Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, как сделать своими руками?

Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.

В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

  1. Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
  2. Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
  3. Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
  4. На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.

Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Виды дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

  1. Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.
  2. Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.
  3. Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
  4. Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Способы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

  1. В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.
  2. Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться инверторным кондиционером в режиме обогрева.
  3. Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно добиться COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.
  4. Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

Прокладка внешнего контура ТН к водоему

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии ТН необходимы определенные условия (на выбор):

  • водоем за 25—50 м от жилища, на большем расстоянии потребление электричества сильно вырастет за счет мощного циркуляционного насоса;
  • колодец либо скважина с достаточным запасом (дебетом) воды и место для слива (шурф, вторая скважина, сточная канава, канализация);
  • сборный канализационный коллектор (если вам позволят туда врезаться).

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.

На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

Способы отбора теплоты геотермальным ТН

Сборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант горизонтальной раскладки трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ пробивки скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника).
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Тепловые насосы для отопления дома

Многие участники нашего портала давно пользуются тепловыми насосами и считают их наилучшим способом отопления. Тепловой насос до сих пор остается дорогим устройством, и срок окупаемости у него большой. Но есть удачные опыты самостоятельного изготовления тепловых насосов: это позволяет избежать каких-то нереальных расходов.

  • Принцип работы теплового насоса
  • Как сделать тепловой насос своими руками
  • Выгодно ли делать тепловой насос

Принцип работы теплового насоса

Объясняя принцип действия теплового насоса, люди часто вспоминают холодильник, где в радиатор на задней стенке сбрасывается тепло, «снятое» с продуктов в камере.

Принцип работы теплового насоса, как холодильника: решетка на его обратной стороне греется, морозилка – охлаждается. Если мы удлиним трубки с фреоном и опустим их в ванну, то вода в ней будет охлаждаться, а решетка холодильника – нагреваться; холодильник будет перекачивать тепло из ванны и греть помещение.

По этому же принципу работают и кондиционеры, и тепловые насосы. Работа приборов основана на цикле Карно.

Теплоноситель движется по грунту или воде, в процессе «снимая» тепло и повышая свою температуру на несколько градусов. В теплообменнике теплоноситель отдает накопленное тепло хладагенту, тот становится паром, поступает в компрессор, где поднимается его температура. В этом виде он поставляется в конденсатор, отдает тепло теплоносителю ОС дома, и охладившись, снова превращается в жидкость и поступает в испаритель, где нагревается от новой порции нагретого теплоносителя. Цикл повторяется.

Мы разберем это на конкретном примере нашего пользователя, который сделал тепловой насос своими руками.

Тепловые насосы работают на энергии природных источников тела:

Собирать тепло с грунта (ниже глубины промерзания его температура всегда около +5 – +7 градусов), можно двумя способами:

  • горизонтальный грунтовый коллектор
  • уложенные горизонтально разными способами трубы.

По трубам течет «рассол» – на FORUMHOUSE часто используют пропиленгликоль, который забирает тепло земли, передает его хладагенту, и остыв, снова отправляется в грунтовый коллектор.

Горизонтальный грунтовый коллектор – самый дешевый способ получения энергии для работы теплового насоса. Проблема в том, что он занимает большую площадь. Чтобы обогреть дом 100 кв.м. потребуется около 5 соток на участке, и над коллектором нельзя будет возводить капитальных строений и сажать деревья с мощной корневой системой.

Люди с небольшими участками вынуждены использовать более дорогой способ – вертикальный грунтовый зонд. Это целая U-образная труба, опущенная на большую глубину (около 150 метров), или несколько таких труб, заглубленных на 20 метров (в итоге это получается дешевле и не требует получения разрешения).

Для экономии места можно бурить маленьким буром много неглубоких скважин. Получится дешевле чем бурить одну большую.

Также для работы теплового насоса используется вода – или из открытого водоема, или из скважины.

Способ устройства теплового насоса для отопления дома «вода- вода» считается самым выгодным (нет расходов на бурение и прокладку траншей), но только если дом, в котором будет установлен тепловой насос, стоит на берегу, не дальше, чем в 50 метрах от водоема. В этом случае трубопровод с «рассолом» опускается на дно реки – и все.

При втором способе необходимо пробурить две скважины: из одной вода будет поступать к тепловому насосу и передавать ему свое тепло, а во вторую будет отправляться уже «отработанная», остывшая вода. Расстояние между скважинами должно быть не менее 20 метров.

Тепловые насосы «воздух-воздух» эффективны только в южных регионах, где температура зимой не опускается ниже -5 градусов.

Самодельный тепловой насос

При всех преимуществах, которые имеет тепловой насос, цена этого устройства даже без обустройства коллектора составляет несколько тысяч у.е. Сократить расходы можно, сделав его самостоятельно.

Участник FORUMHOUSE c ником Saga сделал тепловой насос для отопления трехуровневого дома площадью 300 квадратных метров, собрав его из компрессора, пластинчатых теплообменников, фильтра-осушителя, ТРВ и других компонентов. В качестве хладагента использовал фреон R22.

На участке на глубине полутора метров проложил два контура трубы ПНД по 450 метров и один контур, на 600 метров, поместил в речку рядом с домом. Копал траншеи и все соединения делал сам – сейчас, с опытом, сделал бы все надежнее и экономнее.

Спустя три года домовладелец не пожалел о своем решении установить тепловой насос. Он смонтировал к нему еще и вентиляцию (ТН подогревает воздух перед рекуператором), а холодным воздухом летом бесплатно остужает дом. Отопление, подогрев воды и кондиционирование обходится ему в 25 000 в год.

На этой исторической фотографии видно, сколько электричества было потрачено за три года на отопление и подогрев воды – 38586 киловат (напомнаем, площадь дома – 300 кв.метров).

Счетчик на фото специально для теплового насоса: когда-то сам не верил .

Соседи, оценив потенциал теплового насоса, сделали себе такие же. Главной ошибкой в устройстве теплового насоса наш пользователь считает чрезмерную длину холодных контуров – 200 метров было бы достаточно. Еще один промах – теплообменник в системе вентиляции, его надо делать с большим запасом; обязательно пригодится.

Все мелкие ошибки связаны с попытками сэкономить.

Не экономьте на диаметре труб, покупайте фирменные фитинги и циркуляционные насосы и будет вам счастье.

Подведение итогов

Участники нашего портала используют тепловой насос, как полноценную систему отопления (а не вспомогательную). По нашим наблюдениям, тепловой насос становится все более популярным способом отопления загородного дома. По отзывам наших пользователей, тепловой насос лучше всего работает в домах с низкими теплопотерями, поэтому в идеале дом нужно «затачивать» под это устройство еще на этапе проектирования. Хорошим вариантом будет каркасник со всеми необходимыми утеплениями, мембранами и пленками, или каменный дом. Второй момент: тепловой насос наиболее эффективен в альянсе с низкотемпературными отопительными приборами, так что лучше сразу ориентироваться на теплый пол.

На FORUMHOUSE можно найти огромное количество информации для тех, кто решится сделать тепловой насос своими или чужими руками. Есть рекомендации по правильному устройству геотермального контура теплового насоса, бесценные подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса, инструкции по проектированию тепловых насосов, узнайте, как сделать самую бюджетную, «народную» систему отопления на основе теплового насоса, посмотрите наше видео про дом, который успешно отапливается тепловым насосом.

Читайте также:  Промывка системы отопления жилого дома: способы, инструкции

Тепловой насос для обогрева дома: установка своими руками

Самым популярным способом теплоснабжения на данный момент является использование газовых и твердотопливных котлов отопления и реже — электрических. Однако также существует простая и в тоже время высокотехнологичная схема отопления — это тепловые насосы (ТН). Они пока не получили широкого распространения, хотя их преимущества очевидны.

Принцип работы ТН для отопления дома напоминает работу холодильника. Они не сжигают невосполнимые запасы природных ресурсов, не наносят вред окружающей среде и дают экономию на энергоносителях, так как последние с каждым годом дорожают. Если установить ТН, то это позволит не только отапливать, но и охлаждать помещение в летний зной.

Что такое тепловой насос

ТН — это паровая компрессионная установка, которая способна переносить тепловую энергию от холодных источников к теплым. Тепло передается при помощи хладагента за счет испарения и конденсации, который циркулирует внутри замкнутого контура. Эта установка потребляет электрическую энергию только на то, чтобы фреон циркулировал внутри замкнутого контура.

Принцип действия

Принцип работы ТН основан на способности хладагента поглощать либо отдавать тепло во время изменения агрегатного состояния. Схематично его можно представить в виде системы, которая состоит из трех контуров.

Теплоноситель находится в первом и переносит энергию от источника с низкопотенциальным теплом. Во втором контуре хладагент циркулирует. Он периодически испаряется и отбирает тепло первого контура, потом конденсируется и отдает его третьему контуру. По третьему контуру циркулирует вода, которая переносит тепло в систему отопления.

Работа ТН на примере вода — вода:

  1. Контур с антифризом размещается на дне водоема. Проходя по контуру, антифриз нагревается до температуры около 6—8 °С и подается на теплообменник. Задача антифриза заключается в передаче тепловой энергии воды хладагенту.
  2. Теплообменник является важнейшим элементом конструкции. Это устройство состоит из испарителя и конденсатора.
  3. В компрессоре газообразный хладагент сжимается, в результате повышается его температура.
  4. Далее в конденсаторе он превращается в жидкость, а тепловая энергия нагревает стенки теплоносителя.
  5. Таким образом, принцип работы ТН основан на том, что при переходе хладагента в газообразное состояние он забирает тепло у воды, а при переходе в жидкое состояние — отдает тепло отопительной системе.

Конструктивные особенности

Имеются различные виды ТН, но все они основаны на использовании принципа получения тепла или холода методом разделения тепловой энергии и ее переноса. Лишь один ТН Френетта отличается другим способом.

Кавитационный способ получения тепловой энергии при помощи гидродинамического генератора является разновидностью ТН. Тепловая энергия, которая расходуется на отопление здания, является следствием преобразования энергии, осуществляемого при помощи насоса. Причем он получает тепло без сжигания топлива, а при помощи охлаждения наружной среды и выделения тепловой энергии внутри помещения. То есть в этом случае закон сохранения энергии соблюдается: сколько тепловой энергии забирается из внешней среды, столько же и выделяется внутри здания.

Большинство таких устройств бытового назначения используют тепло солнца, которое накапливается поверхностью земли, водой или воздухом. Поэтому по типу первого контура все конструкции можно разделить на воздушные, грунтовые и водяные.

Преимущества использования

Главными преимуществами применения ТН являются использование современных технологий для обеспечения экономической эффективности.

  1. ТН использует электроэнергию для производства тепла наиболее эффективным способом. При затратах одного киловатта электроэнергии вырабатывается до четырех киловатт тепловой энергии. Между собой производители тепла сравниваются при помощи коэффициента преобразования тепла (KПT).
  2. Экологичность. Аппарат при работе не сжигает топливо, не выбрасывает в окружающую среду вредные вещества. Ни в воздухе, ни в почве не накапливаются вредные для здоровья людей соединения. Хладогены не содержат хлоруглеродов, а значит они не разрушают озоновый слой планеты.
  3. Возможность повсеместного использования. Воздух, вода и земля есть повсюду, что позволяет тепловые насосы использовать в разных местах Земли. Если электричество отсутствует, тогда можно применять ветряные, дизельные или бензиновые генераторы.
  4. Многофункциональность. ТН, у которых имеется реверсивный клапан, способны обогреть дом в холодное время года и обеспечить горячим водоснабжением, а также охладить воздух в летнюю жару. Летом ТН используется кондиционером и нагревателем воды для дома и бассейна.
  5. Безопасность. При работе агрегата отсутствует открытый огонь, не используется топливо, нет выделений опасных газов. Узлы системы выше 90 °С не прогреваются, а значит, причиной пожара стать не могут. Таким насосам не вредят простои, ими можно эффективно пользоваться даже после продолжительных остановок.

Недостатки

Главным и, возможно, единственным недостатком ТН является цена. Для обогрева дома площадью около 100 м² нужен агрегат мощностью более шести киловатт и стоимостью более 150 тысяч рублей, а также дополнительные затраты на монтаж.

ТН оправдывают себя только в зданиях, где потери тепла составляют не более ста ватт на квадратный метр. Значит, чем дом теплее, тем выгоднее использовать насос. Собственно, это касается всех видов отопления.

КПТ выше тогда, когда разница между температурой теплоносителя в системе и в контуре отопления минимальна. При низкотемпературной системе обогрева достигается максимальная эффективность, например, в системе отопления «теплый пол».

Виды насосов

В зависимости от того, какие типы источников используются для того чтобы получить тепловую энергию, ТН можно разделить на категории.

Геотермальные системы

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для их применения требуется довольно большая площадь под горизонтальные трубы. Для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Геотермальные с открытым циклом

В качестве теплообменника у ТН используется вода из водоема. Она после использования в качестве теплообменной жидкости снова возвращается в водоем. Допускается при наличии достаточного объема чистой воды и разрешения экологического законодательства.

Насосы закрытого цикла с теплообменником

Установка теплового насоса является самым эффективным вариантом, но в то же время и самым затратным.

Замкнутый тип ТН делится дополнительно на:

  1. Горизонтальные — самые эффективные при условии, что имеется доступ к большим по площади земельным участкам. Размещаются в траншеях, которые расположены ниже промерзания грунта.
  2. Вертикальные — используются в тех случаях, когда нет достаточного по площади земельного участка. Используются скважины глубиной до 200 метров — в них монтируются теплообменники.

Воздух — воздух и воздух — вода

Тепловую энергию воздушный ТН берет из атмосферы. Для монтажа такая конструкция отличается простотой.

  • поставить оборудование так же легко, как подключить кондиционер или холодильник;
  • для установки не нужен большой теплообменник;
  • после подключения сразу готов к работе;
  • установка требует минимального обслуживания;
  • не нужно монтировать систему отопления;
  • обладает низкой стоимостью;
  • отсутствует бак-накопитель.

Но такой насос обладает и существенными отрицательными свойствами:

  • большая зависимость степени потребления электроэнергии от температуры уличного воздуха;
  • необходимость в резервном источнике тепла при сильных морозах;
  • наружный блок в морозы может обмерзать.

Воздух — воздух

Воздушный насос по принципу работы напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева с единственным отличием: ТН настроен на отопление, а кондиционер — на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки воздух — воздух заключается в следующем. Воздух, даже при низких температурах, имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре -15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при -30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в этой системе теплоснабжения, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки воздух — воздух напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем производительность станции уменьшается.

Система вода — вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем с достаточно большим количеством воды — река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло из внешнего контура и отдает его контуру внутри помещения.

Насос типа воздух-вода

ТН типа воздух — вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время производительность существенно падает.

Простой монтаж является преимуществом системы — подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использоваться.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный ТН отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды. Разумеется, для использования установки такого типа нужно, чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Цены на разные модели тепловых насосов

Установка своими руками

Перед установкой самодельного ТН и даже покупного желательно составить проект отопления. Предварительно производится расчет тепловых потерь в помещении. Это требуется для того, чтобы подобрать наиболее эффективный насос, который будет снабжать теплом в необходимом количестве. Для монтажа оборудования требуется оценка технических условий.

Если хочется приобрести ТН, который берет тепло из земли, тогда нужно изучить состав грунта и глубину его промерзания. Перед установкой пробурить отверстия на необходимую глубину.

При установке ТН «вода — вода» требуется изучить водоем и глубину его промерзания. Потом сделать вычисления необходимой длины контура и оптимальной глубины для погружения рукава.

Средняя стоимость проектирования и подготовительных работ составляет около 35 тысяч рублей (без бурения). Сама установка насоса не требует много времени и занимает примерно 2-3 рабочих дня.

При установке ТН необходимо придерживаться намеченного плана работ:

  • бурение скважины;
  • установка зондов и их погружение на глубину;
  • погружение коллектора, в который установлены теплообменники;
  • опускание труб с теплоносителем, а также — с хладагентом;
  • разводка труб и их соединение;
  • установка баков, снабженных термометром и нагревательным элементом;
  • подключение к электросети;
  • подключение к системе отопления дома;
  • пробный запуск системы.

Нюансы эксплуатации

Для эффективного использования принципа работы ТН требуется соблюдение нескольких условий.

Во-первых, обогреваемое помещение необходимо утеплить. Потери тепла не должны составлять более 100 Вт/м2.

Тепловой насос выгодно применять для отопления низкотемпературных систем, например, системы «теплый пол». Количество преобразования тепла зависит от соотношения температуры входного и выходного контуров. В этом случае каждый потраченный киловатт электроэнергии перекачает в дом около пяти киловатт тепла.

Особенности отопления дома зимой

Для стабильного отопления при помощи ТН в зимний период требуется монтировать системы, где в качестве теплообменника используется водоем с достаточным запасом воды или грунт. Систему воздух — воздух можно в зимний период эксплуатировать в местности с мягким климатом, где температура наружного воздуха редко опускается ниже нуля градусов.

В зимний период также желательно использовать дополнительные источники тепла — тогда при значительном понижении температуры наружного воздуха можно использовать именно их. В этом случае нет необходимости использовать ТН с большой избыточной мощностью, которая практически никогда не нужна, но которая существенно влияет на его цену.

Примерная стоимость системы отопления и расходы на эксплуатацию

Купить тепловой насос для отопления дома, цена которого соответствует окупаемости за 3 года, можно в Москве у таких фирм как Nibe, Vaillant, Brosk, Henk.

ТН фирмы Cooper & Hunter приспособлен к работе в северных странах и эффективно работает при температурах от минус 25 °С до плюс 48 °С — эффективную и стабильную работу обеспечивает специальный алгоритм, обеспечивающий нормальное функционирование при отрицательных температурах.

  • внешний + внутренний блок;
  • режимы обогрева и охлаждения;
  • предназначен для водяного отопления и ГВС (горячего водоснабжения);
  • мощность обогрева — 9,6 кВт.

Цена под ключ ТН в среднем составляет приблизительно 300—400 тысяч рублей. Система «воздух — вода» — самый дешевый вариант, так как для нее не требуется производить дорогостоящие земляные работы.

Стоимость установки насосов зависит от различных факторов: выполняемых ими функций, площади здания, перечня работ, выбора производителя.

  • если площадь дома составляет 80—120 кв. м, то цена будет от 334 до 500 тысяч рублей;
  • если площадь дома — 220—280 кв. м, установка ТН обойдется от 520 до 800 тысяч рублей;
  • высокотемпературный ТН «Корса-32В» стоит примерно 560 тысяч рублей;
  • модель «Корса-10» среднетемпературная — около 320 тысяч рублей.

Как сделать насос своими руками

ТН изготовить своими руками вполне реально, но для этого необходимо найти хороший компрессор. Его можно купить в магазине запасных частей или использовать от старого холодильника или кондиционера.

В качестве конденсатора используется бак из нержавейки — приблизительно на 100 литров. Для контура отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.

  1. С помощью уголка закрепить компрессор к стене в месте, где будет размещаться ТН.
  2. Далее сделать змеевик из медных трубок: обмотать их вокруг подходящего цилиндра. Шаг намотки по змеевику должен быть одинаковым.
  3. Бак нужно разрезать на две половинки, внутрь вставить змеевик и заварить обратно. При этом в нем необходимо сделать несколько входных отверстий, через которые вывести трубки змеевика.
  4. В качестве испарителя можно использовать пластиковую бочку — в нее завести трубки внутреннего контура.
  5. Далее в схеме нужно создать избыточное давление для проверки герметичности.

Для транспортировки прогретой воды можно использовать обычные ПВХ-трубы (из поливинилхлорида). Заправку системы фреоном желательно сделать совместно со специалистом. Короб для батареи из гипсокартона читайте в нашей статье.

Видео

В видео рассказывается все о ТН системы «вода — вода»: принципах работы, типах, преимуществах и недостатках, правилах монтажа.

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 19.11.2018

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

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

Читайте также:  Фитолампа для растений своими руками – как сделать?

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).

Как сделать тепловой насос своими руками

Экология познания. Усадьба: В последние десятилетия у владельцев домов появился довольно большой выбор систем отопления. Уже необязательно подключаться к централизованным сетям и использовать традиционные источники. Можно выбрать оборудование, работающее на альтернативной энергии, но его главный недостаток – дороговизна. Впрочем, если сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить.

Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы.

Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит.

Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС. Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.

Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:

  • компрессор;
  • теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
  • теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
  • расширительный (редукционный) клапан;
  • средства управления и автоматики;
  • магистрали из медных трубок.

В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель. После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое. Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:

Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.

Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:

  • питание компрессора;
  • вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
  • питание средств автоматики и контроля.

Получается, что при потреблении 1 кВт электричества действие теплового насоса может переместить в дом до 5 кВт тепловой энергии извне, отсюда и небылицы о КПД 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.

Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:

Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.

Тепловой насос вода-вода

Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса. Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:

Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.

Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и объема воды в пруде. Также существуют варианты погружения внешнего контура в проточную воду реки или канализационный септик.

Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.

Считается, что работа теплового насоса, добывающего тепло из грунта, — самая стабильная и эффективная. Но покупка и монтаж подобного оборудования очень дороги, а домашние мастера-умельцы редко прибегают к реализации этого варианта.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.

Необходимо отметить, что тепловой насос, придуманный и собранный своими руками, для подавляющего большинства рядовых пользователей останется недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению массу усилий и времени.

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы. В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:

Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата. По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:

Самодельный обогреватель из холодильника может функционировать до наружной температуры минус 5 ºС, не ниже.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

Читайте также:  Полок в баню своими руками - как сделать правильно?

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Как сделать тепловой насос

Людям, переезжающим жить за город, приходится решать вопрос с обогревом своего дома. Газопровод есть не везде, а устанавливать электрическое отопление очень дорого. Кроме того, в дачных посёлках часто бывают проблемы и перебои с электричеством. Установка теплонасоса может стать выходом из этой ситуации. Промышленность производит оборудование разного типа, вдобавок, можно изготовить тепловой насос своими руками.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Тепловым насосом называют не отдельно взятый прибор, а установку, состоящую из следующих компонентов:

  • Циркуляционного насоса;
  • И спарителя;
  • К омпрессора;
  • К онденсатора;
  • Д ругих коммуникаций в зависимости от типа установки.

Все элементы соединены в цепь при помощи трубопровода. Задачами системы являются сбор энергии, выделение тепла и перенос его к месту потребления. Примерами работы простейшего теплового насоса являются холодильник, кондиционер или сплит-система. Испаритель и конденсатор выполняют роль теплообменников.

Разобравшись в принципе работы теплонасоса, не составит труда сделать такое устройство самостоятельно

Теплонасосные установки можно классифицировать по источнику и носителю тепла.

Виды устройств различают по двум признакам. Первый из них – среда, которая является источником энергии, второй – носитель, которому энергия передаётся, и который непосредственно обеспечивает обогрев жилища. Выделяют следующие типы систем:

  • Воздух – воздух;
  • В оздух – вода;
  • В ода – вода;
  • З емля – вода;
  • З емля – воздух.

Насос приводится в действие электрическим током, дизельным генератором или работает от солнечной батареи. Теплоноситель (вода или воздух) циркулирует по трубкам, проходит через испаритель и отдаёт тепло хладагенту. Происходит переход хладагента из жидкого в газообразное состояние. Компрессор сжимает газ с повышением температуры. В конденсаторе происходит выделение энергии и нагревание теплоносителя. Далее вещество, нагретое до высокой температуры, поступает в систему отопления дома. Выходит теплоноситель уже охлаждённым, цикл повторяется. Таким образом, затраты электроэнергии (либо другого источника энергии) идут только на работу циркуляционного насоса и теплового прибора. Обогрев дома происходит не электричеством, а теплом природного накопителя энергии.

Источники низкопотенциальной энергии

К источникам низкопотенциальной энергии относят грунт, воду и воздух. Эти ресурсы возобновляемы, не расходуются в процессе работы насоса, поэтому неисчерпаемы. Их используют для отопления жилых зданий, обогрева пешеходных дорожек и стадионов, обеспечения горячего водоснабжения.

Использование природных водоёмов

Даже зимой природные источники не замерзают полностью. На определённой глубине сохраняется температура воды выше нуля. Это свойство рек, озёр и морей применяют для обогрева помещений при помощи теплонасосных установок типа вода – вода и вода – воздух. Примерная глубина установки элементов системы:

  • В северных регионах – 3 метра;
  • В южных регионах – 1 метр.

Для эффективного использования ресурса водоём должен находиться на расстоянии не более пятидесяти метров от объекта, который нужно отапливать. Если расстояние больше, то возникают дополнительные затраты. На установку трубопровода уйдёт больше материала, да и работы по выкапыванию траншей тоже прибавится. И это при условии, что дом от водоёма отделяет только неиспользуемая земля. А вот если озеро находится непосредственно у жилища, то использовать его выгодно. Прокладка трубопровода в воде не является слишком трудоёмкой и затратной.

Это важно! Глубина водоёма должна оставаться стабильной, без перепадов в течение всего периода использования.

Обустройство тепловой системы с использованием водоёма, находящегося рядом с домом

Перед установкой теплового насоса берут пробу воды из водоёма для исследования её в лаборатории. Необходимо определить:

  1. Жёсткость воды и содержание отдельных микроэлементов. Опираясь на данные показатели, выбирают модель оборудования. Если тепловой насос подобрать неправильно, то оборудование быстро выйдет из строя из-за коррозии.
  2. Степень загрязнения воды. Для успешного функционирования системы устанавливают фильтры. При высокой степени загрязнения стоит подсчитать экономическую выгоду, так как система очистки будет стоить дорого.

Энергия грунтов

Земля обладает способностью накапливать солнечное тепло, а также получать энергию от земного ядра. Фактически грунт является неиссякаемым источником тепла. Тепловой насос типа грунт – вода и грунт – воздух нормально функционирует при температуре земли от +5 до +10° С. Чем ниже температура грунта, тем более мощное оборудование нужно использовать. Конструкция теплообменного контура может быть горизонтальной или вертикальной. Площадь, которую он занимает, также напрямую зависит от температуры земли. Ветви трубопровода укладывают на расстоянии одного (максимум 1,5) метров друг от друга.

Схема проведения тепловой системы в грунте в помощь умельцам

Для использования данного источника тепла нужно выделить большую площадь. Эта территория не пригодна для посадки растений, так как они будут вымерзать. Трудности представляют монтаж системы и поиск специалиста, который справится с работой.

Это важно! Теплоотдача грунта зависит от его вида. Меньше всего тепла можно получить из песка. Наибольшей теплоотдачей обладают гранит и известняк. Обычный грунт считается средним по способности выделять энергию.

При вертикальном расположении системы для обогревания дома в 200 м² потребуется пробурить примерно десять скважин глубиной 30 м (при средних показателях теплоотдачи) и диаметром 15 см. Для горизонтальной установки при тех же исходных данных придётся уложить около 500 метров трубопровода.

Трудности монтажа и материальные затраты компенсируются:

  • Сроком эксплуатации теплонасоса, который составляет 50 – 70 лет;
  • Экономией денежных средств на оплату газового отопления.

Тепло из скважин

Грунтовую воду из скважины для обогрева жилья используют редко из-за сложности монтажа. Система должна состоять из двух скважин. Из одной отбирается вода для получения тепла. Во вторую сбрасывается пропущенная через систему отопления жидкость. Расстояние между скважинами должно быть не менее 15 метров.

Перед установкой теплонасоса определяют направление течения грунтовых вод. Сливая скважина должна располагаться ниже по течению. Кроме того, необходимо обеспечить фильтрацию воды от механических и химических примесей.

Тепловая энергия воздуха

Тепловой насос, использующий энергию воздуха, наиболее прост по конструкции. Трубопровод не требуется, так как воздух поступает к испарителю прямо из окружающей среды. Тепло передаётся хладагенту и далее теплоносителю в помещение. Теплоносителями могут быть воздух (через вентилятор доводчика) и вода (в радиаторах отопления и тёплом полу).

Теплонасос типа воздух – воздух работает по принципу кондиционера с некоторыми отличиями:

  • Система функционирует при отрицательной температуре;
  • Т епловой насос может быть единственным источником тепла в доме;
  • Э кономичность в сравнении со стандартными кондиционерами, которые работают не только на охлаждение, но и на обогрев.

Конструкцию теплонасоса, использующего энергию воздуха, воплотить в жизнь совсем несложно

Энергия солнца является прекрасной альтернативой электричеству. Подробнее о солнечных батареях для дома можно прочитать здесь: https://teplo.guru/eko/solnechnye-batarei-dlya-doma.html

Плюсы и минусы

К преимуществам применения теплонасоса можно отнести:

  1. Возможность применения в отдалённых посёлках, где нет газопровода.
  2. Экономичное расходование электроэнергии только на работу самого насоса. Затраты значительно ниже, чем при использовании электроприборов для отопления помещения. Тепловой насос потребляет энергии не больше, чем бытовой холодильник.
  3. Способность использования в качестве источника энергии дизельного генератора и солнечных батарей. То есть при аварийном отключении электроэнергии обогрев дома не прекратится.
  4. Автономность системы, в которую не нужно доливать воду и контролировать работу.
  5. Экологичность установки. В процессе работы насоса не образуются газы, и нет выбросов в атмосферу.
  6. Безопасность работы. Система не перегревается.
  7. Универсальность. Можно установить теплонасос, работающий на нагрев и охлаждение.
  8. Долговечность эксплуатации. Компрессор требует замены один раз в 15 – 20 лет.
  9. Освобождение помещения, которое предназначалось под котельную. Кроме того, нет необходимости приобретать и хранить твёрдое топливо.

Недостатки тепловых насосов:

  1. Установка стоит дорого, хотя и окупается в течение пяти лет;
  2. В северных районах понадобится использование дополнительных отопительных приборов;
  3. Г рунтовая установка хоть и незначительно, но нарушает экосистему участка: использовать территорию для сада или огорода не получится, она будет пустовать.

Тепловой насос своими руками

Для самостоятельной сборки теплового насоса выбирают наиболее простые схемы с минимальным использованием дорогих деталей. Прежде чем принять решение изготовить прибор самостоятельно, нужно позаботиться об утеплении дома. Если жилище будет быстро охлаждаться, то тепловой насос не сможет его обогреть.

Из холодильника

Прибор, собранный из старого холодильника, может служить дополнительным источником тепла в помещении или обслуживать тёплый пол, а также обогреет небольшую комнату.

Перед началом работы выбирают схему будущей конструкции и определяются с источником энергии. Обычно его выбирают под землёй или в водоёме, решают по поводу вертикального или горизонтального размещения.

Конструкция тепловой системы из холодильника отличается простотой и доступностью

После выбора схемы делают чертёж. На нём обязательно рассчитывают и обозначают размеры, исходя из индивидуальных данных жилья и подворья.

Пример чертежа для самостоятельного изготовления тепловой системы из холодильника

Помимо самого бытового прибора, нужно будет приобрести следующие детали:

  • Ц иркуляционный насос;
  • К ронштейны L-образной формы длиной 30 см;
  • Б ак из нержавеющей стали на сто или сто двадцать литров;
  • П ластиковую и металлическую ёмкости на 100 литров;
  • М еталлопластиковые и медные трубы различного диаметра.

Основная часть холодильника, необходимая для сборки насоса – компрессор. Деталь должна быть в рабочем состоянии.

Инструменты, необходимые для сборки:

  • С варочный аппарат;
  • Б олгарка;
  • Н абор слесарных инструментов.

После подготовки материалов и инструментов крепят компрессор к стене на кронштейны. Затем приступают к сборке узлов насоса:

  1. Изготавливают конденсатор. Разрезают пополам болгаркой подготовленную металлическую ёмкость. В одну из частей устанавливают медный змеевик. Затем половины соединяют при помощи сварочного аппарата. В получившейся ёмкости просверливают резьбовые отверстия для дальнейшего соединения цепи приборов.
  2. Делают теплообменник. На бак из нержавеющей стали накручивают медную трубу. Оба её конца закрепляют рейками и присоединяют к ним сантехнические переходы
  3. Собирают испаритель. Устанавливают змеевик в пластиковую ёмкость. Пластик подходит, так как эта деталь не перегревается.
  4. Полученный испаритель крепят кронштейнами к стене.

После подготовки узлов собирают установку и монтируют терморегулирующий клапан. В систему закачивают хладогент и подключают к источнику энергии.

Не спешите выбрасывать старый холодильник: в умелых руках он сможет обрести «вторую жизнь»

Трубы системы располагают ниже уровня промерзания почвы либо в водоёме, также на соответствующей глубине. Есть примеры, когда хозяин устанавливал трубопровод в канализации. В данном случае потребовалась серьёзная система очистки. К трубопроводу подключают циркуляционный насос.

Из кондиционера

Соорудить теплонасос из кондиционера можно тремя способами:

  1. Поменять местами внешний и внутренний блоки. Теплоносителями могут служить вода и воздух. Если выбрана вода, то конденсатор устанавливают в ёмкость.
  2. Установить в кондиционер клапан, который будет переключаться между четырьмя режимами. Это работа для специалиста со знанием и навыками проведения таких модификаций. В данном случае целесообразно изначально использовать прибор, работающий на холод и на тепло с уже установленным переключателем.
  3. Полностью разобрать прибор и смонтировать по стандартной схеме теплового насоса с испарителем, компрессором и конденсатором.

Для самостоятельной переделки сплит-системы в тепловой насос лучше использовать прибор, который уже так устроен, что работает на тепло и на холод. В некоторых случаях не приходится даже выпускать и заправлять хладагент. Собирают установку по схеме.

Схема переделки сплит-системы в тепловой насос поможет создать тёплую атмосферу в доме

Порядок работы по переделке кондиционера:

  1. Подбирают металлический бак. По длине он должен быть равен длине наружного теплообменника, по ширине – на десять сантиметров больше. В боковые стенки врезают трубки (штуцеры) для подачи и отвода воды.
  2. Снимают верхний кожух прибора и наружный теплообменник.
  3. Радиатор отодвигают, избегая заломов трубочек с хладагентом. Если это сделать осторожно, то перезаправка фреоном не потребуется.
  4. Снимают наружную крыльчатку с вала.
  5. К радиатору добавляют дополнительные пластины. Они могут быть медными и алюминиевыми. Радиатор, помещённый в водную среду без этих пластин, быстро сгорает.
  6. Не повреждая трубки с хладагентом, опускают радиатор в ранее подготовленный бак. Герметично закрывают и уплотняют вводы контуров.
  7. К трубкам для подачи и вывода воды подключают циркулярный насос и проверяют качество и герметичность системы.

Установка дополнительных пластин – обязательный этап в переделке кондиционера

Если не удаётся из-за трубок с фреоном корректно поместить радиатор в бак, то их разрезают на максимальном расстоянии от испарителя, а затем спаивают после повторной заправки хладагентом.

В данном варианте переделки сплит-системы изменилась только среда, в которой находится радиатор. В заводской комплектации она была воздушной, теперь жидкая. Таким образом, может быть собрана система типа вода – вода или вода – воздух.

Вариант сплит-системы из кондиционера в помощь тем, кто всё старается делать самостоятельно

Подачу воды настраивают от скважины. Для этого соединяют штуцеры бака с трубопроводом.

Между скважинами прокапывают неглубокую траншею для размещения труб контура. Сам трубопровод делают из полиэтиленовых труб. В каждую скважину опускают не менее двух петель из труб. Трубопровод фиксируют бетоном и утепляют грунтом. Прежде чем залить бетоном и засыпать, проверяют герметичность соединений. Для этого систему подключают к насосу, после набора воды насос останавливают и оставляют на несколько часов. Если протечек нет, то работы завершают.

Схема расположения труб в скважине

Все трубки выводят к общей магистрали, заканчивающейся коллектором. Для герметичных соединений используют фитинги.

Видео: как сделать тепловой насос

Итак, немного технических знаний и применение их на практике позволяют внедрить проекты в использование и сделать отопление дома дешевле в два и более раз. Кроме того, описанные схемы подходят для утепления садовых дорожек и отопления хозяйственных построек. Установки небольшой мощности могут служить дополнительным источником тепла.

Добавить комментарий