Самостоятельное изготовление теплового насоса для отопления дома

Как работает тепловой насос для отопления дома? Сложность системы с тепловым насосом складывается из простых для понимания элементов, основа которых строится на паре законов термодинамики. Принцип работы теплового насоса для отопления дома в физическом понимании:

  • При преобразовании газообразного вещества в жидкое состояние выделяется тепло.
  • При переходе жидкого вещества в газообразное состояние тепло поглощается.

Переносчиком тепла является фреон, который обладает свойством низкотемпературного кипения. В жидком состоянии фреон попадает в испаритель, здесь он взаимодействует с теплоносителем внешней части (коллектора или зонда). Получив энергию, испаряется и продолжает путь по трубкам циркуляции уже в газообразном состоянии.

Компрессор создает в системе, по которой движется фреон, высокое давление. Фреон, пройдя конденсатор, отдает энергию воде из системы отопления, переходя при этом в жидкое состояние. В расширительном клапане происходит понижение давления, минуя клапан вновь попадает в испаритель.

Работа системы отопления на базе теплового насоса строится на перекачки тепла из внешнего пространства в закрытое помещение. В качестве среды забора тепла может быть любая среда, имеющая плюсовую температуру:

  • вода водоема или скважины;
  • масса грунта, расположенная ниже точки замерзания;
  • воздушная среда.

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.

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.

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.

«Вода-вода»

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.

Видео

В следующем видеоматериале подробно рассказано об особенностях тепловых насосов:

Читайте также  Шаровые краны для отопления

Подробнее об устройстве самодельного насоса в следующем ниже видео:

  • Водяное отопление в загородном доме
  • Порядок установки теплосчетчика
  • Способы устранения течи в трубах отопления
  • Удаление воздушной пробки из системы отопления
  • Как правильно закрывать трубы
  • Как сделать котел отопления

Хороша система отопления с температурой теплоносителя в 35 градусов. При -25 за бортом в доме окочуришься. Другими словами — летняя система отопления.

Максим! Такая система отопления может подогреть воду до 50-60 градусов, что вполне достаточно для эффективного отопления утепленного дома, что доказано на практике. В развитых странах тепловыми насосами уже давно обогревают дома. Прочитайте статью: http://www.stroitelstvosovety.ru/otoplenie-teplovym-nasosom-svoimi-rukami .

Сплит-система – уже готовый тепловой насос.

Сплит системы для нагрева применяют керамические нагреватели. Компрессор ниже нуля градусов не включится.

Как сделать агрегат из холодильника

Холодильник — один из самых подходящих агрегатов для создания теплового насоса. Это объясняется тем, что в комплектацию прибора входит компрессор.

Подготовка схемы и чертежа

Перед тем как начинать строить прибор, выбирают место источника. Затем вырывается скважина или траншея для монтажа труб.

Конструкция агрегата одинакова для любого источника тепла. Схему прибора заказывают у профессионала или выбирают в интернете. На ее основании делают чертеж. В нем обозначают все расстояния, точки узлов и размеры.

Подбор необходимых деталей

Основная деталь, обеспечивающая работу конструкции, — это компрессор. Если в холодильнике он вышел из строя, приобретается новый прибор. Такие устройства реализуют мастера, специализирующиеся на ремонте холодильников. Чинить старый компрессор не рекомендуется.

Помимо компрессора, подготовьте:

  • клапан терморегулирования;
  • L-образные кронштейны, размером 30 см;
  • герметичную емкость, сделанную из нержавеющей стали, объемом не менее 120 литров;
  • емкость из пластика, объемом 90 литров;
  • трубы из меди разного диаметра в количестве 3 штук;
  • несколько труб из металлопластика;
  • болгарку для нарезки материалов;
  • сварочный аппарат для соединения труб;
  • стандартный набор инструментов.

Монтаж узлов системы

Кронштейнами зафиксируйте компрессор на стене. После этого выполните монтаж узлов системы:

  • Болгаркой бак из металла разрежьте на две одинаковые части.
  • Из медной трубы сделайте змеевик. Для этого трубу накрутите на цилиндрическую опалубку по спирали, не прилагая больших усилий, и снимите ее.
  • Змеевик надежно зафиксируйте в одной из половин бака.

После этого соберите систему, согласно подготовленной схеме, и залейте внутрь фреон. К выбору жидкости рекомендуется подойти со всей ответственностью, в противном случае возникнут большие проблемы при ее заливке и во время эксплуатации системы. Специалисты советуют использовать состав марки R 422 или R 22.

Подключение к заборному устройству

Когда система готова, ее присоединяют к заборному устройству:

  • Для приборов, работающих по принципу «вода-почва», коллектор погружается в землю, где температура выше +1 °C. На этом же уровне монтируют трубы.
  • Для приборов, функционирующих по принципу «вода-вода», коллектор и трубы погружают в центр источника тепла.
  • Агрегаты, работающие от воздуха, устанавливают снаружи здания.

В чем плюсы использования теплового насоса?

Система обогрева с тепловыми насосами имеет ряд преимуществ:

Для работы оборудования не понадобится большого количества электроэнергии. В среднем, потратив 1 кВт электричества, можно получить до 4 кВт тепловой энергии. В процессе работы воздух не загрязняется различными вредными веществами.

Использование тепловой установки не несёт никакой опасности для экологии. Такое оборудование многофункционально: зимой его используют для обогрева дома, а летом в качестве кондиционера.

Тепловые насосы абсолютно безопасны. Для их работы не нужно топливо, во время эксплуатации не выделяется вредных веществ, а максимальная температура узлов установки составляет 90 градусов.

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы делятся на два вида: компрессионные и абсорбционные. Большей популярностью пользуется оборудование первого вида, и как раз такую установку можно самостоятельно сделать при помощи компрессора от старого холодильника. Также для изготовления будут необходимы испаритель, конденсатор и расширитель.

В зависимости от вида теплового источника, установка может быть воздушной, геотермальной (геотермальное отопление) или использующей вторичное тепло. Во входном и выходном контурах применяют один или два разных теплоисточников.

По этому фактору различают следующие виды тепловых насосов:

  • «воздух-воздух»;
  • «вода-вода»;
  • «вода-воздух»;
  • «земля-вода»;
  • «лед-вода».

Важно учесть, что самодельный тепловой насос не будет таким же мощным как оборудование, выпущенное на промышленном предприятии. Но его будет вполне достаточно для обогрева отдельной комнаты.

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.

Конструкция и особенности

Такой прибор включает в себя внутренний и внешний контур, по ним и проходит теплоноситель. Составляющие конструкции следующие:

  • конденсатор;
  • компрессор с питанием;
  • клапан дроссельный;
  • испаритель.

Дополнительно он может быть оснащен трубами, вентиляторами и геотермальными зондами. Теплонасос по сравнению с другими альтернативными источниками тепла обладает рядом преимуществ. В их числе:

  • экологичность, отсутствие выделения вредных веществ в среду;
  • не нужно дополнительно покупать топливо;
  • дополнительные коммуникации прокладывать не потребуется;
  • прибор совершенно безопасен;
  • зимой может работать на обогрев, а летом на охлаждение.

В этом видео вы узнаете, как сделать тепловой насос:

При этом если собрать тепловой насос для отопления дома своими руками, он будет представлять собой автономную конструкцию, для управления которой не нужны специальные умения и много времени. Его можно назвать идеальным решением для таких случаев, когда к дому нельзя подвести газ, а отапливать его дровами, углем, электричеством или другой энергией нет желания.

Такое решение позволит сэкономить большие суммы на обогреве дома. Также его можно использовать одновременно вместе с другими источниками энергии, тем самым оптимизировать затраты. Благодаря насосу можно нагревать воду, отапливать помещение и даже охлаждать его.

Контроллер для теплового насоса и другие элементы системы вода-вода

Трубы помещаются в ближайший водой в достаточно глубиной. Важно, чтобы вода полностью не промерзала. Конденсатор подключается к отопительной системе дома. Сама работа имеет 4 этапа.

Этапы работы насоса вода-вода:

  1. Хладагент принимает тепло от внешнего источника, нагревается и закипает;
  2. Фреон в виде газа поступает в компрессор, там он сжимается под давлением;
  3. Теплоотдача отопительной системе, хладагент снова принимает жидкое состояние;
  4. Фреон возвращается на изначальные позиции и готов к принятию тепла.

Главное в данной системе – компрессор. Фреон не сможет самостоятельно сконденсироваться, если в доме высокая температура. Для этого потребуется повышенное давление, что и выполняет данный элемент.

Так теплонасос берет наружное тепло, добавляет собственное, а также нагревается в компрессоре. Водный источник охлаждается, а дом обогревается. Автоматику работы гарантирует контроллер. Все данные отмечены на датчиках давления и температуры.