Могли бы вы подумать, что устройство, в основе которого лежит технология обычного холодильника сможет выполнять качественное отопление не только бассейна, но и всего дома? Всё это выполняет обычный тепловой насос, который, более того, можно самостоятельно изготовить в домашних условиях.
Если вы поймете принципы его работы и особенности конструкции, то сможете справиться с его созданием самостоятельно. Что очень полезно и удобно для обустройства своего жизненного пространства.
1 Принцип работы
Технология, лежащая в основе , по сути своей, мало чем отличается от технологии функционирования обычного холодильника. Как вы знаете, холодильник, для обеспечения низкой температуры выкачивает тепло из камер, и передает его наружу, через радиаторы.
На этом же принципе основывается и технология теплового насоса: для отопления помещений он «выкачивает» тепло из земли, или воды, перерабатывает его и отдает в систему отопления дома, теплицы либо бассейна.
Хладагент (фреон, либо аммиак), циркулирует по системе, состоящей из внутреннего и внешнего контура. Внешний контур расположен в среде забора тепла. В качестве такой среды может выступать воздух, земля, либо вода.
По сути, любая естественная среда обладает достаточным количеством рассеянной тепловой энергии, которая собирается хладагентом, и передается в систему для переработки. Для начала процессов необходимо, чтобы теплообменник повысил свою температуру на 4-5 градусов. Это очень важный момент, так как теплообменник напрямую влияет на все условия вокруг.
Далее, из внешнего контура нагретый хладагент попадает во внутренний контур. Первый блок – испаритель, трансформирует теплообменник из жидкого состояния в форму газа. Это возможно благодаря тому, что фреон, при невысоком давлении внешней среды, обладает очень низкой температурой кипения.
Далее, из испарителя фреон в газообразной форме попадает в компрессор, где газ сжимается, вследствие чего резко повышается его температура. После этого газ попадает в третий блок – конденсатор. В нём газ отдает свою температуру воде — теплоносителю системы отопления дома, после охлаждения он обратно принимает жидкую форму, и выполняется повторная циркуляция.
Главной характеристикой продуктивности теплового насоса для отопления выступает коэффициент преобразования, который зависит от соотношения тепловой мощности, выдаваемой насосом, к количеству потребляемой тепловой энергии.
1.1 Конструкция теплового насоса
Конструкция классических тепловых насосов делится на два основных контура – внешний и внутренний. Очень важную роль в них играет теплообменник, как основной провоцирующий фактор. Внешний контур состоит из труб, по которым циркулирует теплообменник (хладагент).
Такой контур может иметь разные способы реализации и расположения, однако он всегда выполняет только одну функцию – выполнять циркуляцию хладагента в среде забора тепла, и перемещать теплообменник к компрессору. Трубы внешнего контура выполняются из пластика, или других материалов с высокой теплопроводностью.
Внешний контур – сам насос, состоит из конденсатора, компрессора, испарителя и редукционного клапана.
Кроме этого, выделяют гидродинамический ТН, конструкция которого отличается от обычного теплового насоса для отопления. Гидродинамический насос состоит из силового агрегата (двигателя), теплогенератора, и соединительной муфты, которая передает произведенную приводом энергию на генератор, где происходит нагрев рабочей жидкости для отопления.
1.2 Виды и их отличия
В зависимости от вида среды, в которой тепловой насос черпает энергию, выделяют такие виды ТН:
- Воздух-вода;
Воздушный тепловой насос является самым бюджетным вариантом альтернативного отопления, он может быть обустроен своими руками, так как для его функционирования нет необходимости обустраивать сложную систему внешнего контура.
Однако воздушный насос обладает одним существенным недостатком, который делает его использование в нашем климате неоправданным – с понижением температуры воздуха резко снижается его эффективность.
Если для отопления бассейна вы хотите сделать тепловой насос своими руками, – лучший вариант. Причем для бассейна такой вариант будет предпочтительным, так как с ним достаточно просто работать и он чрезвычайно практичен.
- Вода-вода;
Внешний контур для забора тепла расположен в незамерзающем водоеме – искусственном, либо естественном. По уровню теплоотдачи вода является наиболее эффективной средой. На практике, использование поверхностных водоемов неоправданно, так как они замерзают в холодное время года.
Максимальная стабильность и эффективность отопления тепловым насосом достигается при использовании грунтовых вод. Для этого создаются специальные скважины, в которых размещается внешний контур системы.
Несмотря на то, что данная технология отопления является наиболее трудоемкой, её использование имеет смысл, так как температура грунтовых вод не подвергается существенным изменениям в разное время года. Оптимальный вариант для отопления бассейна либо небольших жилых помещений.
- Рассол-вода;
Для забора тепла используется грунт, что обуславливает необходимость создания коллекторов (для горизонтального размещения труб внешнего контура), либо неглубоких скважин (для вертикального размещения — 1 погонный метр скважины дает 40-60 Ватт тепла).
Используется такой вариант повсеместно – от прогрева бассейна, до отопления всего дома. Название «рассол» технология получила от того, что в трубы заливается специальная незамерзающая жидкость.
Также существует тепловой насос Френетта – он работает по отличающейся технологии, и не с обычными тепловыми насосами не имеет ничего общего. Данный насос представляет собою две цилиндрические емкости – большую и меньшую, при этом, емкость с меньшими размерами размещается внутри большого сосуда.
Свободное пространство между ними заполнено маслом. Внешний цилиндр неподвижно зафиксирован, а внутренняя емкость подсоединена к валу привода, при работе которого, вследствие сил трения возникающих при вращательных движениях цилиндров, масло нагревается до очень высокой температуры и передается к радиаторам отопления.
Такой механизм обладает достаточно высокой эффективностью, и при этом, его можно без проблем изготовить своими руками.
2 Делаем и устанавливаем тепловые насосы своими руками
Тепловой насос своими руками изготовить вполне реально, однако для этого необходимо найти хороший компрессор.
Сделать это можно, заглянув к какому-то местному мастеру по ремонту бытовой техники, где распотрошив старый кондиционер, вы за небольшую сумму получите вполне качественный компрессор (их ресурс работы намного больше, чем среднестатистический срок жизни кондиционеров).
В качестве конденсатора можно использовать бак из нержавейки, ориентировочно на 100 литров. А для контура, по которому будет циркулировать теплообменник, отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.
Тепловой насос своими руками – этапы изготовления:
Чтобы сделать тепловой насос Френетта своими руками нам необходимо обзавестись такими материалами:
- Стальной цилиндр (диаметр выбирайте исходя из мощности насоса, которая необходима вам для отопления: чем больше рабочая поверхность – тем более эффективным будет устройство);
- Стальные диски, с диаметром на 5-10% меньше, чем диаметр цилиндра;
- Электродвигатель (лучше всего изначально подбирать привод с удлиненным валом, так как на него будут устанавливаться диски);
- Теплообменник – любое техническое масло.
От количества оборотов, которое может выдать двигатель, будет зависеть температура, до которой насос Френетта сможет прогреть воду для отопления дома, либо бассейна. Чтобы вода в радиаторах прогрелась до 100 градусов необходимо, чтобы привод обеспечивал 7500—8000 оборотов/мин.
Вал силового агрегата на подшипниках размещаем внутри стального цилиндра. Место, где вал входит в цилиндр должно быть надежно уплотнено, поскольку наличие даже малейших вибраций быстро выводит механизм из строя.
На вал двигателя монтируются рабочие диски. Необходимое расстояние между ними можно задать, накручивая после каждого диска гайки. Количество дисков определяется в зависимости от длины цилиндра – они должны равномерно заполнять весь его объем.
В верхней и нижней части цилиндра просверливаем два отверстия: к верхнему будет подведены отопительные трубы, в которые будет подаваться масло, а к нижнему отверстию подсоединяется обратная труба для возврата использованного масла с радиаторов.
Вся конструкция закрепляется на металлической раме. После того как агрегат собран, цилиндр заполняется маслом, к нему подключаются патрубки отопительной магистрали и выполняется герметизация соединений.
Тепловой насос Френетта обладает очень высоким КПД, что позволяет его эффективно использовать в любых отопительных системах. Он может использоваться для обогрева любых хозяйственных помещений, гаражей, и жилых зданий. Кроме этого, за счет компактных размеров такой самодельный насос отлично подходит для прогрева бассейна, либо «теплого пола».
Но помните, что при прогреве бассейна и других крупных емкостей с водой необходим насос достаточной мощности, иначе вы просто будете использовать его не по назначению, и желаемых результатов не получите.
2.1 Монтаж тепловых насосов
Особенности монтажа тепловых насосов зависят, в первую очередь, от способа размещения внешнего контура.
- . Для вертикального способа монтажа создаются
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.
Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:
- В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
- 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.
- Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
- 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.
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).
Если отапливать частный дом газом невозможно или слишком дорого, а использовать твердое топливо не удобно, почему бы не извлечь энергию прямо из окружающей среды? Один из самых эффективных вариантов получить необходимые джоули - тепловой насос вода вода. На западе промышленное производство таких агрегатов давно налажено и пользуется высоким спросом. Однако стоимость их довольно высока. Поэтому вопрос о создании теплового насоса своими руками остается весьма актуальным.
Как устроен и работает такой тепловой насос?
Грубо говоря, тепловой насос работает как холодильник, только наоборот. Холодильник выводит часть тепла наружу, чтобы понизить температуру внутри камеры. Поэтому задняя стенка холодильника заметно нагревается. Тепловой же насос «охлаждает» окружающую среду, нагревая теплоноситель, который циркулирует в домовой системе отопления.
Обычно тепловые насосы вода вода состоят из следующего набора устройств:
- наружного контура;
- внутреннего контура;
- испарителя;
- конденсатора;
- компрессора.
Наружный контур представляет собой трубу, по которой циркулирует грунтовая вода. Она поступает в систему из скважины, проходит через наружный контур, отдавая системе тепловую энергию с низким потенциалом, а затем сбрасывается в другую скважину. Иногда внутри наружного контура, погруженного в воду, находится специальная жидкость, именуемая «рассолом». Это тоже вполне эффективный способ собрать находящееся в окружающей среде тепло.
Обратите внимание! Если возле дома имеется открытый водоем, его также можно использовать в качестве источника тепла. При этом нет необходимости бурить скважины для забора и сброса грунтовой воды.
Тепло грунтовой воды поступает в испаритель. Сюда же попадает через капиллярное отверстие находящийся под давлением хладагент. Снижение давления вызывает процесс испарения и тепло с внутренних стенок испарителя передается хладагенту. Газообразный хладагент поступает в компрессор, где происходит процесс его сжатия, после чего он направляется в конденсатор.
Здесь хладагент снова переходит в жидкое состояние, а полученная в результате энергия используется для подогрева теплоносителя, который циркулирует в трубах отопительной системы дома. Таким образом, низкопотенциальная тепловая энергия воды преобразуется в энергию с высоким потенциалом и позволяет даже в сильные морозы обогревать дом вполне эффективно. Наглядно этот процесс представлен на схеме теплового насоса вода вода.
На схеме теплового насоса «вода-вода» показан процесс получения из окружающей среды тепловой энергии с низким потенциалом в высокопотенциальную энергию для обогрева дома и подогрева воды
Качество работы теплового насоса во многом зависит от колебаний температуры воды. Чем стабильнее температура, тем лучше обогрев. В скважине температура воды на протяжении всего года колеблется в пределах 7-12 градусов, что позволяет использовать оборудование очень эффективно. Чтобы автоматизировать работу устройства, используют терморегулятор, который включает и отключает компрессор, поддерживая в температуру в помещениях на определенном уровне.
Как самостоятельно сделать такое устройство?
Самодельный тепловой насос типа «вода-вода» представляет собой набор готовых агрегатов, которые необходимо подключить в правильной последовательности. Выглядит просто, но на практике все дело можно испортить из-за отсутствия грамотных расчетов. Они необходимы, чтобы выяснить оптимальную мощность компрессора, диаметр трубы теплообменника, а также прочие параметры системы. У неспециалистов есть несколько вариантов решения этой проблемы:
- воспользоваться специальным программным обеспечением (например, программами CoolPack 1,46 и Copeland);
- использовать он-лайн калькуляторы, которые предлагаются на сайтах производителей такого оборудования;
- пригласить специалиста, который поможет все рассчитать за определенную плату или по доброте душевной.
Итак, теперь о каждой детали подробнее.
Деталь #1 - компрессор
Самый простой способ обзавестись подходящим компрессором - снять его с кондиционера, например, со сплит-системы марки LG. Семиваттный компрессор имеет мощность в 9,7кВт при производстве тепла и 7,5 кВт - при охлаждении. Дополнительное достоинство таких компрессоров - низкий уровень шума при работе.
Компрессор для теплового насоса вода-вода можно снять со старого кондиционера. Предпочтительнее выбирать модель, подходящую по мощности и работающую бесшумно
Во многих компрессорах используется фреон R22, температура кипения которого составляет -10, конденсирования - +55. В 2030 году этот хладагент будет запрещен к использованию. Достойной альтернативой может стать более «молодой» фреон R422. Впрочем, сменить хладагент можно не только при создании теплового насоса, но и в любое подходящее время.
Деталь #2 - конденсатор
Для изготовления конденсатора можно использовать бак из нержавеющей стали примерно на 120 литров. Его разрезают пополам, внутрь монтируют медный змеевик, приваривают соединения с двухдюймовой резьбой, затем половинки бака соединяют с помощью сварки. Площадь змеевика, по которому будет циркулировать хладагент, рассчитывается по формуле:
ПЗ = МТ/0,8РТ, где:
- ПЗ - площадь змеевика;
- МТ - Мощность тепла, выдаваемого системой, кВт;
- 0,8 - коэффициент теплопроводности при взаимодействии воды и меди;
- РТ - разница температуры воды на входе в систему и на выходе из нее, градусов Цельсия.
Для изготовления змеевика подойдет полудюймовая медная труба, специальная холодильная или чистая сантехническая. Рекомендованная толщина стенки трубы 1-1,2 мм. Чтобы превратить отрезок трубы нужной длины в змеевик, достаточно намотать ее на любой подходящий цилиндр, например, на газовый баллон. Концы змеевика выводят наружу, используя сантехнические переходники. Для обеспечения герметичности соединения следует воспользоваться льном и зажимной гайкой.
Чтобы сделать змеевик для конденсатора теплового насоса вода-вода, нужно аккуратно намотать медную трубу на баллон. Зафиксировать шаг витков поможет металлическая рейка
Обратите внимание, что вход фреоновода должен располагаться в в верхней части конденсатора, чтобы предотвратить образование пузырьков.
Деталь #3 - испаритель
На роль испарителя подойдет пластиковая бочка объемом 127 л. Удобнее, если у нее будет широкая горловина. Рассчитывают испаритель также, как и конденсатор. Медную трубу можно скрутить медной же проволокой, без всякой изоляции.
Самодельный испаритель для теплового насоса вода-вода можно сделать из пластиковой бочки с широкой горловиной. Змеевик можно уложить и в меньшую емкость, но удобнее работать с бочкой объемом более 120 л
Специалисты рекомендуют использовать для самодельных тепловых насосов испарители «затопленного» типа, в которых сжиженный хладагент поступает в воду снизу, а испаряется в верхней части. Переходники можно изготовить из горловин обычных пластиковых бутылок, которые фиксируют с помощью льна и герметика. Для подачи и отвода воды подойдут стандартные канализационные трубы. При монтаже терморегулирующего клапана, перед началом пайки трубы линии выравнивания, следует обмотать его влажной тканью, поскольку этот элемент нельзя нагревать более, чем до 100 градусов.
Сборка и заправка фреоном
Чтобы собрать подготовленные устройства в единую систему, понадобится сварочный аппарат. У входа в компрессор рекомендуется сделать заправочный клапан, который пригодится в дальнейшем. Затем с помощью специального вакуумного насоса следует проверить систему на вакуум.
Чтобы заправить систему фреоном, понадобится баллон, содержащий не менее 2 кг хладагента. После заправки рекомендуется выждать несколько дней, проверяя давление в системе. Если оно остается постоянным, значит, протечки отсутствуют. Если же давление снижается, определить места протечек можно самым простым способом: с помощью мыльной пены. Неопытным мастерам лучше обратиться к мастеру, который заправит оборудование профессионально и надежно.
Для автоматического регулирования работы системы рекомендуется использовать пусковое однофазное реле на 40А, предохранитель 16А, электрический щиток и DIN рейку. Понадобится два каппилярных датчика температуры: у выхода из системы (рекомендуемое максимальное значение температуры - 40 градусов) и на выходе из испарителя (температура отключения - 0 градусов, чтобы не допустить замерзания системы). Если для учета показаний обоих термодатчиков используется контроллер, следует помнить, что его настройки могут сбиться при отключении электроэнергии.
Примерно так выглядит один из вариантов самодельного теплового насоса вода-вода. Сверху устройство закрыто металлическим корпусом, на котором монтируется панель управления
После того, как система готова, а ее элементы размещены в удобных местах, следует соорудить две отдельные скважины для забора и сброса грунтовой воды и подвести наружный контур к системе. В местностях, где бурение скважин связано с определенными проблемами, заняться этим вопросом следует в первую очередь. Если скважины пробурить не удастся, возможно, придется выбрать другой вариант теплового насоса, например, «земля-вода».
В следующем видеоматериале продемонстрирована работа насоса самодельного теплового насоса:
Перед тем, как приступать к изготовлению теплового насоса, следует оценить уровень теплоизоляции здания и повысить ее до максимального уровня. Иначе эффективность этой системы будет стремиться к нулю.
Лучше всего применять тепловой насос в комплекте с низкотемпературными системами отопления. Чаще всего агрегат подключают к системе « ». Успешным может быть опыт с системами теплых стен, больших по площади радиаторов и т. п. Эффективность системы будет тем выше, чем меньше разница температур на наружном и внутреннем контурах.
Чтобы снизить затраты на сооружение теплового насоса, рекомендуется использовать дополнительный источник тепла: газовый, электрический или твердотопливный котел. Требуемая мощность и расходы на сооружение теплового насоса будут меньше, а стоимость отопления жилища сократится.
Неприятная динамика цен на энергопотребление стимулирует творческую фантазию и смекалку у владельцев частных домов и загородных коттеджей, которым надоело переплачивать за отопление. На многих участках сталкиваются с еще более насущной проблемой: недоступность прямого подключения к обычным источникам создают массу технических неудобств. Возможности решить эту проблему рационально упираются только в желание и умение — многообразие способов самодельного отопления, например собрать тепловой насос своими руками только подтверждает это.
Технологическая новинка, тепловой насос, востребована в мире уже пару десятилетий, но на российском рынке появляться стала сравнительно недавно. Принцип работы поразительно напоминает привычную бытовую технику, дополнительного знакомства с которой не требуется, — холодильник. Но, если последний использует радиаторы, чтобы передавать тепло из камер наружу, то насосная теплообменная станция действует в точности наоборот — вытягивая энергию из окружающей среды (существует несколько модификаций работающих с водой, воздухом и землей) преобразует ее в несколько этапов в внутренний отопительный контур дома, бассейна, теплицы.
Технологическая новинка, тепловой насос, востребована в мире уже пару десятилетий, но на российском рынке появляться стала сравнительно недавно
Функциональные разновидности тепловых насосов по источнику энергии
Грунт-вода (известен в народе под названием «рассол-вода» — из-за частого использования в качестве охлаждающей жидкости солевого раствора).
Ограниченные небольшими размерами участки оснащаются грунтовыми зондами, крупные — полноценными габаритными коллекторами. Циркулирующий по внешнему контуру хладагент притягивает на себя тепловую энергию, что содержится в рассеянном состоянии в каждой среде. Нагреваясь, теплообменная жидкость (используется аммиак, фреон или гликолевый раствор) проходит через испаритель (переводящий агрегатное состояние в газообразное), далее в компрессор (сжимающий газ, для повышения рабочих характеристик и теплоемкости). Центральный узел — конденсатор, собирающий грунтовое тепло и передающий его внутреннему контуру (системе отопления, по трубам которой циркулирует вода — она и распределит полученную энергию по периметру доступной области для обогрева целевого объекта). Отдавая тепло, хладагент возвращается в рабочее жидкое состояние и снова течет по трубкам под землю (редукционный клапан не пропустит газ) — начинается следующий цикл, каждый из которых дает, в среднем, 50 Вт за один метр глубины скважины.
Аналогичный принцип действия, отличается только тем, что вместо зондов, забирающих тепло из грунта, его аккумулируют воздушные компрессоры. Теплообменник передает полученную энергию как в вышеописанном случае системе жидкостного отопления, или непосредственно, во внутреннюю вентиляцию — актуально для снижения расходов на содержание погребов, теплиц и прочих помещений с обязательной регулировкой температуры и влажности.
Аналогичный принцип действия, отличается только тем, что вместо зондов, забирающих тепло из грунта, его аккумулируют воздушные компрессоры Вода-вода
Нуждается в прямом доступе к грунтовым или поверхностным водам. Первый вариант позволяет добиться большей стабильности (подземные водоемы зимой не замерзают). Крайне эффективный вариант, особенно для обогрева бассейнов — годовая разница температуры воды в скважине составляет 10 — 15 градусов, но в то же время и самый трудоемкий в исполнении — тепловой насос своими руками собрать в такой конфигурации сможет человек, только обладающий навыками и экипированный профессиональными инструментами.
Тепловой насос системы Френнета (фрикционный теплоэлемент)
Конструкция не связана с предыдущими и отличается высоким КПД (впрочем, энтузиасты и реклама чрезмерно завышают это значение). Запатентованная Евгением Френнетом в 1977 году схема проста, надежна и позволяет собрать эффективный тепловой насос своими руками. Есть несколько модификаций с различным размещением и видоизменением рабочих агрегатов (одна версия будет подробно описана ниже), но общий принцип одинаков: цилиндр помещен в другой побольше, промежутки заливаются маслом. С одной стороны малого элемента располагается электромотор, с другой — радиатор, распространяющий тепло по помещению. Нагрев теплоносителя происходит за счет быстрого вращения внутреннего цилиндра подключенного к электроприводу. Способ доказал свою эффективность на практике и успешно применяется не только для обогрева небольших жилых помещений, но и для промышленных нужд.
Разумеется, точные расходы на приобретение и монтаж теплового насоса можно подсчитать только в индивидуальном случае — каждый вид имеет свои особенности. Грунтовые установки ориентировочно стоят 4 — 7 тысяч евро — и это без учета цены монтажных работ (которое тоже недешевые — в частности, бурение скважины для зондов). Не каждый способен выложить, не моргнув глазом, подобную сумму за аппарат, который окупится не раньше чем через 2-3 года (как показывает практика, параметр упирается в размеры помещения и его теплоизоляцию).Те, кому охота сэкономить, но не выбрасывая подобные суммы, могут собрать отопительную установку самостоятельно — при наличии прямых рук и базовых навыков со сварочными инструментами, это выполнимая задача для новичка. Стоимость же материалов и расходников для агрегата, аналогичного по характеристикам заводскому, не более 500 — 1000 евро.
Стоимость же материалов и расходников для агрегата, аналогичного по характеристикам заводскому, не более 500 — 1000 евро Это классическая схема теплообменного элемента, работающего по принципу обратной машины Карно (описан выше). Совместима с воздушными, водными и геотермальными установками. Процедура не слишком сложна, ведь большинство деталей можно найти в готовом виде, единственная проблема для неспециалиста — расчеты оптимальных характеристик: мощности компрессора, состава хладагента, диаметра трубок, количество витков змеевика — параметров множество и каждый по своему влияет на качество и срок службы.
На сайтах, занимающихся продажей подобных отопительных систем, традиционно размещены онлайн калькуляторы для расчета необходимой техники. Отдельно можно найти в Сети и специальные приложения для инженеров, занимающихся теплоэнергетикой — программы CoolPack, Copeland и подобные. Разумеется, настоящий специалист даст более точную оценку поэтому, если есть возможность воспользоваться его услугами, то следует прибегнуть к такому варианту незамедлительно.
На сайтах, занимающихся продажей подобных отопительных систем, традиционно размещены онлайн калькуляторы для расчета необходимой техники. Основные детали и расходные материалы (для теплового насоса мощностью 10-15 кВт)
- Бак (нержавейка) — 100 литров.
- Медная трубка — для змеевика, с толщиной стенок более 1 мм.
- Компрессор — полностью идентичен используемому в кондиционере. Учитывая, что традиционно, срок службы конденсатора больше чем у кондиционных установок в целом, стоит порыться среди поломанных и нерабочих моделей или поискать готовую деталь отдельно. Высокая мощность и возможность работать летом в обратную сторону, на охлаждение помещения, дополняет низкий уровень шума (если повезет найти запчасть от качественной сплит-системы).
- Пластиковый бак — хотя бы 80 литров. Станет корпусом испарителя.
- Крепежные устройства, отвоздушиватель, кран сливной, шланги и клапаны. Прокладки, муфты, уплотнители и сантехнические переходники ко всему перечисленному.
- Электрооборудование: реле, электроды, прочее.
- Фреон. Средний хладагент имеет температуру кипения -10 и переходит в конденсированное состояние примерно -50. Модель R422 пока соблюдает все экологические стандарты и полностью отвечает требованиям.
- Манометры, амперметр (пусковой ток включения компрессора может давать кратковременную, но сильную нагрузку на сеть. Стоит заранее убедиться, что все распределители выдержат до 40 ампер).
- Компрессор прочно и надежно устанавливается с помощью кронштейнов на стену. Над входом приваривается клапан для заправки системы охлаждения.
- Собирается спиральный змеевик. Нужно разобраться с необходимой площадью трубок — формула расчета прилагается: Общая мощность установки делится на произведение разницы температур системы и коэффициента теплопроводности меди в воде (постоянное число, равное 0,8).
- Любая прямая труба непринужденно превращается в змеевик после намотки вокруг плотного цилиндра — отлично подойдет как каркас газовый баллон (поможет сохранить одинаковую форму и шаг каждого витка). Важно соблюдать полную герметичность на каждом соединении, не брезгуя уплотнителями, кольцами и прокладками.
- Готовая деталь монтируется внутрь металлического бака. Для этого он разрезается пополам, внутрь входит змеевик (вход в конденсатор происходит сверху, чтобы внутри не скапливались пузырьки), все плотно германизируется и разрез заваривается.
- Основой испарителя станет пластиковый бак (желательно с широкой горловиной). Удобнее брать как можно больший объем. Здесь медный змеевик рассчитывается, скручивается и устанавливается полностью согласно вышеприведенной схемы. Вода подается и выводится обычными пластиковыми канализационными трубами, обязательна установка терморегулирующего клапана.
Компрессор прочно и надежно устанавливается с помощью кронштейнов на стену - Собрав, сваривая концы труб между собой, отдельные детали в единую систему. Важно проверить герметичность швов и стыков, например, вакуумным насосом.
- Самостоятельная заправка фреоном не рекомендуется. Но если нет возможности обратиться к мастеру, то нужно закачать не менее 2 кг охлаждающей жидкости. Спешит незачем, после заправки несколько дней проводится постоянная проверка давления и натирание мыльным раствором всех подозрительных участков (поможет выявить утечку).
- Электроначинка включает в себя однофазное реле, предохранитель, щиток и рейку — на нее вывести два термодатчика — у выхода (до 40 градусов), у испарителя (около нуля — не выключение теплового насоса своими руками или автоматически при замерзании выведет и сроя всю систему).
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. Согласны?
Впрочем, если соорудить тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить. А мы расскажем вам как это сделать.
В статье мы подобрали самые простые решения и снабдили их подробными чертежами и схемами. Поэтому для домашнего умельца разобраться в них не составит труда. Кроме того, здесь вы найдете пошаговую инструкцию по изготовлению отопительного оборудования. А размещенные видеоролики расскажут о конструктивных особенностях теплового насоса и особенностях его подключения.
Теоретически у любого человека есть большой выбор источников энергии. Помимо природного газа, электричества, угля, это еще и ветер, солнце, разница температур земли и воздуха, земли и воды.
На практике выбор ограничен, т.к. все упирается в стоимость оборудования и его обслуживания, а также стабильность работы и сроки окупаемости установок.
Каждый из источников энергии имеет как достоинства, так и серьезные недостатки, ограничивающие его использование.
Галерея изображений
Установка отопительной системы с теплонасосом – это выгодно с точки зрения удобства эксплуатации. Во время работы оборудования нет шума, посторонних запахов, не требуется установка дымоходов или других вспомогательных конструкций.
Система энергозависима, но для работы теплового насоса нужно минимальное количество электричества.
Теплонасос – хорошая альтернатива привычным отопительным системам. Чтобы сократить начальные расходы на оборудование, можно его собрать своими руками
Сами тепловые установки чрезвычайно экономичны и не требуют особых затрат на обслуживание, но их первоначальная стоимость очень высока.
Далеко не каждый владелец дома или дачи может позволить себе покупку такого дорогого оборудования. Если собрать его самостоятельно и использовать детали от старого холодильника, можно существенно сэкономить.
Тепловые насосы промышленного производства дороги. Считается, что их установка окупается в среднем за 5-7 лет работы, однако этот срок зависит от начальной цены конструкции и может быть гораздо большим
Самодельные установки обходятся буквально в копейки, а их использование позволяет заметно экономить.
Единственный нюанс: производительность самоделок невысока, и они не могут быть полноценной заменой традиционным системам отопления. Поэтому их часто используют как дополнительные или альтернативные варианты отопления.
5 основных выгод для владельцев установок
К преимуществам систем обогрева с тепловыми насосами относят такие:
- Экономическая эффективность . При затратах 1 кВт электрической энергии можно получить 3-4 кВт тепловой. Это усредненные показатели, т.к. коэффициент преобразования тепла зависит от типа оборудования и особенностей конструкции.
- Экологическая безопасность . При работе тепловой установки в окружающую среду не попадают продукты сгорания или другие потенциально опасные вещества. Оборудование озонобезопасно. Его применение позволяет получить тепло без малейшего вреда для экологии.
- Универсальность применения . При установке систем отопления, работающих от традиционных источников энергии, владелец дома попадает в зависимость от монополистов. Солнечные батареи и не всегда рентабельны. Зато тепловые насосы можно устанавливать где угодно. Главное – правильно выбрать тип системы.
- Многофункциональность . В холодное время года установки отапливают дом, а в летнюю жару способны работать в режиме кондиционеров. Оборудование применяют в системах ГВС, подключают к контурам теплых полов.
- Безопасность эксплуатации . Теплонасосам не требуется топливо, при их работе не выделяются токсичные вещества, а предельная температура узлов оборудования не превышает 90 градусов. Эти отопительные системы не опаснее холодильников.
Идеальных приборов не существует. Тепловые насосы надежны, долговечны и безопасны, но их стоимость напрямую зависит от мощности.
Качественное оборудование для полноценного обогрева и горячего водоснабжения дома 80 м.кв. обойдется примерно в 8000-10000 евро. Самоделки маломощны, их можно использовать для отопления отдельных комнат или подсобных помещений.
Эффективность установки зависит от теплопотерь дома. Оборудование имеет смысл устанавливать только в тех зданиях, где обеспечен высокий уровень изоляции, а показатели теплопотерь не выше 100 Вт/м.кв.
Теплонасосы способны прослужить 30 лет и более. Особенно рентабельно их применение для ГВС, а также в комбинированных отопительных системах, включающих теплые полы.
Оборудование надежно и редко ломается. Если оно самодельное, то важно подобрать качественный компрессор, лучше всего – от холодильника или кондиционера проверенной марки.
Типы теплонасосов для отопления дома
Различают компрессионные и абсорбционные теплонасосы. Установки первого типа наиболее распространены, и именно такой тепловой насос можно собрать из холодильника или старого кондиционера, использовав готовый компрессор.
Также потребуются расширитель, испаритель, конденсатор. Для работы абсорбционных установок необходим абсорбент-хладон.
Теплонасосы чаще всего собирают из узлов кондиционеров и холодильников. Такие конструкции кустарного производства просты, эффективны, а при наличии у мастера навыков подобной работы их можно сделать буквально за несколько дней
По виду источника тепла установки бывают воздушными, а также использующими вторичное тепло (например, сточных вод и т.п.).
Во входном и выходном контурах используют один или два разных теплоносителя, и в зависимости от этого выделяют такие типы оборудования:
- вода-воздух;
- грунт-вода;
- лед-вода.
Система может быть эффективной только в том случае, если потребляет меньше энергии, чем отдает. Эту разницу называют коэффициентом преобразования. Он зависит от многих факторов, но наиболее значимый – температура теплоносителя входного и выходного контуров. Чем больше разница, тем лучше работает система.
Галерея изображений
Тепловой насос "воздух-вода"
Тепловой насос "лед-вода"
Надежных формул расчета производительности теплонасосов нет, т.к. их работа зависит от многих факторов.
При самостоятельной сборке тепловой установки нельзя ожидать, что она будет настолько же эффективной, как оборудование промышленного производства, но ее вполне хватит для создания экономичной дополнительной системы отопления.
Пошаговая инструкция по изготовлению оборудования
Прежде чем разобраться со способами, как можно сделать тепловой насос из холодильника, следует определиться с источником тепла и схемой работы прибора. Помимо компрессора холодильника потребуются другие узлы. Также придется докупать или арендовать некоторые инструменты.
Такую самоделку можно подключить к теплому полу, системе ГВС или к водяному отоплению, если используются низкотемпературные радиаторы
Даже если придется покупать компрессор и другие узлы, самодельная установка обойдется гораздо дешевле, чем готовое оборудование промышленного изготовления.
Этап #1. Подготовка схемы и чертежа
Источник энергии должен быть расположен под землей. Для установки теплонасоса придется пробурить скважину или хотя бы вырыть траншею на глубину, где температура грунта не бывает ниже 5 градусов. Также можно использовать водоемы естественного или искусственного происхождения.
Предложенная схема подходит для любого источника тепла. Чтобы собрать самоделку, следует адаптировать саму схему к условиям эксплуатации будущего оборудования и разработать чертеж
Независимо от источника тепла конструкции теплонасосов схожи, поэтому подойдет почти любая схема, которую можно найти в сети.
После ее выбора следует подготовить подробные чертежи, где будут указаны точные размеры, расстояния и точки подключения узлов установки.
Чтобы сделать теплонасос, придется разобрать холодильник и извлечь компрессор. Это главный элемент конструкции. Он будет прокачивать воду и фреон по проложенному трубопроводу, обеспечивая работу отопления
Хотя расчеты мощности установки затруднены, можно ориентироваться на средние показатели. Так, для дома с повышенными показателями теплоэффективности нужна система отопления мощностью 25 Вт/м.кв. Это идеальный вариант, если теплопотери минимальны.
Для хорошо утепленного дома этот показатель составляет 45 Вт/м.кв., а для здания с относительно большими теплопотерями – 70 Вт/м.кв.
Этап #2. Подбор необходимых деталей
Компрессор можно снять со старого холодильника. Если он неисправен, лучше купить новый. Не стоит ремонтировать: это нерентабельно, а работоспособность самоделки будет под вопросом.
Для сборки конструкции также потребуется терморегулирующий клапан. Желательно, чтобы все комплектующие были от одной системы и легко совмещались.
Для монтажа теплонасоса понадобятся 30-сантиметровые L-образные кронштейны.
Также придется докупить некоторые детали:
- качественную герметичную емкость из нержавеющей стали объемом 120 л;
- большой пластиковый бак объемом 90 л;
- 3 медные трубы различных диаметров;
- полимерные (лучше всего металлопластиковые) трубы.
Для сборки системы потребуется стандартный набор инструментов, а для резки и соединения металлических деталей – болгарка и сварочный аппарат.
Этап #3. Монтаж узлов системы
Компрессор устанавливают на стену с помощью кронштейнов, после чего приступают к изготовлению конденсатора. Для этого металлический бак разрезают болгаркой пополам. В одну часть устанавливают медный змеевик, после чего емкость сваривают и подготавливают в ней резьбовые отверстия.
Теплообменник для теплонасоса практически не отличается от такого же узла, который изготавливают для банной печи. Лучше всего подойдет емкость из нержавеющей стали толщиной 2,5 мм
Для изготовления теплообменника на 120-литровый стальной бак наматывают длинную медную трубу, закрепляя концы витков рейками. К выводам подсоединяют сантехнические переходы.
На пластиковый бак тоже крепят змеевик и используют в качестве испарителя. Он не перегревается, поэтому необязательно брать металлическую емкость. Готовый испаритель крепят к стене с помощью кронштейнов.
При выборе компрессора и испарителя следует делать расчет мощности с запасом 20%, иначе мощность готовой отопительной системы будет ниже желаемой
Когда основные узлы подготовлены, подбирают подходящий терморегулирующий клапан, собирают конструкцию и закачивают в систему фреон марки R-22 или R-422. Если нет соответствующих навыков, имеет смысл пригласить специалиста, т.к. процедура небезопасна.
Этап #4. Подключение к заборному устройству
Тип заборного устройства и особенности подключения к нему теплонасоса зависят от схемы:
- «Вода-земля» . Коллектор устанавливают ниже уровня промерзания почвы. Трубы системы должны располагаться на той же глубине.
- «Вода-воздух» . Системы этого типа монтировать относительно просто, т.к. не требуются земляные работы. Для установки коллектора подойдет удобное место возле дома или на крыше.
- «Вода-вода» . Конструкцию коллектора собирают из полимерных труб, а затем опускают в центр водоема.
Возможна установка комбинированной (бивалентной) отопительной системы. В этом случае теплонасос подключают параллельно с электрическим котлом. Он выполняет функцию дополнительного отопления.
Установка бивалентной отопительной системы позволяет добиться оптимальной температуры в доме даже при сильных морозах, а ее энергопотребление будет минимальным.
В процессе сборки, монтажа и подключения теплового насоса нужно внимательно следить за качеством сварных швов, стыков и соединений. Система должна быть абсолютно герметичной
Выводы и полезное видео по теме
Схемы обогрева с теплонасосами не всегда рентабельны и удобны, поэтому обязательно взвесьте плюсы и минусы отопления этого типа.
Если придете к выводу, что такая система подойдет для вашего дома, не торопитесь тратить огромные суммы на готовую установку и соберите конструкцию самостоятельно. Это не так уж и сложно, требует гораздо меньших денежных вложений, а эффект может превзойти все ожидания.
