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.
Определенное количество тепла есть в любой среде, окружающей нас, но при условии, что ее температура будет выше нуля градусов по Цельсию. Возникает вопрос: отчего бы не применить это тепло для отопления собственного жилья? Это вполне осуществимо, но для этого нужен тепловой насос.
Типы тепловых насосов
Принцип работы насоса заключается в следующем: тепловой источник, энергопотенциал которого достаточно низок, передает свое тепло носителю с высшей температурой. Как это работает на практике, можно увидеть на рисунке. К слову, холодильные устройства работают по тому же принципу, поэтому летом тепловой насос успешно может функционировать в роли кондиционера.
Классификаций насосов может быть несколько, но правильно было бы разделить их по типу теплоносителя, в роли которого могут выступать:
- Вода;
- Грунт;
- Воздух.
Энергия, полученная с использованием такой системы, может быть использована для различных целей: обогрева помещения, кондиционирования, нагрева воды. Сочетание типов теплоносителей и выполняемых функций тоже может быть разным. Исходя из этого, насосы делятся на три группы.
- Оборудование класса «вода-вода»
. Весьма эффективный способ получения тепла, ведь при значительной глубине вода может достаточно долго оставаться в перманентном состоянии, сохраняя необходимую температуру. В данном случае источником тепловой энергии являются открытые водоемы, подземные или сточные воды, а теплоносителем выступает специальное экологическое вещество.
Стоит отметить, что проще будет соорудить насос для использования в озерах и реках (водоемов открытого типа), в то время как для подземных потребуются дополнительные работы и затраты. Конструкция устройства будет усложненной, потребуется специальный резервуар для сосредоточения влаги из теплообменника. Для контура используются пластиковые трубы, которые можно установить как в вертикальном, так и в горизонтальном положении под землей. Вертикальный коллектор является более эффективным, поскольку для него бурятся скважины по 100-150 метров глубиной, а там температура может держаться дольше.
Важно! Горизонтальные коллекторы запрещается применять в хозяйственных целях, только для посадки растений и газона. На один киловатт мощности устройства может потребоваться примерно 20-50 метров квадратных.
- Оборудование класса «грунт-вода»
являются самыми удобными, ведь уже на глубине 5 м можно наблюдать постоянную температуру почвы, а погодные изменения на нее практически не влияют. Конструкция данных насосов практически та же, что в предыдущем варианте.
- класса «вода-воздух»
менее эффективны потому, что зимой их мощность существенно падает. Зато при монтаже никаких трудностей нет – не потребуются ни глубокие скважины, ни земляные работы. Все, что нужно сделать – установить оборудование в подходящее место. Это может быть, к примеру, крыша дома. Преимущество такой системы в том, что использованную тепловую энергию можно применять повторно, она будет покидать здание в виде газа, дыма, воздуха или даже воды. Но полноценного обогрева дома она дать не может ввиду низкой мощности, поэтому на зимнее время нужно позаботиться об альтернативном отоплении.
Принцип действия – обобщенная схема
Чтобы понять принцип действия теплового насоса, ознакомимся вначале с обобщенной схемой его устройства. Благодаря этому, у нас появится возможность двигаться от простого к сложному.
Начать следует с замкнутого контура. В этом контуре движется газ, который циркулирует благодаря компрессору. Согласитесь, сейчас у данной конструкции практически нет никаких функций, однако если оборудовать ее некоторыми компонентами, то можно получить функционирующий тепловой насос.
В первую очередь, добавляем в нашу схему расширительный клапан.
Сейчас в нашем контуре имеются две области — высокого и низкого давления. Вместе с тем, мы можем наблюдать немаловажный физический эффект: сжимающийся газ нагревается, а во время снижения давления, напротив, его температура снижается.
Максимальная в данном случае температура наблюдается в точке, где газ выходит из компрессора.
Наименьшая же температура наблюдается на выходе из расширительного клапана.
Газ, у которого высокая температура, при прохождении через теплообменник будет большую часть тепла отдавать внешнему потребителю. Вместе с тем, газ, температура которого низкая, при прохождении через теплообменник, напротив, будет поглощать тепловую энергию из наружного источника.
Конструкция, которая у нас получилась, имеет все функции, которые должны присутствовать у теплового насоса. Но чтобы она была полноценной, необходимо оснастить ее источником низкотемпературного тепла, а также выполнить подключение к отопительной системе.
Самым оптимальным для нашего региона вариантом является применение геотермальных зондов, которые и будут служить источниками упомянутого выше низкотемпературного тепла.
Что же касается отопительных приборов, то в качестве таковых могут использоваться батареи, теплые полы/стены.
Расходы и необходимая мощность
Тепловой насос стоит дорого, в среднем 4000-6500 евро, в зависимости от качества изделия. Но практика показывает, что столь значительные расходы окупятся примерно за полтора — два года, а если сделать самостоятельно, как и планируется, то даже быстрее.
Возможно, Вас заинтересует информация о том, для чего нужа
Касаемо мощности устройства, то она может быть разной. Для зданий с плохой термоизоляцией мощность должна составлять примерно 75 ватт на м. кв., если же дом более современный и для изоляции использовались материалы хорошего качества, то хватит и 50 ватт. А при использовании специальных изоляционных технологий можно обойтись и 30 ваттами. Желательно, чтобы тепловой насос стал частью проекта дома еще на этапе строительства.
Делаем тепловой насос своими руками
Да, тепловые насосы действительно стоят дорого, даже если их своими руками, поэтому не каждый может позволить себе такую покупку. Но можно изготовить его своими руками, используя детали б/у или те, которые есть в хозяйстве.
Если планируется установка в старом здании, то для начала нужно проверить состояние счетчика и электропроводки. Порядок работ следующий.
Возможно, Вас заинтересует информация о том, что такое
Шаг 1 . Первое, что вам нужно сделать – купить компрессор. Более дешевый вариант – найти компрессор от старого кондиционера. Он идеально подходит для изготовления насоса. Крепить деталь к поверхности стены следует, используя крепежи-кронштейны (модель L 300).
Шаг 2 . Затем необходимо изготовить конденсатор, для чего потребуется стальная емкость V=100 л. Ее необходимо разрезать пополам, а внутрь поместить медный змеевик подходящего диаметра с толщиной стенок более одного миллиметра.
Изготовление змеевика
Шаг 3 . Когда закрепите змеевик, половинки емкости нужно сварить обратно.
Шаг 4 . Далее изготовьте испаритель. Для него понадобится еще одна емкость из пластика, литров на 70. В нее также монтируется змеевик, вот только диаметр трубы должен быть поменьше. Испаритель крепите к стене, используя все те же кронштейны типа «L» нужного размера.
Шаг 5 . Следующий этап заключается в привлечении специалиста. Дело в том, что самостоятельно сварить трубы и закачать фреон непросто, особенно при отсутствии необходимых знаний. Эксперт по ремонту холодильников отлично с этим справится.
Шаг 6. Итак, «стержень» системы уже готов, осталось подсоединить его к распределителю и заборнику тепла. И если с распределителем проблем нет, то на заборник придется потратить немало сил и времени. Конечно, лучше опять же обратиться к специалисту, но давайте попытаемся разобраться, как сделать все своими руками.
Особенности установки различны для каждого из типов тепловых агрегатов.
В этом случае растраты неизбежны, так как нужно пробурить скважину, а сделать это без бурильной установки невозможно. Глубина скважины должна составлять минимум 50 и максимум 150 метров. В готовую скважину опускаете геотермальный зонд, который впоследствии подключается к насосу.
Для горизонтальных систем потребуется коллектор, изготовленный из труб. Такой коллектор должен размещаться ниже уровня замерзания грунта, который зависит от климатических особенностей местности, но зачастую не превышает 1.5 метра.
Для установки коллектора снимите верхний слой почвы. Можно использовать для этого спецтехнику или сделать все лопатой, что значительно дешевле. После укладки труб засыпьте землю обратно.
Есть другая технология укладки труб – вырыть для каждой отдельную канаву. Таких канав должно быть несколько и все они должны размещаться ниже уровня промерзания почвы. Помещаем в них трубы, засыпаем.
Соединение коллектора производите на суше, применяя ПНД-трубы. После этого заливаете в систему теплоноситель и перемещаете к воде. Коллектор желательно погружать в центральную часть водоема или же просто на нужную глубину.
Как упоминалось выше, для такого рода насосов никакие масштабные работы не требуются, ведь тепло извлекается из воздуха. Нужно только подобрать место – крыша здания, к примеру – и установить коллектор. Далее последний подключается к отопительной системе.
На этом изготовление и монтаж теплового насоса закончен. Надеемся, что статья была действительно полезной для вас!
Видео — Самодельный тепловой насос «вода-вода»
Хозяева загородных домов всегда трепетно относились к вопросу горячего водоснабжения и отопления.
Установка газового, электрического или дизельного котла дает возможность отопить загородный дом и снабдить его горячей водой и теплом, но в настоящее время появились альтернативы привычному нам отоплению.
Одна из таких альтернатив – . Это достаточно дорогое удовольствие, но его можно изготовить и своими руками. О том, как это сделать, и поговорим в этой статье.
Принцип работы теплонасоса
Особенность теплонасосов заключается в том, что они работают от природных источников энергии. Чтобы выделить тепловую энергию, насосу не нужно дизельного топлива, электроэнергии или твердого топлива.
В качестве источника энергии используется вода, атмосфера и грунт. Насосы не выделяют тепла, а просто переносят его в строение. При этом используется небольшое количество электроэнергии.
Для того чтобы обеспечить дом теплом, необходимо иметь всего лишь тепловой насос и источник тепла. Принцип работы системы напоминает работу обычного холодильника, только наоборот. В этом случае тепло забирается снаружи и переправляется в дом.
Важный момент: главным элементом в альтернативной системе отопления является именно теплонасос, поэтому к его сооружению нужно подойти очень внимательно.
Насос состоит из следующих элементов:- компрессора, который является промежуточным элементом системы;
- испарителя. В нем происходит передача низкопотенциальной энергии;
- дроссельного клапана, по которому хладагент (фреон) возвращается в испаритель;
- конденсатора, где происходит охлаждение фреона и отдача тепловой энергии.
Насос работает по определенному принципу. Это выглядит приблизительно так:
Принцип работы теплонасоса. (Для увеличения нажмите)
- Низкопотенциальное тепло, которое выделяется от внешних источников энергии, по трубам передается в испаритель – в первый элемент в конструкции насоса. Тепло передается теплоносителями, которые способны выдерживать низкие температуры и не замерзать при этом.
- Здесь тепло передается к хладагенту, который циркулируется по замкнутому контуру системы. В качестве холодильного агента часто используется фреон.
- В компрессоре на фреон действует высокое давление, что значительно повышает его температуру.
- На следующем этапе хладагент поступает в конденсатор, где происходит передача тепла в контур отопительной системы. В результате тепло уходит в помещение, а фреон, охлаждаясь, возвращается в жидкое состояние.
- Через редукционный клапан фреон попадает обратно в испаритель, где процесс повторяется.
Исходя из принципа работы насоса, электроэнергия тратится только на работу компрессора. В результате это и делает тепловой насос самым экономичным способом передачи тепла.
Использование старого холодильника
Устройство теплонасоса из холодильника
Итак, чтобы собрать отопительную систему в загородном доме, необходимо иметь тепловой насос.
Сегодня такие агрегаты стоят недешево, это объясняется высокими техническими характеристиками и кропотливой работой по их сборке. Но, при желании собрать теплонасос можно своими руками.
Соорудить простой теплонасос можно из бытового холодильника. Особенность техники заключается в том, что в нем есть два основных компонента теплового насоса – конденсатор и компрессор. Это позволит значительно ускорить сборку теплонасоса своими руками.
Итак, сборка насоса из старого холодильника осуществляется следующим образом:
- Сборка конденсатора. Элемент выполняется в виде змеевика. В холодильники он чаще всего устанавливается сзади. Эта всем известная решетка и является конденсатором, с помощью которого происходит отдача тепла хладагентом.
- Конденсатор устанавливается в емкость, которая обладает высокой прочностью и способна выдерживать высокие температуры. Чтобы в процессе монтажа не повредить змеевик, эксперты рекомендуют разрезать емкость и установить в нее конденсатор. После этого емкость сваривается.
- Далее на емкость крепится компрессор. Изготовить агрегат в домашних условиях практически невозможно. Поэтому лучше взять его со старого холодильника. При этом стоит обратить внимание на то, чтобы он был в исправном состоянии.
- В качестве испарителя можно использовать обычную пластиковую бочку.
- После того как все элементы системы будут готовы, они соединяются между собой. Для подключения агрегата к отопительной системе используют пластиковые трубы.
Таким образом, можно соорудить тепловой насос из старого бытового холодильника. Если понадобится закачка фреона в систему, то для этого нужно вызвать мастера. Такую работу можно выполнить только с помощью специального оборудования.
Возьмите на заметку: тепловые насосы из холодильника часто используют для обогрева небольших помещений и строений бытового назначения. Это может быть гараж или небольшой сарай.
Также холодильник можно использовать в качестве источника тепла. То есть он будет играть роль радиатора отопительной системы. Нужно просто смонтировать два воздуховода, по которым в технику будет поступать, и отводиться воздух.
Первый канал будет запускать в морозилку воздух, а второй выпускать. При этом происходят физические процессы, которые заставляют конденсатор нагреваться.
Применение кондиционера
Схема теплонасоса из кондиционера
Заключается в том, что по принципу работы он напоминает тепловой насос.
Но, есть некоторые отличия. Прежде всего, стоит отметить температурный режим работы климатической техники. Сплит-системы не желательно использовать при низких температурах.
Чтобы изготовить теплонасос из кондиционера, необходимо провести ряд модификаций и перепланировок:
- Первый способ сборки насоса заключается в переделки кондиционера. В этом случае наружный и внутренний блок меняются местами. Во внутреннем блоке находится испаритель, который нужен для передачи низкопотенциального тепла. Во внешнем же блоке установлен конденсатор, который передает тепловую энергию. В качестве теплоносителя системы отопления может использоваться как воздух, так и вода. Во втором случае конденсатор монтируется в специальный резервуар, где будет проводиться передача тепла.
- Второй способ заключается в установке в систему четырех ходового переключающего клапана. Выполнить такую работу смогут только профессионалы. Особенно это касается установки теплового зонда.
- Третий вариант заключается в полной разборке климатической техники. Детали используются для сборки теплонасоса по обычной схеме: испаритель – компрессор – конденсатор.
К сборке теплового насоса на основе кондиционера стоит подойти очень внимательно и лучше привлечь профессионала. От правильности сборки будет зависеть продуктивность агрегата.
Перед тем как приступать к сборке теплонасоса, стоит задуматься над утеплением дома. Если строение обладает низкими теплоизоляционными свойствами, то эффективность использования насоса и других источников тепла значительно снизиться.
Такие насосы лучше использовать в низкотемпературных системах отопления. В данном случае оптимальным вариантом станет теплый пол. Учитывая все особенности сборки, вполне реально соорудить тепловой насос своими руками.
Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно разъясняет схему использования теплового насоса, сделанного из кондиционера своими руками:
При планировании организации обогрева загородного дома может возникнуть вопрос о том, как сделать тепловой насос своими руками. Начинать конструирование отопительной системы следует с выбора теплоносителя. Эта проблема легко решается, если вблизи дома проходит газопровод, достаточно получить разрешительную документацию. Однако в стране немало таких районов, где газ можно приобрести только в баллонах. Топить печь — утомительно и небезопасно, а использовать электрические обогреватели слишком дорого. Решить эту проблему могут другие источники энергии. Они позволяют добывать тепло от воды, воздуха и земли. К ним и относится самодельный тепловой насос.
Виды тепловых насосов
Существует 3 вида альтернативных устройств, используемых при планировании отопления частных домов. Классифицируются они по типу источников тепла. Устройство типа «земля-вода» извлекает тепловую энергию из почвы с помощью зонда и коллектора. Теплоноситель переносит ее к насосу, откуда она отправляется в отопительную систему. Если ваш участок имеет большую площадь, целесообразно строить коллекторы ниже уровня промерзания. Зонды идеально подходят для маленьких участков. Устройство плана «воздух-вода» позволяет добывать тепло из воздуха при помощи конденсаторов и вентиляторов.
Тепловой насос «вода-вода» принимает тепло из подземных вод. При наличии пруда на участке тепло можно получать из него. Устройство перерабатывает энергию, холодная жидкость отправляется обратно. Тепловой насос «воздух-воздух» содержит хладагент, вещество, имеющее отрицательную температуру кипения. Чаще всего используют фреон из старого холодильника либо сплит-системы. Если в кондиционерах это вещество забирает тепло и отдает его окружающей среде, то в насосе оно извлекает тепло из воздуха снаружи, нагревая воздух в доме.
Принцип работы теплонасосов
В состав системы входят устройства получения, распределения тепла и сам насос. Внутренний контур прибора состоит из компрессора, работающего на электричестве, конденсатора, дроссельного клапана и испарителя. Принцип работы подобных устройств таков: незамерзающая жидкость попадает в коллектор, испаритель отдает энергию хладагенту, отчего он закипает и переходит в газообразное состояние. Компрессор повышает его давление, что приводит к нагреву. Полученная тепловая энергия с помощью конденсатора передается в систему отопления. Фреон охлаждается и переходит в жидкое состояние. Говоря простым языком, принцип работы прибора противоположен принципу работы сплит-системы или холодильника.
Тепловые насосы потребляют намного меньше электроэнергии, чем электрические котлы. Однако монтаж такого устройства обойдется владельцу дома в кругленькую сумму. Тут возникает вопрос, а стоит ли устанавливать воздушный насос в доме? При монтаже такой системы в доме большой площади затраты окупаются за 1-2 года. Кроме того, устройство можно применять в качестве кондиционера в жаркое время, в этом случае горячий воздух из дома посредством теплообменника выводится наружу.
Мощность прибора рассчитывается в зависимости от теплопотерь здания. Перед монтажом теплонасоса необходимо выполнить теплоизоляцию крыши, стен и пола. Для отопления помещений старой постройки требуется устройство мощностью 75 Вт/м², для более современных домов — 50 Вт/м², для домов, построенных с применением новейших теплосберегающих технологий, — 30 Вт/м². Подобные установки следует вносить в проект строящихся зданий. Наиболее безопасным для окружающей среды считается теплонасос «земля-воздух», не выбрасывающий в атмосферу такие опасные вещества, как углекислый и угарный газ, соединения свинца. Опасность возгорания при правильной изоляции проводов практически отсутствует. Конструкция тепловых насосов предполагает защиту от перегрева деталей, приводящего к воспламенению. Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками?
Инструкция по строительству теплового насоса
Не каждый владелец дома располагает достаточной для покупки и подключения теплового оборудования суммой. Однако можно сделать прибор для отопления дома самостоятельно. Его можно построить из имеющихся в наличии деталей или приобрести б/у запчасти. Перед монтажом подобной тепловой системы в старом доме следует проверить состояние электропроводки. Приобретите компрессор в мастерской по ремонту бытовой техники. Его монтируют на стену с помощью кронштейна. Переходим к постройке конденсатора. Его можно сделать из стальной бочки объемом не менее 100 л. Ее разрезают на 2 части, внутрь вставляют змеевик из медной трубки холодильника. Не рекомендуется использовать для этих целей тонкостенные трубки: они могут стать основной причиной поломок прибора при эксплуатации.
Для придания трубе требуемой формы медной трубой обматывают кислородный баллон, фиксируют положение детали с помощью строительных уголков. После установки змеевика части бочки сваривают, создав резьбовые соединения. Для изготовления испарителя можно взять пластиковую емкость объемом 70-100 л со встроенным в нее змеевиком. Подавать в устройство воду можно посредством обычных труб. Крепится система с помощью кронштейна.
Для закачки охлаждающего вещества в насос из кондиционера необходимо пригласить мастера по ремонту холодильников. Сделать это самим, не имея нужных навыков, невозможно.
После выполнения этого этапа тепловые насосы подсоединяются к устройствам получения и отдачи тепловой энергии. Процесс подсоединения устройства получения тепла зависит от вида насоса.
Заключительные моменты
При подключении приборов типа «земля-вода» без бурения скважины обойтись не получится. Необходимо пробурить отверстие глубиной 100-150 м. В него погружают специальный зонд, который подсоединяют к насосу. Тепловой насос «вода-вода» подключается так: все трубы погружаются в воду, затем аккуратно переставляются в центр водоема. В устройстве «воздух-вода» тепло добывается из воздуха, значит, при его установке не требуется выполнения сложных земляных работ. Достаточно определить место для коллектора на участке и соединить прибор с системой отопления.
Для того чтобы подключить тепловой насос «воздух-воздух» потребуется вентилятор большой мощности. Воздуховоды располагают вдоль стен, теплый воздух поступает через приточные отверстия, размещенные вблизи окон. Систему можно оснастить терморегуляторами, позволяющими в автоматическом режиме подбирать комфортную температуру в комнате. Для организации отопления с помощью такой системы потребуются следующие инструменты и материалы:
- воздуховоды;
- приточные решетки;
- крепежные элементы;
- армированный скотч;
- ножницы для резки стали.
Для передачи нагретого воздуха можно приобрести воздуховоды любого типа. Для монтажа жестких потребуются отводы, регулирующие направление воздушных потоков. Если установка насоса будет запланирована до начала строительства дома, всю систему можно спрятать под навесной потолок. В остальных случаях их скрывают с помощью элементов декора.
При установке маломощного насоса может потребоваться использование дополнительного отопительного прибора — электрического котла. Так вы сможете повышать температуру в помещении в морозные дни.
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.
