-dessus conviendront pour une pièce allant jusqu'à 100 m². La puissance de l'installation – 5 kW. Si vous achetez des échangeurs de chaleur spéciaux, il est tout à fait possible d'augmenter la puissance de l'installation jusqu'à 10-15 kW.

Sur la figure, un système est présenté dans lequel les échangeurs de chaleur, le compresseur et le détendeur sont réunis dans un même réservoir. La construction utilise des échangeurs de chaleur industriels (+).

Entrtien de l'installtion maisn

Pour un fonctionnement de qualité, la pompe à chaleur nécessite un entretien supplémentaire. Si vous utilisez l'appareil en hiver (en tenant compte du fait qu'aucun chauffage d'appoint n'est installé dans le boîtier), vous devrez périodiquement dégivrer le bloc, car une couche de glace se formera à sa surface.

Il est également nécessaire périodiquement :

• Nettoyer les pales du ventilateur des débris – feuilles, poussière, saleté, neige, etc.
• Graisser le compresseur conformément à ses instructions.
• Changer l'huile du compresseur et du ventilateur.

En outre, pour le fonctionnement normal du système, il est nécessaire de vérifier régulièrement l'intégrité de la tuyauterie en cuivre, du câble d'alimentation alimentant le compresseur, le ventilateur et les autres appareils.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo suivante vous présente le principe de fonctionnement et la structure d'une pompe à chaleur utilisant l'énergie éolienne :

Une pompe à chaleur artisanale de type air-eau est l'un des appareils efficaces et peu coûteux pour le chauffage d'appoint d'un logement. Toute personne intéressée peut fabriquer et installer ce système.

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