Как изготовить тепловой насос для отопления дома своими руками

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

Принцип работы теплового насоса

Работает система достаточно просто, и удобнее всего представить ее на примере холодильника: внутри агрегата воздух охлаждается, нагревая в процессе заднюю стенку-радиатор, здесь же нагреваться будет испаритель, отдавая тепло в систему отопления, а охлаждать будет неиссякаемые запасы низкотемпературного тепла.

Под неиссякаемыми запасами подразумеваются геотермальное тепло либо грунтовые воды. Эти два источника сохраняют приблизительно одинаковую температуру (около плюс 5-6 градусов) весь год и идеально подходят.

Принцип работы теплового насоса

Независимо от схемы переноса тепла (воздух-воздух или вода-вода), принцип работы теплового насоса неизменный.

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.

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.

КПД и принцип работы теплового насоса

КПД теплового насоса для отопления всегда будет более 1. Для геотермальных систем более корректным является коэффициент преобразования тепла. Если он равен 4, то это означает, что при мощности 1 кВт, тепловой насос на выходе обеспечивает 4 кВт энергии, из которых 3 кВт дала земля.

Принцип, лежащий в основе работы теплового насоса для отопления дома, был разработан в начале XIX в. инженером Сади Карно и был назван циклом Карно. На этом основана работа обычного бытового холодильника, в котором продукты охлаждаются за счет того, что рассеянное тепло отводится через радиатор наружу. Но применять для отопления домов, когда все происходит с точностью до наоборот, т. е. работа теплового насоса основана на принципе обратного цикла Карно, его стали недавно.

Тепловой насос для отопления дома редставляет собой устройство, в котором происходит преобразование низкотемпературного в высокотемпературное тепло, которое и идет на обогрев. Источником тепла выступают земля, вода и воздух (первый из них распространен шире всего, поскольку он эффективен (хотя имеет значение уровень теплоизоляции дома, способ, который применяют для обогрева дома, и др.) и отличается оптимальным соотношением цены и потребительских качеств).

Для работы теплового насоса, предназначенного для отопления дома, требуется электричество, но при затратах в 1 кВт электроэнергии отдача составляет 4–6 кВт тепловой энергии.

Дополнительно к обогреву дома летом, тепловой насос может работать как кондиционер, для чего достаточно, чтобы система была способна на реверсивный режим работы. Тепловые насосы классифицируются на несколько типов:

  • «земля – вода»;
  • «земля – воздух»;
  • «вода – вода»;
  • «вода – воздух»
  • «воздух – вода»;
  • «воздух – воздух».

Далее подробно рассказывается о том, как работают разные типы тепловых насосов для отопления дома.

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.

Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов

Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов

Схема теплового насоса

Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов

Классификаций насосов может быть несколько, но правильно было бы разделить их по типу теплоносителя, в роли которого могут выступать:

Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов
  • Вода;
  • Грунт;
  • Воздух.
Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов

Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов

Принцип работы теплового насоса

Типы тепловых насосов
Типы тепловых насосов

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.

Типы тепловых насосов
  1. 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.

    Как устроить тепловой насос вода-вода

    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.

  2. 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.

    Принцип работы тепловых насосов грунт-вода

  3. Тепловые насосы 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.

    Тепловой насос своими руками

Читайте также:  Как устанавливаются фундаменты под камины и печи

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.

Насос из холодильника

Тепловой 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.

Принцип работы

Основная задача теплового насоса – это преобразовывать энергию с низким потенциалом в высокопотенциальную энергию. Основой этому стают физические и химические процессы.

А именно, тепловая энергия извлекается из окружающей среды – воздух, вода (подземные воды и водоемы), грунт. Эта низко потенциальная энергия, которую тепловой насос обогащает благодаря хладагенту и передает теплоносителю уже в систему отопления частного дома.

Рис. 4 Схема работы с комплектующими частями

В комплектации теплового насоса есть такие основные элементы:

  • Конденсатор;
  • Испаритель;
  • Компрессор.

Хладагент циркулирует в замкнутом контуре. Для того чтобы в этом контуре было нужное давление применяется компрессор. Он нагоняет нужный уровень давления для того чтобы хладагент правильно действовал на теплоноситель. Как правило, хладагент в замкнутом контуре находится в жидком состоянии. Также там установлен расширительный клапан, именно благодаря ему создаются места с высоким и низким давлением.

Когда хладагент сжимается под воздействием высокого давления, то начинает нагреваться. Выходя из компрессора хладагент, имеет наивысшую температуру. Закипание хладагента происходит при температуре около -100С. Тогда он преобразуется в газ. Далее он поступает в теплообменник, где отдает тепловую энергию системе отопления.

После этого хладагент остывает и направляется в испаритель. При этом он превращается обратно в жидкость.

Система отопления загородного дома тепловым насосом делится на 3 основных части:

  1. Зонд или наружный контур – это трубопровод больших размеров, который помещается в среду, из которой будет забираться энергия. Именно эта часть системы забирает альтернативную энергию и передает ее дальше в тепловой насос. Зависимо от того какой вид теплового насоса змеевик находится в земле, в водоеме, в скважине, а в случае воздушного насоса он размещается на продуваемом участке загородного дома.
  2. Тепловой насос.
  3. Система отопления, контур внутри помещения. Это теплообменник, по которому циркулирует теплоноситель. Воздушное устройство для отопления может функционировать без традиционной системы, это так называемый кондиционер.

Выбор редакции

Многолетний опыт производства и эксплуатации тепловых насосов в Северной Европе позволил нашим соотечественникам сократить область поиска самого выгодного способа обогреть свой дом. Реальные варианты существуют под любой запрос.

Надо обеспечить теплом контур ГВС или систему отопления жилого дома до 80 — 100 м²? Рассмотрите потенциал NIBE F1155 – его «интеллектуальная» начинка экономит без ущерба теплоснабжению.

Стабильную температуру в контурах тёплого пола, СО, ГВС коттеджа в 130 м² обеспечит Daikin EGSQH –здесь  задействован  теплообменник ГВС (180 литров).

DANFOSS DHP-R ECO выдаёт постоянный тепловой поток одновременно для всех потребителей.  Возможность создания каскада из 8 ТН позволяет обеспечить теплом объект площадью не менее 3 000 м².

Каждая из указанных моделей – не безусловный, а базовый вариант. Если вы нашли подходящий ТН – просмотрите всю линейку, изучите опциональные предложения. Ассортимент оборудования большой, есть риск пропустить свой идеальный вариант.

Статья помогла вам найти выгодный вариант отопления, или требуется дополнительная информация – пишите в комментариях. Отвечаем незамедлительно.

(Пока оценок нет)

Плюсы и минусы самодельного оборудования

Тепловой насос представляет собой устройство, которое не производит тепло, а перемещает его с одного места в другое, повышая при этом температуру за счет компрессии. Этот процесс протекает по принципу цикла Карно, который заключается в движении рабочего тела (хладагента) по замкнутой системе. При смене его состояние с жидкого на газообразное и наоборот происходит выделение или поглощение большого количества энергии. Этот принцип используют в конструкциях холодильников, но механизм действия теплового насоса заключается в поглощении тепла снаружи и передаче его помещению.

Этапы цикла Карно:

  • жидкий фреон по трубке поступает в испаритель;
  • взаимодействуя с теплоносителем, которым выступают вода, воздух или грунт, хладагент испаряется, принимая газообразное состояние;
  • рабочее тело проходит через компрессор, сжимается под давлением, что способствует повышению его температуры
  • далее поступает в конденсатор, который выступает теплообменником;
  • отдает полученное тепло теплоносителю и вновь принимает форму жидкости;
  • в таком виде фреон поступает в расширительный клапан, где при низком давлении вновь движется к испарителю.
Читайте также:  Как правильно собирать хворост для костра

Устройство промышленного производства дорогое, срок окупаемости составляет в среднем 5-7 лет. Популярность теплового насоса из старого холодильника обусловлена минимальными материальными вложениями на изготовление агрегата и возможностью экономии энергозатрат при его работе.

Внимание! Для получения 3-4 кВт тепловой энергии расходуется в среднем 1 кВт электричества.

Дополнительно выделяют следующие плюсы использования самодельного оборудования:

  • отсутствие шума, посторонних запахов;
  • не требуется установка вспомогательных конструкций, дымохода;
  • работа оборудования не наносит вред окружающей среде, так как не предполагает выброс в атмосферу продуктов сгорания;
  • возможность установки системы в удобном месте;
  • многофункциональность. Зимой устройство используют как обогреватель, а летом в качестве кондиционера;
  • безопасность. Эксплуатация не предполагает использование топлива, а максимальная температура узлов агрегата не превышает 90 0С;
  • долговечность, надежность. Срок службы агрегата при использовании качественных комплектующих составляет 30 и более лет.

Основным минусом самодельных устройств является их малая производительность, поэтому их чаще используют как дополнительный вариант отопления отдельных комнат в доме. Собирать подобную систему рекомендуют в помещениях с хорошей теплоизоляцией и уровнем теплопотерь не более 100 Вт/м2.

Изготовление геотермальной установки

Изготовить геотермальную установку своими руками вполне возможно. При этом для обогрева жилища используется тепловая энергия земли. Конечно, это трудоемкий процесс, но и выгода при этом получается существенная.

Расчет контура и теплообменников насоса

Изготовление геотермальной установки

Площадь контура для ТН составляется из расчета 30 м² на каждый киловатт. Для жилого помещения площадью 100 м² нужно около 8 киловатт/час энергии. Значит площадь контура будет составлять 240 м².

Теплообменник можно сделать из медной трубки. Температура на входе 60 градусов, на выходе 30 градусов, тепловая мощность 8 киловатт/час. Площадь теплового обмена должна быть 1,1 м². Медная трубка диаметром 10 миллиметров, коэффициент запаса 1,2.

Длина окружности в метрах: l = 10 × 3,14 / 1000 = 0,0314 м.

Количество медной трубки в метрах: L = 1,1 × 1,2 / 0,0314 = 42 м.

Изготовление геотермальной установки

Необходимое оборудование и материалы

Во многом успех при изготовлении ТН зависит от степени подготовленности и знаний самого исполнителя, а также от наличия и качества всего необходимого для монтажа теплового насоса.

Перед началом работ нужно приобрести оборудование и материалы:

  • компрессор;
  • конденсатор;
  • контроллер;
  • полиэтиленовые фитинги, предназначенные для сборки коллекторов;
  • труба на земляной контур;
  • циркуляционные насосы;
  • водопроводный шланг или труба ПНД;
  • манометры, термометры;
  • трубка медная диаметром 10 миллиметров;
  • утеплитель для трубопроводов;
  • комплект уплотнений для герметизации.

Как собрать теплообменный блок

Изготовление геотермальной установки

Теплообменный блок состоит из двух составных частей. Испаритель нужно собрать по принципу «труба в трубе». Внутренняя медная трубка заполняется фреоном или другой быстро закипающей жидкостью. По наружной циркулирует вода из скважины.

Перед сборкой конденсатора необходимо медную трубку намотать в виде спирали и поместить в металлическую бочку емкостью не менее 0,2 м³. Медная трубка заполняется фреоном, а бочка с водой подключается к системе отопления дома.

Обустройство грунтового контура

Для того чтобы подготовить необходимую площадь для грунтового контура, требуется выполнить большой объем земляных работ, которые желательно проводить механизированным способом.

Изготовление геотермальной установки

Можно использовать 2 метода:

1. При первом способе необходимо снять верхний слой грунта на глубину ниже его промерзания. На дно получившегося котлована уложить змейкой свободную часть наружной трубы испарителя и произвести рекультивацию почвы.

2. Во втором способе нужно сначала прокопать траншею по всей планируемой площади. В нее укладывается труба.

Затем нужно проверить герметичность всех соединений и заполнить трубу водой. Если протечек нет, можно засыпать конструкцию землей.

Изготовление геотермальной установки

Заправка и первый запуск

После окончания монтажа необходимо заполнить систему хладагентом. Данную работу лучше всего поручить специалисту, потому что для заправки внутреннего контура фреоном применяются специальные приборы. При заполнении нужно замерить давление и температуру на входе компрессора и на выходе.

После окончания заправки нужно включить оба циркуляционных насоса на самую низкую скорость, затем запустить компрессор и контролировать работу всей системы по термометрам. При прогреве магистрали возможно обмерзание, но после полного прогрева системы обмерзание должно растаять. Циркуляционный насос grundfos вы найдете ответ по ссылке.