Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.
Характеристики
На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.
Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.
Свойства и устройство
Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.
Преимущества теплонасоса:
- не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
- нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
- нет необходимости дополнительных коммуникаций;
- абсолютно пожаро - и взрывобезопасный;
- полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
- сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.
Применение
Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:
- если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;
- если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;
- нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;
- если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии. Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.
Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха. Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.
Принцип работы
Все окружающее нас пространство есть энергия - нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.
Схема работы прибора по пунктам:
- носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
- затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
- во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
- газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
- горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
- завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.
Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.
Виды
Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов - по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации. Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух. Все виды насосов основаны на одном принципе работы.
Классификация
Выделяют три группы устройств:
- вода-вода;
- грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);
- используют воду и воздух.
Тепловой коллектор «грунт-вода»
Тепловой насос своими руками - самый распространенный и эффективный способ добычи энергии. На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».
Наружный контур геотермального насоса создают из пластиковых труб. Их вкапывают в грунт вертикально или горизонтально. В первом случае на один киловатт может понадобиться достаточно значительная площадь работ – 25–50 м2. Площадь нельзя использовать для посадочных работ - тут допускается только высадка однолетних цветущих растений.
Вертикальный коллектор энергии требует несколько скважин на 50–150 м. Такое устройство более эффективное, тепло передают специальные глубинные зонды.
На большой глубине температура воды постоянная и стабильная. Источником низкопотенциальной энергии может служить открытый водоем, грунтовые воды (колодец, скважина), сточные воды. Принципиальных различий в конструкции для отопления такого типа с разными теплоносителями нет.
Устройство «вода-вода» наименее трудозатратное: достаточно оснастить трубы с носителем тепла грузом и поместить в воду, если это водоем. Для грунтовых вод потребуется более сложная конструкция и может возникнуть нужда в сооружении колодца под сброс воды, проходящей через обменник тепла.
«Воздух-вода»
Такой насос немного уступает двум первым и в холодное время его мощность снижается. Но он более универсальный: для него не нужно копать землю, создавать скважины. Нужно только установить необходимое оборудование, например, на крыше дома. Для этого не требуется сложных монтажных работ.
Основным преимуществом является возможность повторно использовать тепло, покидающее помещение. Зимой рекомендуют иметь еще один источник тепла, поскольку мощность такого обогревателя может значительно уменьшиться.
Этапы монтажа
Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.
Расходы, окупаемость, мощность
Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно - 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов - хватит и 30 Вт/м².
Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.
Процесс создания
Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).
Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше. Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой). Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.
В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.
Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.
Особенности для каждого вида
Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.
Для горизонтального аппарата типа «грунт-вода» нужно создать коллектор из системы труб. Его располагают ниже уровня промерзания (1–1,5 м) и выглядит он как своеобразный змеевик под землей. Снимается слой почвы, укладываются трубы и грунт засыпается обратно. Можно уложить трубы в отдельных траншеях.
Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.
Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.
Определенное количество тепла есть в любой среде, окружающей нас, но при условии, что ее температура будет выше нуля градусов по Цельсию. Возникает вопрос: отчего бы не применить это тепло для отопления собственного жилья? Это вполне осуществимо, но для этого нужен тепловой насос.
Типы тепловых насосов
Принцип работы насоса заключается в следующем: тепловой источник, энергопотенциал которого достаточно низок, передает свое тепло носителю с высшей температурой. Как это работает на практике, можно увидеть на рисунке. К слову, холодильные устройства работают по тому же принципу, поэтому летом тепловой насос успешно может функционировать в роли кондиционера.
Классификаций насосов может быть несколько, но правильно было бы разделить их по типу теплоносителя, в роли которого могут выступать:
- Вода;
- Грунт;
- Воздух.
Энергия, полученная с использованием такой системы, может быть использована для различных целей: обогрева помещения, кондиционирования, нагрева воды. Сочетание типов теплоносителей и выполняемых функций тоже может быть разным. Исходя из этого, насосы делятся на три группы.
- Оборудование класса «вода-вода»
. Весьма эффективный способ получения тепла, ведь при значительной глубине вода может достаточно долго оставаться в перманентном состоянии, сохраняя необходимую температуру. В данном случае источником тепловой энергии являются открытые водоемы, подземные или сточные воды, а теплоносителем выступает специальное экологическое вещество.
Стоит отметить, что проще будет соорудить насос для использования в озерах и реках (водоемов открытого типа), в то время как для подземных потребуются дополнительные работы и затраты. Конструкция устройства будет усложненной, потребуется специальный резервуар для сосредоточения влаги из теплообменника. Для контура используются пластиковые трубы, которые можно установить как в вертикальном, так и в горизонтальном положении под землей. Вертикальный коллектор является более эффективным, поскольку для него бурятся скважины по 100-150 метров глубиной, а там температура может держаться дольше.
Важно! Горизонтальные коллекторы запрещается применять в хозяйственных целях, только для посадки растений и газона. На один киловатт мощности устройства может потребоваться примерно 20-50 метров квадратных.
- Оборудование класса «грунт-вода»
являются самыми удобными, ведь уже на глубине 5 м можно наблюдать постоянную температуру почвы, а погодные изменения на нее практически не влияют. Конструкция данных насосов практически та же, что в предыдущем варианте.
- класса «вода-воздух»
менее эффективны потому, что зимой их мощность существенно падает. Зато при монтаже никаких трудностей нет – не потребуются ни глубокие скважины, ни земляные работы. Все, что нужно сделать – установить оборудование в подходящее место. Это может быть, к примеру, крыша дома. Преимущество такой системы в том, что использованную тепловую энергию можно применять повторно, она будет покидать здание в виде газа, дыма, воздуха или даже воды. Но полноценного обогрева дома она дать не может ввиду низкой мощности, поэтому на зимнее время нужно позаботиться об альтернативном отоплении.
Принцип действия – обобщенная схема
Чтобы понять принцип действия теплового насоса, ознакомимся вначале с обобщенной схемой его устройства. Благодаря этому, у нас появится возможность двигаться от простого к сложному.
Начать следует с замкнутого контура. В этом контуре движется газ, который циркулирует благодаря компрессору. Согласитесь, сейчас у данной конструкции практически нет никаких функций, однако если оборудовать ее некоторыми компонентами, то можно получить функционирующий тепловой насос.
В первую очередь, добавляем в нашу схему расширительный клапан.
Сейчас в нашем контуре имеются две области — высокого и низкого давления. Вместе с тем, мы можем наблюдать немаловажный физический эффект: сжимающийся газ нагревается, а во время снижения давления, напротив, его температура снижается.
Максимальная в данном случае температура наблюдается в точке, где газ выходит из компрессора.
Наименьшая же температура наблюдается на выходе из расширительного клапана.
Газ, у которого высокая температура, при прохождении через теплообменник будет большую часть тепла отдавать внешнему потребителю. Вместе с тем, газ, температура которого низкая, при прохождении через теплообменник, напротив, будет поглощать тепловую энергию из наружного источника.
Конструкция, которая у нас получилась, имеет все функции, которые должны присутствовать у теплового насоса. Но чтобы она была полноценной, необходимо оснастить ее источником низкотемпературного тепла, а также выполнить подключение к отопительной системе.
Самым оптимальным для нашего региона вариантом является применение геотермальных зондов, которые и будут служить источниками упомянутого выше низкотемпературного тепла.
Что же касается отопительных приборов, то в качестве таковых могут использоваться батареи, теплые полы/стены.
Расходы и необходимая мощность
Тепловой насос стоит дорого, в среднем 4000-6500 евро, в зависимости от качества изделия. Но практика показывает, что столь значительные расходы окупятся примерно за полтора — два года, а если сделать самостоятельно, как и планируется, то даже быстрее.
Возможно, Вас заинтересует информация о том, для чего нужа
Касаемо мощности устройства, то она может быть разной. Для зданий с плохой термоизоляцией мощность должна составлять примерно 75 ватт на м. кв., если же дом более современный и для изоляции использовались материалы хорошего качества, то хватит и 50 ватт. А при использовании специальных изоляционных технологий можно обойтись и 30 ваттами. Желательно, чтобы тепловой насос стал частью проекта дома еще на этапе строительства.
Делаем тепловой насос своими руками
Да, тепловые насосы действительно стоят дорого, даже если их своими руками, поэтому не каждый может позволить себе такую покупку. Но можно изготовить его своими руками, используя детали б/у или те, которые есть в хозяйстве.
Если планируется установка в старом здании, то для начала нужно проверить состояние счетчика и электропроводки. Порядок работ следующий.
Возможно, Вас заинтересует информация о том, что такое
Шаг 1 . Первое, что вам нужно сделать – купить компрессор. Более дешевый вариант – найти компрессор от старого кондиционера. Он идеально подходит для изготовления насоса. Крепить деталь к поверхности стены следует, используя крепежи-кронштейны (модель L 300).
Шаг 2 . Затем необходимо изготовить конденсатор, для чего потребуется стальная емкость V=100 л. Ее необходимо разрезать пополам, а внутрь поместить медный змеевик подходящего диаметра с толщиной стенок более одного миллиметра.
Изготовление змеевика
Шаг 3 . Когда закрепите змеевик, половинки емкости нужно сварить обратно.
Шаг 4 . Далее изготовьте испаритель. Для него понадобится еще одна емкость из пластика, литров на 70. В нее также монтируется змеевик, вот только диаметр трубы должен быть поменьше. Испаритель крепите к стене, используя все те же кронштейны типа «L» нужного размера.
Шаг 5 . Следующий этап заключается в привлечении специалиста. Дело в том, что самостоятельно сварить трубы и закачать фреон непросто, особенно при отсутствии необходимых знаний. Эксперт по ремонту холодильников отлично с этим справится.
Шаг 6. Итак, «стержень» системы уже готов, осталось подсоединить его к распределителю и заборнику тепла. И если с распределителем проблем нет, то на заборник придется потратить немало сил и времени. Конечно, лучше опять же обратиться к специалисту, но давайте попытаемся разобраться, как сделать все своими руками.
Особенности установки различны для каждого из типов тепловых агрегатов.
В этом случае растраты неизбежны, так как нужно пробурить скважину, а сделать это без бурильной установки невозможно. Глубина скважины должна составлять минимум 50 и максимум 150 метров. В готовую скважину опускаете геотермальный зонд, который впоследствии подключается к насосу.
Для горизонтальных систем потребуется коллектор, изготовленный из труб. Такой коллектор должен размещаться ниже уровня замерзания грунта, который зависит от климатических особенностей местности, но зачастую не превышает 1.5 метра.
Для установки коллектора снимите верхний слой почвы. Можно использовать для этого спецтехнику или сделать все лопатой, что значительно дешевле. После укладки труб засыпьте землю обратно.
Есть другая технология укладки труб – вырыть для каждой отдельную канаву. Таких канав должно быть несколько и все они должны размещаться ниже уровня промерзания почвы. Помещаем в них трубы, засыпаем.
Соединение коллектора производите на суше, применяя ПНД-трубы. После этого заливаете в систему теплоноситель и перемещаете к воде. Коллектор желательно погружать в центральную часть водоема или же просто на нужную глубину.
Как упоминалось выше, для такого рода насосов никакие масштабные работы не требуются, ведь тепло извлекается из воздуха. Нужно только подобрать место – крыша здания, к примеру – и установить коллектор. Далее последний подключается к отопительной системе.
На этом изготовление и монтаж теплового насоса закончен. Надеемся, что статья была действительно полезной для вас!
Видео — Самодельный тепловой насос «вода-вода»
При планировании организации обогрева загородного дома может возникнуть вопрос о том, как сделать тепловой насос своими руками. Начинать конструирование отопительной системы следует с выбора теплоносителя. Эта проблема легко решается, если вблизи дома проходит газопровод, достаточно получить разрешительную документацию. Однако в стране немало таких районов, где газ можно приобрести только в баллонах. Топить печь — утомительно и небезопасно, а использовать электрические обогреватели слишком дорого. Решить эту проблему могут другие источники энергии. Они позволяют добывать тепло от воды, воздуха и земли. К ним и относится самодельный тепловой насос.
Виды тепловых насосов
Существует 3 вида альтернативных устройств, используемых при планировании отопления частных домов. Классифицируются они по типу источников тепла. Устройство типа «земля-вода» извлекает тепловую энергию из почвы с помощью зонда и коллектора. Теплоноситель переносит ее к насосу, откуда она отправляется в отопительную систему. Если ваш участок имеет большую площадь, целесообразно строить коллекторы ниже уровня промерзания. Зонды идеально подходят для маленьких участков. Устройство плана «воздух-вода» позволяет добывать тепло из воздуха при помощи конденсаторов и вентиляторов.
Тепловой насос «вода-вода» принимает тепло из подземных вод. При наличии пруда на участке тепло можно получать из него. Устройство перерабатывает энергию, холодная жидкость отправляется обратно. Тепловой насос «воздух-воздух» содержит хладагент, вещество, имеющее отрицательную температуру кипения. Чаще всего используют фреон из старого холодильника либо сплит-системы. Если в кондиционерах это вещество забирает тепло и отдает его окружающей среде, то в насосе оно извлекает тепло из воздуха снаружи, нагревая воздух в доме.
Принцип работы теплонасосов
В состав системы входят устройства получения, распределения тепла и сам насос. Внутренний контур прибора состоит из компрессора, работающего на электричестве, конденсатора, дроссельного клапана и испарителя. Принцип работы подобных устройств таков: незамерзающая жидкость попадает в коллектор, испаритель отдает энергию хладагенту, отчего он закипает и переходит в газообразное состояние. Компрессор повышает его давление, что приводит к нагреву. Полученная тепловая энергия с помощью конденсатора передается в систему отопления. Фреон охлаждается и переходит в жидкое состояние. Говоря простым языком, принцип работы прибора противоположен принципу работы сплит-системы или холодильника.
Тепловые насосы потребляют намного меньше электроэнергии, чем электрические котлы. Однако монтаж такого устройства обойдется владельцу дома в кругленькую сумму. Тут возникает вопрос, а стоит ли устанавливать воздушный насос в доме? При монтаже такой системы в доме большой площади затраты окупаются за 1-2 года. Кроме того, устройство можно применять в качестве кондиционера в жаркое время, в этом случае горячий воздух из дома посредством теплообменника выводится наружу.
Мощность прибора рассчитывается в зависимости от теплопотерь здания. Перед монтажом теплонасоса необходимо выполнить теплоизоляцию крыши, стен и пола. Для отопления помещений старой постройки требуется устройство мощностью 75 Вт/м², для более современных домов — 50 Вт/м², для домов, построенных с применением новейших теплосберегающих технологий, — 30 Вт/м². Подобные установки следует вносить в проект строящихся зданий. Наиболее безопасным для окружающей среды считается теплонасос «земля-воздух», не выбрасывающий в атмосферу такие опасные вещества, как углекислый и угарный газ, соединения свинца. Опасность возгорания при правильной изоляции проводов практически отсутствует. Конструкция тепловых насосов предполагает защиту от перегрева деталей, приводящего к воспламенению. Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками?
Инструкция по строительству теплового насоса
Не каждый владелец дома располагает достаточной для покупки и подключения теплового оборудования суммой. Однако можно сделать прибор для отопления дома самостоятельно. Его можно построить из имеющихся в наличии деталей или приобрести б/у запчасти. Перед монтажом подобной тепловой системы в старом доме следует проверить состояние электропроводки. Приобретите компрессор в мастерской по ремонту бытовой техники. Его монтируют на стену с помощью кронштейна. Переходим к постройке конденсатора. Его можно сделать из стальной бочки объемом не менее 100 л. Ее разрезают на 2 части, внутрь вставляют змеевик из медной трубки холодильника. Не рекомендуется использовать для этих целей тонкостенные трубки: они могут стать основной причиной поломок прибора при эксплуатации.
Для придания трубе требуемой формы медной трубой обматывают кислородный баллон, фиксируют положение детали с помощью строительных уголков. После установки змеевика части бочки сваривают, создав резьбовые соединения. Для изготовления испарителя можно взять пластиковую емкость объемом 70-100 л со встроенным в нее змеевиком. Подавать в устройство воду можно посредством обычных труб. Крепится система с помощью кронштейна.
Для закачки охлаждающего вещества в насос из кондиционера необходимо пригласить мастера по ремонту холодильников. Сделать это самим, не имея нужных навыков, невозможно.
После выполнения этого этапа тепловые насосы подсоединяются к устройствам получения и отдачи тепловой энергии. Процесс подсоединения устройства получения тепла зависит от вида насоса.
Заключительные моменты
При подключении приборов типа «земля-вода» без бурения скважины обойтись не получится. Необходимо пробурить отверстие глубиной 100-150 м. В него погружают специальный зонд, который подсоединяют к насосу. Тепловой насос «вода-вода» подключается так: все трубы погружаются в воду, затем аккуратно переставляются в центр водоема. В устройстве «воздух-вода» тепло добывается из воздуха, значит, при его установке не требуется выполнения сложных земляных работ. Достаточно определить место для коллектора на участке и соединить прибор с системой отопления.
Для того чтобы подключить тепловой насос «воздух-воздух» потребуется вентилятор большой мощности. Воздуховоды располагают вдоль стен, теплый воздух поступает через приточные отверстия, размещенные вблизи окон. Систему можно оснастить терморегуляторами, позволяющими в автоматическом режиме подбирать комфортную температуру в комнате. Для организации отопления с помощью такой системы потребуются следующие инструменты и материалы:
- воздуховоды;
- приточные решетки;
- крепежные элементы;
- армированный скотч;
- ножницы для резки стали.
Для передачи нагретого воздуха можно приобрести воздуховоды любого типа. Для монтажа жестких потребуются отводы, регулирующие направление воздушных потоков. Если установка насоса будет запланирована до начала строительства дома, всю систему можно спрятать под навесной потолок. В остальных случаях их скрывают с помощью элементов декора.
При установке маломощного насоса может потребоваться использование дополнительного отопительного прибора — электрического котла. Так вы сможете повышать температуру в помещении в морозные дни.
Тепловые насосы позволяют забирать рассеянную энергию из окружающей природы: воздуха, воды и земли, аккумулировать и направлять ее на отопление дома. Энергию также используют на нагрев воды для мытья или кондиционирование воздуха в помещениях. Это дает возможность экономить средства, уменьшая расход традиционных источников тепла: электричества, газа, дров. В статье мы расскажем, как сделать тепловой насос своими руками.
Что такое геотермальный насос
Для начала нужно понять, что такое геотермальный насос, и по какому принципу работает, ведь именно он является сердцем всего описываемого нами устройства.
Ни для кого не секрет, что в толще земли всегда поддерживается плюсовая температура. В таком же состоянии находится и вода подо льдом. В этой, относительно теплой среде, размещается замкнутый трубопровод с жидкостью.
Схема работы у тепловых насосов достаточно проста и основана на обратном принципе Карно:
- Теплоноситель, продвигаясь по внешнему контуру, нагревается от выбранного источника и попадает в испаритель.
- Там он обменивается энергией с хладагентом (обычно это фреон).
- Фреон закипает, переходит в газообразное состояние и сжимается компрессором.
- Горячий газ (он нагревается в пределах 35–65 o C) поступает в другой теплообменник, в котором отдает свое тепло системе отопления или горячего водоснабжения дома.
- Остывший хладагент снова становится жидким и возвращается на новый круг.
Насос из холодильника
Основной частью системы является компрессор. Его лучше купить готовым в магазине или использовать имеющийся от холодильника или кондиционера. Все остальные компоненты – испаритель, конденсатор, трубопровод – под силу собрать самому. Энергию такой аппарат будет потреблять только на сжатие и перенос тепла, вырабатывая при этом в 5 раз больше.
Используя старый компрессор, нужно рассчитывать на то, что его срок службы может быть недолгим, а мощность системы снизится. Кроме того, мощности изношенного компрессора может не хвать для полноценной работы системы.
Некоторые умельцы пошли дальше и сделали тепловой насос из холодильника, поместив внутри него радиаторы, подогреваемые теплом земли. Внутри постоянно поддерживается плюсовая температура, которая заставляет холодильник постоянно работать, нагревая радиатор, находящимся сзади него. Используя родной радиатор, делают из него теплообменник (или изготавливают самодельный), отбирают выделяемое им тепло.
Эффективность работы такого теплового насоса подходит больше для демонстрации работы устройства, так как его КПД очень низкое. Кроме того, холодильник не рассчитан на такой режим работы и может быстро выйти из строя.
Виды тепловых насосов
Различают три типа насосов, в зависимости от источника получения тепла:
«почва-вода»
«вода-вода»
«воздух-вода»
Установка вида «почва-вода» использует теплоту недр. Температура земли на горизонтах более 20 м остается неизменной всегда, поэтому и насос может круглогодично вырабатывать нужную энергию. Вариантов монтажа два:
- вертикальная шахта;
- горизонтальный коллектор.
В первом случае бурится скважина глубиной около 50–100 м и в нее помещаются трубы с циркулирующим теплоносителем – особой незамерзающей жидкостью.
На глубине 5 м прокладывают коллекторы, по которым также движется теплоноситель. Для обогрева дома площадью 150 м 2 необходим участок не меньше 250 м 2 , причем применять его под сельскохозяйственные посадки нельзя. Допустимо только устройство декоративного газона и клумбы.
Насос «вода-вода» использует энергию воды из озер, колодцев или скважин. Некоторым удается извлекать тепло даже из стоков. Главное – чтобы не забивался фильтр и не разрушался металл.
Этот тип обычно показывает самый высокий КПД, но установить его удается не на каждом загородном участке, а на эксплуатацию грунтовых вод нужно получать разрешение. Подобные устройства больше характерны для промышленных производств.
Конструкция «воздух-вода» менее эффективна по сравнению с первыми двумя, поскольку выработка зимой значительно снижается. С другой стороны, при ее монтаже не надо ничего бурить или копать. Установка просто крепится на крыше дома.
Как уже говорилось, компрессор предпочтительнее купить готовый. Пригодна любая модель, применяемая в кондиционерах.
Все остальные составляющие собираем самостоятельно:
- В качестве корпуса конденсатора берется нержавеющий бак емкостью около 100 л. Его разрезают пополам и внутри монтируют змеевик из медной трубки толщиной стенки не меньше 1 мм. В оболочку впаиваются резьбовые соединения для подключения к контуру. После этого части бака можно сваривать.
- Для испарителя отлично подойдет полиэтиленовая бутыль объемом 80 л или отрезок трубы. В нее также вставляется змеевик и подводятся входы и выходы воды. Теплоносители изолируются от внешней среды поролоновой «шубой».
- Теперь необходимо поставить всю систему, спаять трубки и залить хладагент. Количество фреона очень важно для правильной работы насоса, этот расчет лучше поручить инженеру по теплотехнике. Он же сможет окончательно подключить установку и настроить компрессор.
- Осталось только присоединить наружный контур. Его сборка будет зависеть от типа насоса.
Вертикальная установка «почва-вода» требует скважины, в нее опускается геотермальный зонд.
Для горизонтального аппарата собирается коллектор и закапывается в землю на глубине, исключающей промерзание.
В системе «вода-вода» контур состоит из сети пластиковых труб, по которым будет протекать теплоноситель. Затем все это надо закрепить в водоеме на необходимой глубине.
Коллектор насоса «воздух-вода» выполняется также и монтируется на крыше дома или поблизости от него.
Для стабильной работы и защиты от поломки машину желательно дополнить возможностью ручного запуска компрессора на случай внезапного отключения электричества. Стоимость подобной установки достаточно высока. Еще дороже стоит заводской насос. Однако практика показывает, что приобретение окупается за несколько лет эксплуатации.
Видео
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.
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.
