Тепловой насос своими руками для обогрева дачи
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Тепловой насос своими руками для обогрева дачи

Тепловой насос своими руками

Тепловой насос своими руками – это вполне реально. Люди, у которых есть небольшой загородный дом или дача, не редко осуществляют успешную разработку и установку тепловых насосов собственного изготовления.

Как сделать тепловой насос своими руками

Ниже описаны некоторые рекомендации по созданию данных приборов:

  • Первым делом, следует заняться приобретением компрессора, к примеру, такого как в кондиционере. Как правило, он крепится к стенке.
  • Изготовление другой важной части изделия, конденсатора, вполне реально выполнить своими руками. Чтобы сделать это, нужно медную трубу (диаметр не должен быть меньше 1 мм) изогнуть в форме змеевика, и уже в таком состоянии поместить в глубь металлического или пластикового корпуса. Как корпусом, можно пользоваться баком, подходящим по размерам. По окончании установки змеевика, части бака свариваются, и производится монтаж необходимых резьбовых соединений. Монтаж испарителя также чаще всего производится к стенке. Подсказка: для изготовления качественного змеевика, лучше всего произвести намотку медной сантехнической трубы поверх цилиндрического основания нужной толщины, для этого можно пользоваться газовым баллоном. Для достижения одинакового расстояния между витков, пользуются перфорированным алюминиевым уголком, на который и крепят витки змеевика.
  • Окончательным монтажом данных деталей, а именно пайкой медной трубки, закачкой фреона и т. п. должен заниматься исключительно профессиональный рабочий высокой квалификации. Выполнение этих работ без должного опыта может стать причиной повреждения оборудования, а помимо этого, значительно повышается вероятность получить бытовую травму.
  • Следующий этап – это подключение конструкции к отопительной системе строения.
  • После этого, следует перейти к монтажу и подключению наружного контура. Данный процесс обладает своими особенностями, которые различаются в зависимости от вида теплового насоса. Важно: до запуска теплового насоса, следует провести диагностику электрической проводки в доме и счетчика электроэнергии. Если описанное является ветхим и устаревшим, то потребуется замена. Приемлемой мощностью, которой обладает электросчетчик, можно считать отметку выше 40 ампер.

Стоит отметить, не всегда работа теплового насоса в отоплении дома полностью удовлетворяет всем требованиям хозяев. Обычно, это является следствием того, что термодинамические расчеты были выполнены неправильно. Результатом такой ошибки становиться система малой мощности, либо система получается слишком мощной, а это связано с перерасходом электроэнергии.

Для подбора системы, имеющей подходящую мощность, следует выполнить расчет теплопотерь постройки, и множество других расчетов. Такой расчет должен выполнять опытный инженер-проектировщик.

Тепловой насос своими руками видео

Насосы для отопления или тепловые насосы

У традиционных источников энергии есть один недостаток — большие финансовые затраты, кроме этого, они почти истощены. Человечеству ничего не остается, как заниматься поиском альтернативных источников энергии. Одними из таких источников на сегодняшний день являются насосы для отопления или тепловые насосы. Тепловой насос является экологически чистым и экономичным способом, обустроить отопление в доме.

Так как чистота окружающей среды в последнее время выходит на первый план ,тепловые насосы становятся все более популярными по всей планете. Приблизительные подсчеты показывают, что в мире существует 100 млн. насосов для отопления. Тепловыми насосами наиболее активно пользуются люди в таких странах как США, Япония и в европейских государствах.

Эти государства обладают даже специальными строительными нормами, по которым в новых домах тепловые насосы должны быть установлены в обязательном порядке.

Некоторые страны, к примеру, Швеция, могут похвастаться процентным соотношением тепловых насосов к другим отопительным системам 70 на 30.
Все тепловые насосы делятся на такие подвиды:

  • Грунт – Вода. Тепловые насосы этого вида пользуются геотермальной энергией почвы. Исполнение грунтового коллектора может быть горизонтальное или вертикальное. Ниже температуры промерзания, почва имеет постоянную температуру, какой бы холодной не была зима. Это дает возможность эффективно преобразовывать низко потенциальное тепло, и использовать его, чтобы обустроить горячее водоснабжение в загородном доме.
  • Вода – Вода. Тепловые насосы этого вида пользуются как источником тепла подземными грунтовыми водами. Такая вода круглогодично обладает температурой от 7 до 12 °С. Необходимое условие использования такого теплового насоса – это достаточное количество воды, которая будет прогнана по тепловому насосу. Данный параметр определяется производительностью насоса. Также, особого внимания требует и качество грунтовых вод.
  • Воздух – Вода. Тепловые насосы этого вида используют как источник тепла атмосферный воздух, недостатка в котором никогда не бывает. Кроме этого, такие тепловые насосы могут пользоваться сбросовым теплом — теплым воздухом, получаемым при охлаждении, к примеру, компрессоров. Данные тепловые насосы могут использоваться в отоплении и горячем водоснабжении, а так же как охладители помещений, если включены в моно электрическую схему. В условиях слишком низких температур, пользуются пиковым электрообогревателем, чтобы покрыть все потребности постройки в отоплении. Эти насосы могут служить дополнением для уже существующих отопительных систем.
  • Воздух – Воздух. В тепловых насосах такого вида, тепло берется из воздуха или приточно-вытяжного воздуха, смотря какая конструкция. В данных насосах устанавливают высокопроизводительные радиальные вентиляторы, что позволяет решить проблемы вентилирования постройки, рекуперации тепла, осушки воздуха и поддержания микроклимата в винных погребах.
    Тепловые насосы – это будущее в развитии отопления.

Самостоятельное изготовление теплового насоса для отопления дома

Сегодня многие интересуются, как создать тепловой насос для отопления дома своими руками. Преимущество обогрева подобной системы состоит в экономии энергоресурсов, экологичности и возможности полной автоматизации. Значительно сэкономить средства можно, если умелец примется за монтаж теплового насоса самостоятельно, используя подручные материалы и доступное оборудование.

Принцип действия

Как работает тепловой насос для отопления дома? Сложность системы с тепловым насосом складывается из простых для понимания элементов, основа которых строится на паре законов термодинамики. Принцип работы теплового насоса для отопления дома в физическом понимании:

  • При преобразовании газообразного вещества в жидкое состояние выделяется тепло.
  • При переходе жидкого вещества в газообразное состояние тепло поглощается.

Переносчиком тепла является фреон, который обладает свойством низкотемпературного кипения. В жидком состоянии фреон попадает в испаритель, здесь он взаимодействует с теплоносителем внешней части (коллектора или зонда). Получив энергию, испаряется и продолжает путь по трубкам циркуляции уже в газообразном состоянии.

Компрессор создает в системе, по которой движется фреон, высокое давление. Фреон, пройдя конденсатор, отдает энергию воде из системы отопления, переходя при этом в жидкое состояние. В расширительном клапане происходит понижение давления, минуя клапан вновь попадает в испаритель.

Работа системы отопления на базе теплового насоса строится на перекачки тепла из внешнего пространства в закрытое помещение. В качестве среды забора тепла может быть любая среда, имеющая плюсовую температуру:

  • вода водоема или скважины;
  • масса грунта, расположенная ниже точки замерзания;
  • воздушная среда.

Виды конструкций

Виды конструкций различают по среде забора тепла, сохраняя общий принцип работы тепловых насосов:

  1. Почва – вода. Забор тепла происходит от массы почвы. Забор тепла может осуществляться двумя способами: вертикальным зондом или горизонтальным коллектором.
  2. Вода – вода. Забор тепла происходит от массы грунтовой воды или открытого водоема.
  3. Воздух – вода. Забор тепла происходит от массы внешней воздушной среды. Такой вид конструкций не является эффективным в местах с суровыми зимами. Зато воздушные тепловые насосы для отопления дома имеют неоспоримое преимущество: для их осуществления нет нужды в земляных работах.

Тепловые насосы, изготовленные на заводах, с гарантией выдают в систему нагрев воды до 60 градусов. Но не секрет, что народные самоделки не всегда отстают от заводских параметров, а иногда и превосходят их.

Конструкция «почва – вода»

Этот вид конструкций является оптимальным в том случае, когда доступ к водным массам осложнен или невозможен.

В случае использования вертикального зонда началом стабильной работы теплового насоса будет глубина в 20 метров, но обычно применяют скважины, глубина которых варьируется от 50 до 100 метров. При сложности бурения такой глубины возможно использования нескольких зондов с глубиной от 5 до 20 метров либо переход на забор тепла посредством горизонтального коллектора.

В скважину пропускают трубу, по которой будет циркулировать незамерзающая жидкость (например, рассол). Для сохранности конструкции зонда, скважину заливают раствором бетона, который кроме того, что предохранит от разрушительных воздействий, обладает свойством хорошей теплоотдачи.

Использование коллекторного способа забора тепла особенно удобно при начале строительства жилого объекта, так как предполагает обширную площадь для монтажа системы коллектора. Так, например, для того чтобы обеспечить здание в 150 кв. метров надёжным теплом, потребуется площадь участка в 250 квадратов.

Коллекторную систему располагают на глубине ниже точки замерзания грунта. Нормой считается глубина от 1.5 до 5 метров. В качестве материала коллектора используют пластиковые трубы.

Существуют два способа для монтажа коллекторной системы:

  • Либо вскрывается полностью необходимая площадь участка, затем укладываются трубы, а после укладки их закапывают грунтом.
  • Во втором способе под трубы роются траншеи, в которые и укладывают кольцами трубы коллектора.

Оба способа укладки могут быть оптимальными при разных условиях работы и средств.

Конструкция «вода – вода»

Тепловой насос «вода – вода» признается специалистами самой эффективной системой, так как у воды идеальный коэффициент теплоотдачи. При скважинном способе заборе тепла принцип зондового забора вида «почва – вода», отличие в том, что скважина бетоном не заливается, и глубина забора тепла может быть значительно меньше.

Так же эффективным способом является бурение для системы двух скважин – с одной происходит постоянный забор воды, а в другую скважину сливают воду, которая успела отдать часть своей тепловой энергии.

Забор тепла с открытого водоема является самым удобным и эффективным из всех видов систем теплового насоса. Однако положение дел таково, что не у каждого есть домик на берегу озера, пруда или реки. Тепловой насос «вода – вода» чаще используется для промышленных объектов, которые изначально строились недалеко от водоемов.

Читать еще:  Как укладывать обогрев кровли?

Неплохим способом является забор тепла со сточных вод канализации, так как температура стоков всегда выше температуры окружающей среды. Такое сооружение может дать, пусть небольшой, но стабильный обогрев.

Как выглядит и работает подобная система можно из видео:

Конструкция «воздух – вода»

Система обойдется умельцу минимальными вложениями. Подойдет как дополнительный способ обогрева, если нет возможности провести земляные работы. Главный недостаток – самодельное устройство не будет эффективно работать, если уличная температура опустится ниже 7°С мороза.

Кроме монтажных работ в компрессорной, предстоит дополнительный монтаж внешней части сплит-системы, которую можно недорого приобрести в сервисных службах оборудования кондиционеров.

  • Какая самая лучшая система отопления частного дома? Ответ найдёте в статье.
  • В следующей статье расскажем об особенностях отопления частного дома своими руками.
  • Все виды отопительных котлов.
  • Какие типы отопительных приборов лучшие? Давайте разберёмся![/list

Система теплового насоса собственными силами

Прежде, чем задуматься о плане, как сделать тепловой насос, нужно соразмерить собственные силы:

  • если не уверены в собственной компетенции, но на бригаду специалистов нет средств, всегда можно найти умельцев среди знакомых;
  • монтаж внешней части теплового насоса не терпит долгого сооружения – обладаете ли вы достаточными средствами, чтобы сооружение не превратилось в долгострой;
  • перед созданием системы позаботьтесь о полном комплекте материала и оборудования для монтажа. Покупка нового дорогого материала не всегда оправдывает себя, иногда достаточно приобрести оборудование бывшее в употреблении.

Тепловой насос своими руками

После того, как мы разобрались, каким образом работает тепловой насос для отопления дома, соразмерили силы и подготовили все необходимое, можно приступать непосредственно к осуществлению проекта.

  • Монтаж внешней части системы: бурение скважин или другие работы, связанные с установкой зондов или коллекторов. Перед началом земляных работ проводится расчет, проектирование и разметка.
  • Монтаж компрессора – основной составляющей насоса. В качестве компрессора может подойти устройство, применяемое в кондиционерах, так как принцип работы тепловых насосов особых требований к характеристикам оборудования не предъявляет, а самодельные тепловые насосы прежде всего нуждаются в доступности для семейного бюджета.

Для компрессорной нужно выделить собственное помещение, не слишком тесное для обслуживания и ремонта, обладающее хорошей звукоизоляцией и характеристиками, пригодными для эксплуатации контроллеров в случае автоматизации системы. Монтажная работа заключается в закреплении компрессора на стене при помощи кронштейнов.

Сборка конденсатора. В качестве корпуса используется бак из нержавеющего материала емкостью более 100 литров. Бак разрезается на части так, чтобы свободно помещался змеевик из медной трубки. Для качественной намотки змеевика применяют корпус газового баллона. Размер витков будет составлять около 35-40 см в диаметре.

После чего витки трубки фиксируют перфорированным уголком. Параметры трубки: длина около 35 метров, толщина стенки – 1мм. Необходимо обеспечить герметичность выхода трубок змеевика и резьбовые соединения в корпусе для ввода систему отопления. После установки змеевика части корпуса сваривают в целое.

Оптимально делать тепловой насос для отопления дома своими руками, когда жилой объект только начинает сходить со страниц проекта в реальность. В европейских странах такое сооружение почти всегда входит обязательным включением при современном проектировании и строительстве малоэтажек.

В России же многие домовладельцы только мечтают о таком надежном, безопасном и бесхлопотном отоплении. Специалисты считают, что за геотермальными насосами будущее и они постепенно вытеснят традиционные способы отопления.

Как можно создать тепловой насос своими руками?

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.

Самодельный тепловой насос Френетта

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 теплового насоса, 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.

Схема действия стандартного теплового насоса

1.1 Как устроен тепловой насос?

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.
к меню ↑

1.2 Виды агрегатов и их отличия

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

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.

Стандартная схема подключения теплового насоса бытового назначения

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, насос типа воздух-вода– лучший вариант. Причем для бассейна такой вариант будет предпочтительным, так как с ним достаточно просто работать и он чрезвычайно практичен.

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.

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.

Процесс сборки самодельного теплового насоса из медных туб и обмоток

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.
к меню ↑

2 Как сделать и установить тепловой насос 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:

  1. С помощью уголка, либо L-образных кронштейнов крепим компрессор к стене в том месте, где будет размещаться тепловой насос.
  2. Далее, из медных трубок делаем змеевик – обматываем их вокруг цилиндра подходящей формы. Следите за тем, чтобы шаг намотки по всем змеевику был идентичен.
  3. Бак разрезается на две части, внутрь вставляется змеевик, после чего бак сваривается обратно. При этом в нём создается несколько резьбовых входных отверстий – сверху и снизу, через которые наружу выводятся крайние трубки змеевика.
  4. В качестве испарителя используем обычную пластиковую бочку, в которую заводятся трубы внутреннего контура (либо любую другую емкость, объем которой идентичен конденсаторному баку).
  5. Для транспортировки прогретой воды используются обычные ПВХ трубы.

Обмотка для самодельного теплового насоса из стали

Для заправки системы фреоном рекомендуется обратиться к специалисту.

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, созданный на производстве

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.
к меню ↑

2.1 Монтаж тепловых агрегатов

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

  1. Геотермальные тепловые насосы. Для вертикального способа монтажа создаются скважины глубиной от 50 до 100 метров, в которые опускается специальный зонд. Для горизонтальной укладки создается траншея на ту же длину либо котлован, в котором трубы укладываются параллельно друг другу. Трубы закладываются в грунт на глубину полутора метров.
  2. Насосы вода-вода: внешний контур укладывается на дне водоема, и выводятся к тепловому насосу.
  3. Воздух-вода: блок с трубами внешнего контура устанавливается на крыше или на стене здания (по внешнему виду его трудно отличить от наружной коробки кондиционера), и подводится к тепловому насосу внутри помещения.

Самодельные тепловые насосы для отопления

Повышение эффективности системы отопления дома является одной из главных задач его хозяина, поскольку расходы по этой статье в российских климатических условиях весьма значительны. Поэтому задача использования энергии окружающего пространства для отопления весьма интересна, постоянно развивается и остается предметом внимания, особенно в сообществе «самоделкиных». Собрать тепловой насос своими руками вполне доступно подготовленному человеку, поскольку особых сложностей эта работа не представляет, и необходимости в изготовлении деталей сложной конфигурации нет.

Принцип действия устройства

Он основан на сборе тепла из окружающего пространства и использовании его для системы отопления дома с целью уменьшения затрат на эту функцию. Аппараты такого типа имеются во многих домах, это холодильники, сплит – системы и кондиционеры. Некоторые из них имеют двойное назначение, выполняя по выбору пользователя либо отопление, либо охлаждение помещений в зависимости от потребности.

Теоретической основой таких машин является обратный цикл Карно. Но, не вникая в подробности, просто опишем процесс работы такого устройства.

Рис.1. Принципиальная схема работы теплового насоса в сети отопления

Рабочим телом в таких устройствах, как и в холодильниках, является фреон или аммиак, который компрессором нагнетается в нагревательный контур. При этом давление внутри системы резко повышается, поскольку выход теплоносителя перекрыт дросселем. Полученным теплом согревается теплоноситель в системе отопления дома, как правило, температура достигает уровня 64 о С. Горячий поток дополняет циркулирующий в основной отопительной сети, снижая потребление топлива. При определенном давлении дроссель открывается, и рабочее тело поступает в камеру испарителя. При этом его температура снижается. Дополнительное тепло получается из регистра сбора тепла. Далее цикл повторяется, как и в устройстве холодильника.

Расчет параметров системы

Мощность, которую потребует самодельный тепловой насос, можно рассчитать из соотношения:

R = (k * v * T)/860, где

R мощность, необходимая для обогрева помещения

k коэффициент для учета тепловых потерь зданием (1 – качественно утепленное помещение, 4 – дощатый барак);

v – общий объем помещения, подлежащего отоплению;

T наибольший перепад температур внешнего мира и внутридомового пространства;

860 – коэффициент перевода результата расчета в кВт из ккал.

В качестве примера приведем расчет для дома 200 квадратных метров с высотой потолков 2,8 метра:

R = 1 * 200*2,8 * (22 — -25)/860 = 560 * 47 /860 = 30,6 кВт.

Целесообразно использовать теплонасос с запасом мощности 10 – 12%, то есть – порядка 35 кВт.

Нужно обратить внимание на такой показатель, как разность наружной и внутренней температур. Если брать подогретый воздух из окружающего пространства с температурой порядка 7 о С, показатель разности составит (22 – 7) 15 градусов, а мощность теплонасоса составит 9,8 кВт. Сравните два этих показателя и почувствуйте разницу при использовании тепла окружающего пространства.

Состав оборудования

Внешний контур

Для внешнего контура агрегата отопления дома понадобятся трубы. Наибольшей теплопроводностью обладают изделия из металла (но не из нержавеющей стали), поэтому для системы сбора тепла лучше применять их.

На рис.2 показан геотермальный тепловой насос своими руками с использованием деталей старого кондиционера и холодильника. Глубина скважины для сбора тепла геотермальных вод составляет порядка 60 – 120 метров. На приведенной схеме не показана обсадная труба, однако ее применение обязательно, поскольку обсадка защищает стенки скважины от разрушения. Регистр сбора внешнего тепла должен находиться внутри обсадной трубы.

Сбор пространственной энергии для отопления дома может производиться не только через глубинную скважину, но и с использованием горизонтальной системы труб, заглубленных не менее, чем на величину промерзания грунта.

Достаточный результат дает сбор тепла из водоема, поскольку на дне температура воды всегда составляет 4 градуса тепла, поскольку именно в таком состоянии она имеет наибольшую плотность. Привлекательной стороной является значительно меньший объем земляных работ.

Используются для сбора тепла и системы, нагревающиеся под воздействием солнца. Такие блоки устанавливаются чаще всего на крыше дома и предназначаются для нагрева воды или воздуха. Они существенно повышают температуру в испарителе теплонасоса, повышая эффективность системы отопления дома.

Испаритель

Этот узел представляет собой емкость, в которой располагается теплообменник, несущий в себе носитель тепла, собранного наружным контуром. Конструктивное решение этой детали может быть различным, но чаще всего его выполняют из медных труб.

Рис. 5. Форма теплоэлемента испарителя должна обеспечивать максимальный контакт с хладагентом

Изготавливая тепловой насос своими руками, часто используют пригодные для эксплуатации узлы и детали из старого холодильника или кондиционера, а также вышедшей из строя сплит – системы.

Компрессор

На самодельных теплонасосах чаще всего применяют компрессоры из имеющейся в наличии старой техники. Когда система агрегата собрана и испытана, можно подумать о замене компрессора из старого холодильника на другой, более или менее мощный. Выбирая компрессор, лучше всего обратить внимание на узлы из сплит – систем, отличающиеся повышенной мощностью и надежностью. Современные агрегаты, как правило, оснащаются блоками автоматического управления и регулировки, что значительно упрощает управление этими агрегатами.

Рис.6. Компрессор для теплового насоса

Конденсатор

К выбору этого элемента системы нужно подойти особенно тщательно, поскольку он представляет собой сосуд, работающий под давлением. Предпочтительно использовать старый газовый баллон. Его придется разрезать, чтобы поместить туда теплообменник, а затем снова сварить.

Дроссели

В теплонасосах это устройства для сброса давления из конденсатора в испаритель. Деталь легко найти в магазинах или мастерских по ремонту бутовой техники, поскольку они очень долговечны в работе.

Рис.7. Дроссель для теплонасоса

Тепловые насосы Френетта

Эти устройства чрезвычайно просты и эффективны. Однако для их изготовление важна точность исполнения каждой детали и тщательная балансировка всей системы ротора.

Рис.8. Схема теплового насоса Френетта

При работе такого теплонасоса нагревается масло, и передача тепла в систему отопления дома производится через радиатор. Возможны вертикальные и горизонтальные схемы устройства.

Тепловой насос френетта своими руками для отопления дома можно изготовить, только имея доступ к металлообрабатывающему оборудованию и хорошую слесарную подготовку.

Рис.9. Вариант исполнения самодельного теплонасоса

Заключение

Использование энергии окружающего пространства заслуживает внимания, позволяя сократить расходы на отопление дома. При использовании теплоты геотермальных вод или грунтового подогрева воздуха быстро не окупится в связи с большими трудовыми и финансовыми затратами, однако экономичность процесса не подвергается сомнениям.

Кроме того, имеется возможность использовать теплонасосы как сплит – системы, повышая комфортность проживания, а применение блока автоматического управления облегчит управление устройством.

Тепловой насос для отопления дома своими руками

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).

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector