Как сделать тепловой насос своими руками

Как сделать тепловой насос своими руками – принцип работы, расчет, выбор конструкции. Изготовление геотермального ТН из кондиционера, схема подключения к отоплению.

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.

thumb_585.jpg

SagaУчастник FORUMHOUSE

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.

Хотя тепловой насос не будет работать без электричества, это выгодное устройство, поскольку тепла он выдает в 3-7 раз больше, чем тратит электроэнергии.

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

Тепловые насосы работают на энергии природных источников тела:

  • грунта;
  • воды;
  • воздуха.

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).

thumb_585.jpg

SagaУчастник FORUMHOUSE

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.

Для нашей зимы лучше использовать геотермальный тепловой насос.

Работа теплового насоса

Очень сложный на первый взгляд принцип работы тепловых насосов базируется на нескольких простых законах термодинамики и свойствах жидкостей и газов:

  1. Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
  2. Когда жидкость переходит в газ (испарение), поглощается тепло

Большинство жидкостей могут закипать при достаточно высоких температурах, близких к 100 градусам. Но встречаются вещества и с достаточно низкими температурами кипения. У фреона она около 3-4 градусов. Превращаясь в газ, он легко сжимается и внутри емкости начинает расти температура.

принцип работы тепловых насосов

Теоретически фреон можно сжимать до получения любых желаемых температур, но на практике ограничиваются 80-90 градусами, необходимыми для полноценной работы классической системы отопления.

Каждый сталкивается с тепловым насосом не один раз в день, когда проходит мимо холодильника. Однако в нем он работает в обратном направлении, забирая тепло продуктов и рассеивая в атмосферу.

Если вы ищете где купить теплообменное оборудование для вашего производство, то советуем продукцию уральский завод котельного оборудования.

Принцип работы теплового насоса

Основные виды - фотография 21

  • Принцип работы теплового насоса
  • Что такое тепловой насос
  • Как работает тепловой насос
  • Конструктивные особенности тепловых насосов
  • Разновидности тепловых насосов и систем
  • Основные виды
  • Откуда насос берет тепло?
  • Примерный расчет теплопроизводительности
  • Виды тепловых насосов
  • Преимущества тепловых насосов
  • Некоторые особенности эксплуатации насосов
  • Основные элементы конструкции

Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла – нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр. — с каждым годом возрастает, привычный комфорт – горячая вода и отопление — становится все дороже.

Владельцы квартир и особенно частных домов озабочены тем, как уменьшить расходы, но пока это им мало удается.

А ведь альтернатива есть – тепловой насос.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Мы уже знаем, как работает тепловой насос. Теперь давайте разберемся с принципом работы теплового насоса для отопления дома.

При отоплении дома, тепловой насос выступает в качестве котла в системе отопления дома. Соответственно и говорить мы будем о том, как тепловой насос работает в системе отопления.

Как и любой котел в водяной системе отопления, тепловой насос нагревает воду, циркулирующую в системе отопления. Гидравлически подключение теплового насоса не отличается от подключения обычного котла.

Принципиальные схемы подключения теплового насоса для отопления:

  • схема подключения теплового насоса для отопления через буфер
  • схема подключения теплового насоса для отопления через бойлер косвенного нагрева
  • схема прямого подключения теплового насоса для отопления

Схема подключения теплового насоса

Стало понятно, что подключение теплового насоса принципиально не отличается от подключение обычного котла. Однако, для каждого типа теплового насоса есть свои особенности подключения, которые влияют на эффективность его работы.

Давайте рассмотрим принципы работы трех основных типов бытовых тепловых насосов по очереди.

Резервное электроснабжение|Автономное электроснабжение|Бесплатный монтаж*|Солнечные батареи|Солнечное тепло и ГВС|Тепловые насосы|Ветроустановки|Контроллеры заряда|Инверторы и ББП|Аккумуляторы|Устройства защиты

Мы предлагаем самые оптимальные решения для автономного и резервного электроснабжения загородных домов, дач и производственных объектов. Решения на основе возобновляемых источников энергии, тепловых насосов, энергоэффективных систем отопления

Помощь в выборе Интернет-магазин

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным.

Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства — тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Использование тепловых установок в мире

Практика применения таких тепловых агрегатов в мире насчитывает уже более 50 лет. Главными движущими причинами такого явления стало удорожание традиционных энергетических ресурсов и повсеместная поддержка правительствами многих стран использования альтернативных источников энергии.

Поэтому количество тепловых насосов постоянно растет высокими темпами – до 10 – 30% в год, несмотря на высокую стоимость установки. Количество таких устройств в настоящее время составляет уже более 270 штук. Наиболее активно тепловые системы применяются в США и Канаде. На них приходится до половины установок, используемых во всем мире.

Россия, несмотря на положительные условия для применения тепловых насосов, отстает от мировых тенденций в их использовании. Здесь, по-видимому, играет роль наша убежденность в полной обеспеченности природными ресурсами. При этом, далеко не во всех населенных пунктах страны имеются газопроводы. Мировой опыт использования тепловых наcосов говорит о положительных тенденциях в развитии их использования.

Что купить  — топ-5 лучших насосов

Приобретение готового теплового насоса — весьма дорогостоящее мероприятие. Если возможности позволяют, следует разобраться в том, какой производитель сможет наилучшим образом оправдать ожидания пользователя, предоставить качественное и надежное оборудование. Из наиболее известных производителей можно порекомендовать:

  • Viessmann (Германия). Выпускает разные модели тепловых насосов, в том числе систем «вода-вода». Обеспечивает высокое качество оборудования, длительный срок службы, имеет широкий модельный ряд тепловых насосов
  • Stiebel Eltron (Германия). Традиционное немецкое качество и современные технологии — такой сплав рабочих свойств способен привлечь любого покупателя
  • Mammuth (США-Китай). Одна из наиболее распространенных на рынке компаний, имеющая достойное качество по вполне разумным ценам
  • Henk (Россия). Отечественный производитель, работающий для российского пользователя. Создание комплексов, предназначенных для эксплуатации в сложных климатических условиях
  • AERMEC (Италия). Известная компания, обеспечивающая европейское качество оборудования. Выпускается для частных домовладений разной площади, способно функционировать в разных условиях

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.Отопитель типа воздух-вода
  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.

Схемы отбора тепла водной средыСпособы 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.

Преимущества тепловых насосов

У тепловых насосов есть ряд существенных преимуществ:

  • В первую очередь стоит отметить долговечность таких систем. Тепловые насосы могут работать 20-25 лет, после чего компрессор насоса может быть заменен и система продолжит свою работу.
  • Кроме того, системы тепловых насосов безопасны, поскольку отсутствуют топливо, открытый огонь и опасные газы.
  • Следующий положительный фак — экологическая чистота системы, которая в процессе функционирования не образует вредные окислы, а применяемые в них фреоны не содержат хлороуглеродов.

Основным недостатком системы является высокая стоимость. В связи с этим, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощности. Это неоправданно дорого и не имеет смысла, так как фактическое количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год. Оптимальный тепловой насос должен иметь мощность, равную 60 — 80% от максимальной. А для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традиционным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы.

Конструктивные особенности тепловых насосов

В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции.

Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным. К закрытому типу относятся насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водоемов. Вертикальные тепловые насосы применяются, когда площадь земельного участка, на котором расположен дом, невелика. Иногда вертикальные насосы устанавливают в пробуренных поблизости скважинах.

Виды тепловых насосов

Естественным источником энергии для теплового насоса может быть:

  • Тепло земли (тепло грунта).
  • Подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные).
  • Наружный воздух.

Искусственные источники низкопотенциального тепла:

  • Удаляемый вентиляционный воздух.
  • Канализационные стоки (сточные воды).
  • Промышленные сбросы.
  • Тепло технологических процессов.
  • Бытовые тепловыделения

И в зависимости от источников энергии тепловые насосы подразделяются на следующие типы:

  • Вода — вода.
  • Вода — воздух.
  • Грунт — вода.
  • Грунт — воздух.
  • Воздух — вода.
  • Воздух — воздух.

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).

thumb_585.jpg

SagaУчастник FORUMHOUSE

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.

thumb_585.jpg

SagaУчастник FORUMHOUSE

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

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором описываются принципы работы теплового насоса.

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).

Холодильная мощность оконного кондиционераОтопительная мощность аппарата больше холодильной и равна сумме двух параметров — производительность плюс тепло, выделяемое компрессором

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).Как увеличить площадь испарителя
  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:

Тепловой насос для нагрева воды: монтаж в систему отопления

Самодельный тепловой насос вода-водаСамодельный тепловой насос вода-вода

При монтаже системы отопления следует учесть, что вода в конденсаторе прогреется всего лишь до 40-50 градусов Цельсия. Поэтому в качестве «потребителя» энергии теплового насоса может выступать только низкотемпературная система отопления, например, теплый пол. Или любой другой объемный радиатор, эффективность которого определяется не температурой, а габаритной площадью излучения.

Причем, в большинстве случаев, самодельный тепловой насос можно использовать лишь в качестве вспомогательного источника энергии, поддерживающего работу электрического или газового котла.

Полноценное отопление и обогрев гарантирую только высокоэффективные «заводские» агрегаты, разогревающие конденсатор до 75 градусов Цельсия и выше.

Самодельные насосы не могут обеспечить подобную температуру из-за просчетов конструкции и несбалансированной работы компрессора.

Впрочем, эффективные результаты способен продемонстрировать лишь «бредовый» агрегат, а вот  тепловой насос вода — вода китайского производства отличается от качественной самоделки лишь более продуманной системой автоматизации управления насосом.

Цены и производители

Примерная средне рыночная стоимость оборудования и его установки составляет:

Горизонтальный коллектор:

  • Насос – 4500$;
  • монтаж – 2500$;
  • стоимость эксплуатации – 350$ в год.

Геотермальный зонд:

  • Насос – 4500$;
  • монтаж – 4500$;
  • стоимость эксплуатации – 320$ в год.

Воздушный – для дома:

  • Насос – 6500$;
  • монтаж – 400$;
  • стоимость эксплуатации – 480$ в год.

Насос для дома «вода-вода»:

  • Тепловой насос – 4500$;
  • монтаж – 3500$;
  • стоимость эксплуатации – 280$ в год.

Приведенные цены не окончательны. Конечная стоимость будет зависеть от страны и компании-производителя устройства, типа местности, климатических особенностей, цены бурения, строительных условий и т.д. Например, цена воздушного насоса от российского производителя составит около 7000$, а от зарубежного – 13000$.

Также не нужно забывать о стоимости электроэнергии. Несмотря на то, что оборудование не потребляет много электричества, эти расходы непременно следует учитывать при составлении общей сметы и планировании бюджета.

Примерный расчет теплопроизводительности

На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C (прочитайте также: «Важно знать: как продумать расчет теплового насоса»). Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:

Q = (T1 — T2) x V, где: V – расход теплоносителя в час (м3/час); T1 — T2  — разница температуры на входе и входе (°C) .

Виды тепловых насосов

В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

  • грунт-вода — для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: «Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы»);
  • вода-вода — принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: «Как подобрать водяной насос для отопления»). При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
  • вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
  • воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома. 

Тепловой насос: принцип работы для отопления дома - фотография 48

Основные элементы конструкции

Тепловые насосы, используемые для отопления, состоят из следующих элементов:

  • Компрессора. Это устройство служит для значительного повышения температуры хладагента. В современных теплообменных приборах часто используются спиральные модели нагнетателей.
  • Испарителя. Этот элемент представляет собой ёмкость, в которой жидкое рабочее вещество переходит в газообразное, при этом, температура хладагента существенно увеличивается за счёт поглощения тепловой энергии.
  • Конденсатора. Это устройство предназначено для передачи тепла от разогретого хладагента отопительному контуру.
  • Дроссельный клапан. Механизм, который способен перекрывать доступ хладагента из одной части установки к другой, тем самым, разделяя систему на участки с низким и высоким давлением.

«Грунт-вода»: как лучше разместить? - фото 52

Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами:

  • коммуникационное устройство — для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
  • блок охлаждения — для локальной или центральной системы охлаждения;
  • дополнительный насосный блок — для отопления полов;
  • циркуляционный насос — для циркуляции горячей воды.
Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки