Как сделать из сплит системы тепловой насос. Технология сборки теплового насоса типа вода-вода с отбором тепла из скважины. Как работает тепловой насос
Вконтакте Facebook Twitter Лента RSS

Как сделать из сплит системы тепловой насос. Технология сборки теплового насоса типа вода-вода с отбором тепла из скважины. Как работает тепловой насос

Могли бы вы подумать, что устройство, в основе которого лежит технология обычного холодильника сможет выполнять качественное отопление не только бассейна, но и всего дома? Всё это выполняет обычный тепловой насос, который, более того, можно самостоятельно изготовить в домашних условиях.

Если вы поймете принципы его работы и особенности конструкции, то сможете справиться с его созданием самостоятельно. Что очень полезно и удобно для обустройства своего жизненного пространства.

1 Принцип работы

Технология, лежащая в основе , по сути своей, мало чем отличается от технологии функционирования обычного холодильника. Как вы знаете, холодильник, для обеспечения низкой температуры выкачивает тепло из камер, и передает его наружу, через радиаторы.

На этом же принципе основывается и технология теплового насоса: для отопления помещений он «выкачивает» тепло из земли, или воды, перерабатывает его и отдает в систему отопления дома, теплицы либо бассейна.

Хладагент (фреон, либо аммиак), циркулирует по системе, состоящей из внутреннего и внешнего контура. Внешний контур расположен в среде забора тепла. В качестве такой среды может выступать воздух, земля, либо вода.

По сути, любая естественная среда обладает достаточным количеством рассеянной тепловой энергии, которая собирается хладагентом, и передается в систему для переработки. Для начала процессов необходимо, чтобы теплообменник повысил свою температуру на 4-5 градусов. Это очень важный момент, так как теплообменник напрямую влияет на все условия вокруг.

Далее, из внешнего контура нагретый хладагент попадает во внутренний контур. Первый блок – испаритель, трансформирует теплообменник из жидкого состояния в форму газа. Это возможно благодаря тому, что фреон, при невысоком давлении внешней среды, обладает очень низкой температурой кипения.

Далее, из испарителя фреон в газообразной форме попадает в компрессор, где газ сжимается, вследствие чего резко повышается его температура. После этого газ попадает в третий блок – конденсатор. В нём газ отдает свою температуру воде — теплоносителю системы отопления дома, после охлаждения он обратно принимает жидкую форму, и выполняется повторная циркуляция.

Главной характеристикой продуктивности теплового насоса для отопления выступает коэффициент преобразования, который зависит от соотношения тепловой мощности, выдаваемой насосом, к количеству потребляемой тепловой энергии.

1.1 Конструкция теплового насоса

Конструкция классических тепловых насосов делится на два основных контура – внешний и внутренний. Очень важную роль в них играет теплообменник, как основной провоцирующий фактор. Внешний контур состоит из труб, по которым циркулирует теплообменник (хладагент).

Такой контур может иметь разные способы реализации и расположения, однако он всегда выполняет только одну функцию – выполнять циркуляцию хладагента в среде забора тепла, и перемещать теплообменник к компрессору. Трубы внешнего контура выполняются из пластика, или других материалов с высокой теплопроводностью.

Внешний контур – сам насос, состоит из конденсатора, компрессора, испарителя и редукционного клапана.

Кроме этого, выделяют гидродинамический ТН, конструкция которого отличается от обычного теплового насоса для отопления. Гидродинамический насос состоит из силового агрегата (двигателя), теплогенератора, и соединительной муфты, которая передает произведенную приводом энергию на генератор, где происходит нагрев рабочей жидкости для отопления.

1.2 Виды и их отличия

В зависимости от вида среды, в которой тепловой насос черпает энергию, выделяют такие виды ТН:

  • Воздух-вода;

Воздушный тепловой насос является самым бюджетным вариантом альтернативного отопления, он может быть обустроен своими руками, так как для его функционирования нет необходимости обустраивать сложную систему внешнего контура.

Однако воздушный насос обладает одним существенным недостатком, который делает его использование в нашем климате неоправданным – с понижением температуры воздуха резко снижается его эффективность.

Если для отопления бассейна вы хотите сделать тепловой насос своими руками, – лучший вариант. Причем для бассейна такой вариант будет предпочтительным, так как с ним достаточно просто работать и он чрезвычайно практичен.

  • Вода-вода;

Внешний контур для забора тепла расположен в незамерзающем водоеме – искусственном, либо естественном. По уровню теплоотдачи вода является наиболее эффективной средой. На практике, использование поверхностных водоемов неоправданно, так как они замерзают в холодное время года.

Максимальная стабильность и эффективность отопления тепловым насосом достигается при использовании грунтовых вод. Для этого создаются специальные скважины, в которых размещается внешний контур системы.

Несмотря на то, что данная технология отопления является наиболее трудоемкой, её использование имеет смысл, так как температура грунтовых вод не подвергается существенным изменениям в разное время года. Оптимальный вариант для отопления бассейна либо небольших жилых помещений.

  • Рассол-вода;

Для забора тепла используется грунт, что обуславливает необходимость создания коллекторов (для горизонтального размещения труб внешнего контура), либо неглубоких скважин (для вертикального размещения — 1 погонный метр скважины дает 40-60 Ватт тепла).

Используется такой вариант повсеместно – от прогрева бассейна, до отопления всего дома. Название «рассол» технология получила от того, что в трубы заливается специальная незамерзающая жидкость.

Также существует тепловой насос Френетта – он работает по отличающейся технологии, и не с обычными тепловыми насосами не имеет ничего общего. Данный насос представляет собою две цилиндрические емкости – большую и меньшую, при этом, емкость с меньшими размерами размещается внутри большого сосуда.

Свободное пространство между ними заполнено маслом. Внешний цилиндр неподвижно зафиксирован, а внутренняя емкость подсоединена к валу привода, при работе которого, вследствие сил трения возникающих при вращательных движениях цилиндров, масло нагревается до очень высокой температуры и передается к радиаторам отопления.

Такой механизм обладает достаточно высокой эффективностью, и при этом, его можно без проблем изготовить своими руками.

2 Делаем и устанавливаем тепловые насосы своими руками

Тепловой насос своими руками изготовить вполне реально, однако для этого необходимо найти хороший компрессор.

Сделать это можно, заглянув к какому-то местному мастеру по ремонту бытовой техники, где распотрошив старый кондиционер, вы за небольшую сумму получите вполне качественный компрессор (их ресурс работы намного больше, чем среднестатистический срок жизни кондиционеров).

В качестве конденсатора можно использовать бак из нержавейки, ориентировочно на 100 литров. А для контура, по которому будет циркулировать теплообменник, отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.

Тепловой насос своими руками – этапы изготовления:

Чтобы сделать тепловой насос Френетта своими руками нам необходимо обзавестись такими материалами:

  • Стальной цилиндр (диаметр выбирайте исходя из мощности насоса, которая необходима вам для отопления: чем больше рабочая поверхность – тем более эффективным будет устройство);
  • Стальные диски, с диаметром на 5-10% меньше, чем диаметр цилиндра;
  • Электродвигатель (лучше всего изначально подбирать привод с удлиненным валом, так как на него будут устанавливаться диски);
  • Теплообменник – любое техническое масло.

От количества оборотов, которое может выдать двигатель, будет зависеть температура, до которой насос Френетта сможет прогреть воду для отопления дома, либо бассейна. Чтобы вода в радиаторах прогрелась до 100 градусов необходимо, чтобы привод обеспечивал 7500—8000 оборотов/мин.

Вал силового агрегата на подшипниках размещаем внутри стального цилиндра. Место, где вал входит в цилиндр должно быть надежно уплотнено, поскольку наличие даже малейших вибраций быстро выводит механизм из строя.

На вал двигателя монтируются рабочие диски. Необходимое расстояние между ними можно задать, накручивая после каждого диска гайки. Количество дисков определяется в зависимости от длины цилиндра – они должны равномерно заполнять весь его объем.

В верхней и нижней части цилиндра просверливаем два отверстия: к верхнему будет подведены отопительные трубы, в которые будет подаваться масло, а к нижнему отверстию подсоединяется обратная труба для возврата использованного масла с радиаторов.

Вся конструкция закрепляется на металлической раме. После того как агрегат собран, цилиндр заполняется маслом, к нему подключаются патрубки отопительной магистрали и выполняется герметизация соединений.

Тепловой насос Френетта обладает очень высоким КПД, что позволяет его эффективно использовать в любых отопительных системах. Он может использоваться для обогрева любых хозяйственных помещений, гаражей, и жилых зданий. Кроме этого, за счет компактных размеров такой самодельный насос отлично подходит для прогрева бассейна, либо «теплого пола».

Но помните, что при прогреве бассейна и других крупных емкостей с водой необходим насос достаточной мощности, иначе вы просто будете использовать его не по назначению, и желаемых результатов не получите.

2.1 Монтаж тепловых насосов

Особенности монтажа тепловых насосов зависят, в первую очередь, от способа размещения внешнего контура.

  1. . Для вертикального способа монтажа создаются

Для хозяев частных домой всегда остро стоит вопрос обогрева дома. Можно использовать центральное газовое или водное отопление, но можно изучить и другие варианты. Такой альтернативой является тепловой насос. Сэкономить можно с помощью самостоятельного сооружения, используя старую технику.

Теплонасосы способны работают от натуральных источников энергии. Прибор выделяет тепло без дизельного или твердого топлива.

При обустройстве отопительной системы главную роль занимает теплонасос. Его постройка требует особого внимания.

Сам насос не может выделить тепло, он просто переносит его в дом. На это требуется небольшое количество электричества. Достаточно иметь тепловой насос и внешний источник энергии для обогрева здания. Работает насос противоположно холодильнику. Тепло забирается снаружи и направляется в помещение.

Схема теплового насоса:

  1. Компрессор – промежуточный элемент системы;
  2. Испаритель – элемент передачи низкопотенциальной энергии;
  3. Дроссельный клапан – по нему перемещается фреон в испаритель;
  4. Конденсатор – в нем хладагент охлаждается и отдает свое тепло.

Сначала энергия выделяется из природных источников и попадает в испаритель. Дальше тепло передается фреону. В компрессоре хладагент поддается высокому давлению и его температура повышается. Дальше фреон направляется в конденсатор, где и происходит его отдача отопительной системе. Хладагент возвращается в испаритель, где процесс повторяется.

Самодельный тепловой насос из холодильника: этапы создания

Тепловой насос – достаточно дорогой прибор. Но при желании можно своими руками соорудить устройство из старого холодильника или кондиционера. Холодильное устройство имеет в своей системе две необходимые для насоса детали – конденсатор и компрессор.

Этапы сборки теплового насоса из холодильника:

  1. Сначала собирается конденсатор. На вид это волнистый элемент. В холодильнике он размещен сзади.
  2. Конденсатор необходимо уложить в прочный каркас, который хорошо удерживает тепло и переносит действие высоких температур. В определенных случаях приходится разрезать тару, чтобы беспроблемно установить конденсатор. По окончанию монтажа емкость сваривается.
  3. Дальше идет установка компрессора. Необходимо, чтобы агрегат был в хорошем состоянии.
  4. Функцию испарителя выполняет обыкновенная пластиковая бочка.
  5. Когда все будет подготовлены, следует скрепить элементы между собой. К отопительной системе теплообменник крепится трубами из ПВХ.

Так получается самодельный тепловой насос. Закачку фреона должен проводит профессионал, так как жидкость непроста в работе. К тому же для ее закачки необходимо иметь специальное оборудование.

Тепловые насосы из старой бытовой техники отлично подходят для обогрева небольших помещений хозяйственного назначения.

Холодильник может выполнить роль радиатора. Потребуется сделать два воздухоотвода, которые обеспечат его циркуляцию. Один отвод принимает холодный воздух, второй – выпускает горячий.

Виды теплонасосов: нюансы работы теплообменника фреон-вода

Контроллер для теплового насоса и другие элементы системы вода-вода

Трубы помещаются в ближайший водой в достаточно глубиной. Важно, чтобы вода полностью не промерзала. Конденсатор подключается к отопительной системе дома. Сама работа имеет 4 этапа.

Этапы работы насоса вода-вода:

  1. Хладагент принимает тепло от внешнего источника, нагревается и закипает;
  2. Фреон в виде газа поступает в компрессор, там он сжимается под давлением;
  3. Теплоотдача отопительной системе, хладагент снова принимает жидкое состояние;
  4. Фреон возвращается на изначальные позиции и готов к принятию тепла.

Главное в данной системе – компрессор. Фреон не сможет самостоятельно сконденсироваться, если в доме высокая температура. Для этого потребуется повышенное давление, что и выполняет данный элемент.

Так теплонасос берет наружное тепло, добавляет собственное, а также нагревается в компрессоре. Водный источник охлаждается, а дом обогревается. Автоматику работы гарантирует контроллер. Все данные отмечены на датчиках давления и температуры.

Как сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника (видео)

Тепловой насос имеет простой принцип работы. Переделка существующей сплит-системы требует особых знаний, но можно черпать энергию из натуральных источников. Ими может послужить колодец, грунт, водоем, воздух.

Отопление тепловым насосом - это не только выгодно, но и практично. В условиях постоянного роста цен на энергоносители, автономные источники позволяют обеспечить дом теплом и существенно сократить затраты на электроэнергию. Кроме того, устройство без труда подключается по принципу двухконтурного котла к системе водоснабжения и обеспечивает горячей водой.

Теоретические основы

Принцип теплового насоса состоит в том, что устройство производит выкачку тепла из одного места и передачу его в другое, т.е. использует геотермальные физические законы. Если рассматривать принцип работы теплового насоса максимально просто, то он представляет собой систему труб, в которых течет незамерзающая жидкость. Она нагревается за счет внешних источников тепла, далее движется к насосу, отдает тепло системе отопления и возвращается обратно к термальному источнику.

Существуют две большие группы такого оборудования:

  • промышленные тепловые насосы;
  • бытовые тепловые насосы.

Работа теплового насоса промышленного типа основана на заборе тепла из земли. Для этого бурятся скважины глубиной до нескольких километров, в которые устанавливаются металлические спирали. По ним тепло передается на термальный контур, к которому подключен тепловой насос. Данный способ является наиболее эффективным, поскольку имеет высочайший уровень КПД. Тем не менее, стоимость установки оборудования достигает 10-15 тысяч долларов США. Это обстоятельство способствовало появлению бытовых насосов, менее эффективных, но и более дешевых.

Устройство бытового теплового насоса

Насос теплового действия состоит из трех основных частей:

  • грунтового контура;
  • контура фреона;
  • отопительного контура.

Грунтовый контур - наиболее простая часть конструкции. Он представляет собой систему труб, установленных в земле или водоеме, в которых циркулирует незамерзающий рассол. Его температура составляет от -3 до -5 градусов Цельсия. Принципиальной разницы в температурном режиме нет, поскольку рассол может прогреться за счет внешних источников тепла только до нуля.

Этой температуры достаточно, чтобы закипятить фреон, который переходит в газообразное состоянии уже при температуре -2. Далее пар фреона передается в компрессор, который нагнетает давление и сжижает хладогент. В таком состоянии температура фреона возрастает до +100 градусов.

Далее кипяток передается в систему отопления, нагревает воду в радиаторах, остывает и возвращается обратно во фреоновый контур. Таким образом, расход электроэнергии происходит только на работу компрессора. Учитывая, что его мощность редко превышает 1 кВт, следует говорить о том, что тепловой насос по потреблению электричества схож с бойлером, но в отличии от него, способен не только нагреть воду, но и отопить весь дом.

Виды бытовых тепловых насосов

Принято различать три вида термального оборудования:

  • с открытым циклом;
  • с закрытым циклом и гидрообменником;
  • с закрытым циклом и горизонтальным обменником.

Открытый цикл предполагает, что теплообменник связан с источником подземных вод. При использовании насоса, этот способ позволяет обеспечить дом не только водой, но и теплом.

В закрытом цикле с гидрообменником теплоноситель устанавливается в закрытом водоеме. Трубы с рассолом не имеют прямого контакта с водой, тепло передается через корпус. Актуален для домов с прудами или вблизи рек.

Горизонтальный теплообменник - это упрощенная версия промышленного теплового насоса. Трубы устанавливаются на глубине всего нескольких метров, но этого достаточно для качественного отопления 80-100 кв. м. Если в системе установлен циркуляционный насос, то глубину увеличивают до 250-300 м. Учитывая, что внизу температура будет около 15-18 градусов, КПД теплового насоса значительно возрастет. Но следует учитывать, что и затраты на электроэнергию также будут выше, поскольку циркуляционный насос работает исключительно от сети.

Схема теплового насоса

На сегодняшний день существует две наиболее распространенные конструкции:

  • конденсаторная;
  • на пластинах Пельтье.

Для начала рассмотрим принцип работы теплового насоса на основе электродинамики. Он состоит из:

  • пластин с покрытиями, отличающимися разным уровнем энергии электронов;
  • проводов электропитания;
  • конденсатора тепла;
  • источника питания переменного тока от 12 В.

Система теплового насоса работает крайне просто. Под воздействием тока одна из пластин нагревается, вторая охлаждается, когда полярность меняется, холодная и горячая сторона меняются. По обеим сторонам от пластин расположены конденсаторы, которые накапливают тепло и передают его в систему отопления.

При явных плюсах, таких как:

  • бесшумность;
  • простота монтажа;
  • небольшие габариты.

Есть один весомый недостаток - очень маленькое КПД. Для борьбы с этой проблемой нужно увеличивать площадь пластин, а это, в свою очередь, приведет к более высоким затратам электроэнергии. Учитывая тот факт, что в нашей стране это не дешевое удовольствие, эффективнее использовать стандартный конденсаторный тепловой насос.

Тепловой насос под ключ своими руками

Для сборки теплового насоса понадобится:

  • водопроводные трубы;
  • металлопластиковы трубы для отопления;
  • компрессор;
  • емкость под расширительный бак;
  • емкость под конденсатор;
  • рассол;
  • фреон;
  • источник питания;
  • бак для фреона.

На первом этапе понадобится собрать теплообменный контур:

1. Определяем термальный источник: земля или водоем.

2. Подводим трубы к термальному источнику.

3. Подключаем теплопровод к расширительному баку с фреоном.

На втором этапе собираем циркуляционную систему:

1. Подключаем бак с фреоном к компрессору, для этого газоотвод должен быть расположен в самой верхней части расширительного бака.

2. К компрессору подключаем трубу высокого давления.

3. Соединяем трубой компрессор и конденсатор, который должен быть разделен дросселем.

4. От конденсатора делаем обратный отвод к компрессору и расширительному баку.

Финальная стадия - подключение отопления:

1. К конденсатору необходимо подключить теплоноситель, как правило, это вода.

2. От бака с теплоносителем сделать разводку труб для отопления.

3. Подключить радиаторы.

Важно: рассмотрена простейшая система создания теплового насоса. Для ее нормальной работы понадобится дополнительная установка циркуляционного насоса, который обеспечит движение воды в системе.

Тепловой насос, установка которого описана выше, может быть дополнительно модернизирован насосом подкачки воды. Это актуально в том случае, если в регионе много подпочвенных вод. В таком случае, систему нужно будет переработать:

1. Закачивающая труба должна быть свернута в кольцо под баком с фреоном.

2. Во время работы насоса, по этой трубе будет подниматься вода, которая должна поступать в распределительный бак.

3. От бака имеет смысл установить тройник, отдельно на отопление, отдельно на водоснабжение дома.

Важно: подразумевается, что бак будет служить емкостью для теплоносителя, поэтому его размер должен быть пропорционален мощности насоса.

Тепловой насос: расчет эффективности

По мнению многих экспертов, эффективность тепловых насосов в 2-3 раза выше, чем у газовых котлов. Если брать стоимость энергоресурсов, то возражений никаких нет. Но проверить реальные возможности этого изобретения все же стоит.

Для расчета тепловой энергии, которая необходима на нагрев 1 куб. м воды воспользуемся стандартной формулой по физике:

  • c - это удельная теплоемкость вещества;
  • m - масса; рассчитывается по формуле - m=p*V, где p - плотность вещества, V - объем;
  • t2 - желаемая температура;
  • t1 - температура теплоносителя.

Подставим под формулу конкретные значения:

  • Q=4183*1000 (1 куб. м)*(60-10);
  • Q=209.15 мДж, что приблизительно равняется 58,6 кВт/ч.

Как видно из расчета, мощность теплового насоса для эффективного обогрева помещения должна быть около 60 кВт/ч, при условии, что в системе циркулирует 1 куб. м. воды.

Теперь рассчитаем реальные показатели мощности для фреона. Для того, чтобы не слишком углубляться в математику, составим простое, но наглядное уровнение:

  • 209150000=2010*х*100;
  • х=209150000/2010/100;
  • х=1040,55.

В данном расчете х - это масса. Необходимо узнать объем:

  • V=m/p;
  • V=1040,55/196,2;
  • V=5,3 куб. м. газа или 1,2 куб. м. жидкости.

Как видно из расчетов, для нормального обогрева помещения понадобится 5,3 куб. м. пара фреона. Величина достаточно условна, поскольку зависит от температуры, давления в системе, качества фреона и многих других показателей. Тем не менее, при данном расчете исходим из эталонных величин, без учета факторов окружающей среды. Точный показатель считается по уравнению Клапейрона-Менделеева.

Не смотря на условность расчетов, видно, что для обеспечения температуры теплоносителя в стандартные 60 градусов, понадобится фреона больше, чем воды в системе. Из этого прямо следует, что действительно эффективный тепловой насос должен иметь достаточно большие габариты, иначе будет наблюдаться нехватка тепла.

Определенным решением станет использование других хладогентов, например, на амиачной основе или их аналогов, где температура пара может быть значительно выше 100 градусов по Цельсию. Допустим, если разогреть пар до 200 градусов, соотношение изменится примерно на ¾, в пользу хладогента.

Конкретная система теплового насоса зависит от многих факторов и требует серьезных математически изысканий, так как без этого, отопление будет не эффективным. За расчетами лучше обратиться к экспертам, либо проконсультироваться со школьным учителем физики, так как большинство формул приходятся на программу 8-9 классов. Приводить в статье конкретные примеры нецелесообразно, поскольку невозможно обобщить формулы для каждого отдельно взятого случая.

Отопление дома тепловым насосом: цена

Перед тем, как приступать к поискам экспертов в области термодинамики, необходимо самостоятельно выполнить несложную процедуру - рассчитать потребляемую электроэнергию и затраты на изготовление насоса.

Учитывая рыночную стоимость строительных материалов, понадобится вложить около 600-800 долларов США. Кроме того, нужно приобрести качественный компрессор. Замена отопления в счет не берется, так как зависит от конкретных пожеланий. К примеру, один алюминиевый радиатор на 10 секций обойдется в 80-150$.

Но это единоразовые вложения. Затраты на электроэнергию высчитываются в зависимости от мощности компрессора:

  • номинальную мощность умножить на время работы;
  • номинальная мощность - мощность компрессора;
  • время работы - период, который устройство потребляет электроэнергию.

Таким образом, компрессор с мощностью 1 кВт за 12 часов непрерывной работы накрутит 12 кВт электроэнергии.

Ели предположить, что компрессор работает практически постоянно, суточный расход будет порядка 20 кВт. За месяц получится расход в 600 кВт. Если считать по самому высокому тарифу для Москвы, получается 600*4,68=2748 руб. Для сравнения 1 куб. м газа стоит 3,87 руб. При качественно газовом отоплении 600 куб. м. хватит на 2-3 месяца.

Учитывая, что большинство компрессоров имеет мощность более 2 кВт, экономичность отопления ставится под сомнение. Решение проблемы - независимые источники электроэнергии.

Исходя из всего вышесказанного, монтаж теплового насоса остается спорным вопросом. При соблюдении определенных условий, он безусловно окупается, причем достаточно быстро. С другой стороны, качественное исполнение потребует больших финансовых затрат и установки дополнительного оборудования.

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.

Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.

Свойства и устройство

Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.


Преимущества теплонасоса:

  • не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
  • нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
  • нет необходимости дополнительных коммуникаций;
  • абсолютно пожаро - и взрывобезопасный;
  • полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
  • сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.

Применение

Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:


  • если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;
  • если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;
  • нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;
  • если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии. Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.

Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха. Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия - нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Схема работы прибора по пунктам:

  • носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
  • затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
  • во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
  • газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
  • горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
  • завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.


Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Виды

Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов - по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации. Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух. Все виды насосов основаны на одном принципе работы.

Классификация

Выделяют три группы устройств:


  • вода-вода;
  • грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);
  • используют воду и воздух.

Тепловой коллектор «грунт-вода»

Тепловой насос своими руками - самый распространенный и эффективный способ добычи энергии. На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».


Наружный контур геотермального насоса создают из пластиковых труб. Их вкапывают в грунт вертикально или горизонтально. В первом случае на один киловатт может понадобиться достаточно значительная площадь работ – 25–50 м2. Площадь нельзя использовать для посадочных работ - тут допускается только высадка однолетних цветущих растений.

Вертикальный коллектор энергии требует несколько скважин на 50–150 м. Такое устройство более эффективное, тепло передают специальные глубинные зонды.

На большой глубине температура воды постоянная и стабильная. Источником низкопотенциальной энергии может служить открытый водоем, грунтовые воды (колодец, скважина), сточные воды. Принципиальных различий в конструкции для отопления такого типа с разными теплоносителями нет.


Устройство «вода-вода» наименее трудозатратное: достаточно оснастить трубы с носителем тепла грузом и поместить в воду, если это водоем. Для грунтовых вод потребуется более сложная конструкция и может возникнуть нужда в сооружении колодца под сброс воды, проходящей через обменник тепла.

«Воздух-вода»

Такой насос немного уступает двум первым и в холодное время его мощность снижается. Но он более универсальный: для него не нужно копать землю, создавать скважины. Нужно только установить необходимое оборудование, например, на крыше дома. Для этого не требуется сложных монтажных работ.


Основным преимуществом является возможность повторно использовать тепло, покидающее помещение. Зимой рекомендуют иметь еще один источник тепла, поскольку мощность такого обогревателя может значительно уменьшиться.

Этапы монтажа

Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.

Расходы, окупаемость, мощность

Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно - 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов - хватит и 30 Вт/м².


Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.

Процесс создания

Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).


Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше. Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой). Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.

В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.

Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.

Особенности для каждого вида

Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.

Для горизонтального аппарата типа «грунт-вода» нужно создать коллектор из системы труб. Его располагают ниже уровня промерзания (1–1,5 м) и выглядит он как своеобразный змеевик под землей. Снимается слой почвы, укладываются трубы и грунт засыпается обратно. Можно уложить трубы в отдельных траншеях.


Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.

Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.

В отличие от таких устройств альтернативной энергетики, как солнечная батарея и ветрогенератор, тепловой насос менее известен. И напрасно. Наиболее распространенная схема «грунт-вода» работает стабильно и не зависит от погоды или климатических особенностей. А изготовить его можно самостоятельно.

Немного теории

Использовать природное тепло земли для обогрева жилья проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая редкость.

И в то же время тепловая энергия есть везде — надо только ее извлечь и заставить работать. Для этого и служит тепловой насос. Что он делает:

  • отбирает энергию у низкотемпературных природных источников;
  • аккумулирует ее, то есть поднимает температуру до высоких значений;
  • отдает ее теплоносителю системы отопления .

В принципе, используется стандартная схема компрессорного холодильника, но «наоборот». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:

  1. В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
  2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при этом его температура растет (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из большого объема с низкой температурой переход в малый объем с высокой температурой.
  3. Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
  4. После охлаждения фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока или терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде жидкости возвращается в испаритель.

Где лучше «отбирать» тепло

Принципиально есть три среды, из которых можно «отобрать» тепло:

1. Воздух. При нормальном давлении все типы фреонов закипают при отрицательных температурах (например, R22 — около -25 °C, R404 и R502 — около -30 °C). Но для циркуляции в системе надо создать избыточное давление уже на первой фазе — испарении. Те же 4 атмосферы в испарителе требуют, чтобы температура воздуха на улице была не ниже 0 °C для R22 и -5 °C для R404 и R502. В наших регионах этот тип теплового насоса можно использовать для отопления в межсезонье и для горячего водоснабжения в теплое время года.

2. Вода. Это более стабильный источник тепла, при условии, что водоем зимой не промерзает до дна. Но дом должен не просто находиться рядом с озером или рекой, а быть на первой линии.

3. Земля. Самый стабильный источник тепловой энергии. Можно использовать две схемы — горизонтальную и вертикальную. Горизонтальная кажется проще тем, что не требует бурения. Но придется проделать большой объем земляных работ по рытью системы траншей на глубину ниже уровня промерзания грунта (для средних широт он колеблется от 1 метра на западе европейской части страны и до 1,6-1,8 ближе к Уралу, в Сибири ситуация «еще хуже». Вертикальная схема более универсальна и эффективна, но требует бурения на значительную глубину. Хотя можно использовать несколько неглубоких скважин вместо одной глубокой.

Принципиальная схема

Сама схема теплового насоса несложная: испаритель — компрессор — конденсатор — дроссель — испаритель.

«Сердце» схемы — это компрессор. Можно купить новый, но дешевле подыскать б/у. Естественно, речь идет не о маломощных компрессорах бытовых холодильников, а о моделях, устанавливаемых в сплит-системах. Ориентироваться надо не на потребляемую мощность, а на мощность в режиме обогрева (которая выше чем в режиме охлаждения на 5-20%).

Выбирают модель компрессора по соотношению 1 кВт на 10 кв. метров отапливаемой площади.

Внимание! Может указываться мощность не только в кВт, но и в BTU (английская единица измерения тепловой энергии, принятая для климатической техники). Пересчет сделать просто — значение в BTU разделить на 3,4.

При расчете параметров теплонасоса, в том числе теплообменников, используют программное обеспечение, предназначенное для моделирования, расчетов и оптимизации систем охлаждения, например, CoolPack

Уже на стадии расчетов (а точнее, при задании «вводных») можно оптимизировать систему, выбрав оптимальные тепловые режимы.

Использование теплового насоса эффективно для низкотемпературных систем отопления, например, для теплых полов с температурой не выше 35-40 °C. Кстати, эта же температура рекомендована по медицинским требованиям для системы ГВС.

Для каждого типа фреона есть оптимальные температуры «входа» и «выхода», точнее, кипения и конденсации, но разница у всех них не более 45-50 °C.

Казалось бы, увеличение температуры на выходе теплового насоса даст положительный эффект, но это не так. Будет расти и разница температур, что приведет к снижению COP (коэффициента преобразования, или КПД тепловой машины). Кроме того, для этого потребуется использование более мощного компрессора и дополнительный расход электроэнергии.

Идеального COP достичь не получится (потери в компрессоре, расход электроэнергии, потери тепла при транспортировке внутри системы и т. п.), поэтому реальные значения обычно лежат в пределах от 3 до 5.

Есть еще один способ повышения эффективности — использование бивалентной схемы отопления.

В реальности работа системы отопления в полную мощность нужна лишь на протяжении 15-20% всего сезона. На это время можно использовать дополнительные отопительные устройства (например, керамический обогреватель или конвектор). Уменьшение расчетной тепловой мощности до 80% позволит сэкономить на компрессоре, уменьшить глубину скважины или длину труб горизонтальной схемы, снизить расход электроэнергии на обслуживание самого теплового насоса.

От заданной номинальной мощности теплового насоса и COP зависит расчет горизонтального или вертикального грунтового теплообменника. В среднем с каждого метра «горизонта» снимают 20 Вт (при шаге укладки труб не менее 0,7 м), а с «вертикали» — 50 Вт. Но конкретные значения зависят от вида породы и ее влажности. Лучшие значения у грунтовых вод.

Интересно! Есть и другие грунтовые теплообменники — «спираль» или «корзина». По сути, это вертикальный зонд из трубы в виде спирали, что позволяет снизить глубину бурения.

После определения длины горизонтального контура или глубины вертикального зонда рассчитывают размеры испарителя и конденсатора.

Изготовление испарителя и конденсатора

Можно купить уже готовые теплообменники как для испарителя (под низкое давление), так и для конденсатора (с давлением до 25 бар). Но дешевле их изготовить из медной трубки для кондиционеров (которая предназначена именно для работы с хладагентами при высоком давлении) и подручных емкостей.

Важно! Сантехническая медная труба не такая «чистая» и гибкая. Ее хуже паять и вальцевать при монтаже.

Рассчитывают площадь поверхности теплообменника, которая прямо пропорциональна мощности тепловыделения и обратно пропорциональна разнице температур теплоносителей на входе и выходе каждого подключаемого контура (грунтового и системы отопления).

Зная диаметр трубы и площадь поверхности, определяют длину каждого змеевика для испарителя и конденсатора.

Емкость для конденсатора лучше сделать из нержавейки (температура входящих паров фреона может быть довольно высокая):

  • взять готовый бак подходящей емкости (чтобы поместилась спираль из медной трубки);
  • разместить в нем змеевик (вход вверху, выход внизу);
  • вывести концы медной трубки для подключения к компрессору и ТРВ (пайкой или фланцем);
  • сделать в баке врезку переходников для подключения труб системы отопления;
  • заварить крышку.

Испаритель работает на более низких температурах, поэтому для него можно взять более дешевую пластиковую емкость, в которую врезают переходники для подключения к грунтовому контуру. Он также отличается от конденсатора расположением змеевика теплообменника — вход (жидкая фаза фреона от ТРВ) снизу, выход на компрессор сверху.

Монтаж схемы

После изготовления теплообменников производят сборку газогидравлической схемы:

  • устанавливают по месту компрессор, конденсатор и испаритель;
  • паяют или соединяют на фланец медные трубы;
  • подключают испаритель к насосу грунтового контура;
  • подключают конденсатор к системе отопления.

1 — циркуляционный насос грунтового контура; 2 — испаритель; 3 — выход грунтового контура; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — компрессор; 6 — к системе отопления; 7 — конденсатор; 8 — обратка системы отопления

Электрическая схема (компрессор, насос грунтового контура, аварийная автоматика) должна подключаться по выделенной цепи, которая обязана выдерживать довольно высокие пусковые токи.

Обязательно использовать автомат защиты, а также аварийное отключение от реле температуры: на выходе воды из конденсатора (при перегреве) и выходе рассола из испарителя (при переохлаждении).

© 2020 Советы по строительству коттеджей