Как изготовить тепловой насос для отопления дома своими руками

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Особенности работы

Многие простые вещи, которые окружают людей, являются источником энергии. Главное — это научиться правильно их использовать, тогда решить вопрос о том, как сделать тепловой насос своими руками, можно будет очень просто.

Для того чтобы прибор работал, температура среды должна быть выше 1 градуса тепла, при этом сохранять тепло почва способна даже на глубине и под снегом. Из земли или воздуха тепло перемещается к контуру отопления и используется по назначению.

Перед созданием теплого насоса нужно понять принцип его работы

Особенности работы

Принцип работы прибора такой:

  • трубопровод, находящийся под землей, наполняется водой, воздухом или грунтом, и за их счет нагревается;
  • носитель тепла переходит в испаритель, затем передает его во внутренний контур;
  • во внутреннем контуре имеется фреон, гликолевая смесь или спиртовая вода (хладагент). В испарителе вещество нагревается и преобразуется в газ;
  • потом газообразное вещество переходит в компрессор, под высоким давлением сжимается и нагревается;
  • нагретый газ переходит в конденсатор, после чего его энергия идет в теплоноситель отопительной системы дома;
  • когда цикл преобразования хладагента в жидкость заканчивается, вещество теряет тепло и возвращается в систему.

По аналогичному принципу работают и холодильники, соответственно, такие самодельные насосы могут использоваться и с целью охлаждения. Но в большинстве случаев он больше выручает зимой, когда нужно оптимизировать расходы на отопление.

Срок окупаемости системы отопления с теплонасосом

Приобретение (изготовление) и установка отопительного оборудования обходятся в приличную сумму. Точная цифра зависит от качества теплоизоляции жилища, типа насоса и потребностей жильцов. Как уже отмечалось выше, минимальная стоимость готового теплонасоса равна примерно $4 тыс. плюс расходы на проведение монтажных работ. Но практика показывает, что в большинстве случаев затраты окупаются уже за 2-3 года, а если изготовить и установить оборудование самостоятельно — и того быстрее. Приятным дополнением при эксплуатации отопительной системы на базе теплового насоса является возможность его использования в летний зной в качестве кондиционера.

Поделиться в соц. сетях

Срок окупаемости системы отопления с теплонасосом

НравитсяПолучайте новости о скидках и акциях от компании на ваш email:Купить сушилку для пиломатериалов Уменьшение содержания влаги до 8% за 3 дня с сушилкой для пиломатериалов ФлексиХИТ Узнать цены на ик маты для бетона Ик маты для прогрева бетона и грунта, бетонных конструкций, каменной кладки

Типы тепловых насосов

В зависимости от источников тепла, которые используются во внешнем контуре, различают три основных типа тепловых насосов, которые можно использовать в системе отопления жилого частного дома или коттеджа:

  • тепловой насос грунт-вода (внешний контур использует разницу температур на поверхности и в глубине грунта);
  • тепловой насос вода-вода (внешний контур использует тепло грунтовых вод или на дне водоема);
  • тепловой насос воздух-вода (внешний контур использует тепло воздуха).

Чаще всего используются тепловые насосы типа вода-вода, которые берут тепло у грунтовых вод. Такие устройства обходятся дешевле, если имеется доступ к открытому водоему, чтобы расположить внешний контур насоса в нем. При этом обязательно предварительно нужно уточнить глубину промерзания такого водоема, чтобы внешний контур не оказался вмороженным в лед – в этом случае тепловой насос работать не будет.

Также нередко используется вариант грунт-вода. Их основной недостаток: большая площадь, которую приходится отводить на участке под внешний контур. При вертикальном расположении контура эта площадь значительно сокращается, но существенно удорожаются земляные работы. Так же, как и в случае насосов вода-вода, следует уточнять глубину промерзания – контур должен располагаться ниже, чтобы работа установки была эффективной в любое время года.

Для обеспечения полноценного отопления дома в любое время, в том числе в холодный период, наименее пригодны тепловые насосы типа воздух-вода – в большинстве регионов России они не в состоянии обеспечить зимой достаточное поступление тепловой энергии. Насосы подобного типа могут быть использованы круглый год лишь в тех регионах, где в холодное время года температура не падает ниже нуля.

Следует заметить, что устройства типа воздух-вода сохраняют работоспособность до -25ºС, и при наличии дополнительных отопительных систем (к примеру, твердотопливного котла), могут быть использованы и в холодных районах России. При этом их установка и монтаж обходятся дешевле всего, так как не требуют земляных работ.

Читайте также:  Как правильно установить газовый котел в квартире и частном доме

Автономность отопительной системы

  1. Лидирует электрическое отопление. И современные электрокотлы, и системы распределенного обогрева (электрические теплые полы, конвекторы, электрорадиаторы и т.д.) способны работать без обслуживания неограниченно долго. Их текущая мощность может гибко подстраиваться под текущую потребность в тепле благодаря работе термостатов;

Электрическое отопление: настроил и забыл

Автономность отопительной системы
  1. Газовые котлы и конвекторы проигрывают электрическому оборудованию по удобству использования весьма незначительно: они требуют отвода продуктов сгорания, что предполагает монтаж вблизи дымохода или внешней стены дома. Кроме того, газовое оборудование с питанием от газгольдера или баллонов нуждается в периодическом пополнении запаса топлива;
  2. Дизельный котел работает автономно вплоть до исчерпания запаса солярки. В его недостатки стоит записать громкий шум горелки, необходимость хранения большого объема дизтоплива и его специфический запах;

Топливные баки в дизельной котельной

  1. Автоматические угольные и пеллетные котлы благодаря подаче сыпучего топлива из бункера обладают автономностью до 7-10 дней;
  2. Твердотопливные котлы верхнего горения снижают планку до 24-36 часов;
  3. Пиролизные котлы с традиционной загрузкой топлива работают на одной его закладке до 12 часов;
  4. Наконец, традиционные твердотопливники нужно растапливать раз в 4-6 часов.
Автономность отопительной системы

Впрочем: периодичность растопок можно заметно увеличить, включив в схему отопления теплоаккумулятор — теплоизолированный водяной бак значительного объема.

Запасенное гидроаккумулятором тепло позволит многократно увеличить периодичность растопок

Итак, электричество с точки зрения удобства использования отопительной системы было бы идеальным, если бы не высокая стоимость киловатт-часа тепла. Можно ли ее снизить?

Автономность отопительной системы

Почему выгодно отапливать дом тепловым насосом

А вы знаете, что в Московской области затраты на отопление дома с помощью электричества, сжиженного газа или дизеля примерно одинаковы? И если у вас нет подключения к магистральному газу, то снизить эксплуатационные расходы в данном случае можно только одним единственным способом — установить тепловой насос.

Давайте вместе ознакомимся с зарубежным опытом эксплуатации тепловых насосов и рассчитаем экономическую целесообразность того или иного типа отопления. Поехали!

Итак, вы собираетесь построить или у вас уже есть загородный дом. Совершенно очевидно, что его нужно будет отапливать в холодное время года.

Рассмотрим дом расположенный в Московской области (в других областях стоимость энергоносителей может быть иной).

В качестве источника тепловой энергии вы можете выбрать:

Почему выгодно отапливать дом тепловым насосом
  • Печное отопление (дрова, пеллеты)
  • Магистральный газ
  • Электричество
  • Сжиженный газ (пропан-бутан) в газгольдере
  • Дизельное топливо

Если у вас современный комфортабельный дом, то печное отопление сразу отпадает по причине того, что оно не может работать в автоматическом режиме без присутствия человека и это источник вредных частиц PM2.5. Даже не касаясь таких моментов как пожароопасность и низкий КПД. Вычёркиваем печное отопление.

С магистральным газом всё просто и сложно одновременно. С одной стороны это самый дешёвый источник тепловой энергии, а с другой — с очень высокой стоимостью подключения. В Московской области стоимость подключения составляет примерно 500 000 рублей (часть стоимости подключения может быть включена в стоимость участка).

А вот с электричеством, сжиженным газом и дизельным топливом получается более интересная картина. Стоимость этих энергоносителей в настоящий момент: электрическая энергия стоит примерно 3,9 рубля за 1 кВт·ч, пропан-бутанова

Достоинства и недостатки источника теплоснабжения

Преимущества тепловых насосов:

  • Идеальное электрическое отопление: выработка 4 квт тепла при потреблении 1 квт на собственные нужды установки.
  • Независимость от дорогостоящего топлива (газ, уголь, мазут).
  • Эффективный энергетический баланс в комплекте с напольными или настенными обогревателями.
  • Занимают небольшое пространство в доме или подвале.
  • Небольшие затраты на обслуживание.
  • Хорошо интегрируется в систему «умный дом».

Недостатки:

  • Экономическая эффективность после практических испытаний в старых домах не всегда соответствует заявленной производителем оборудования.
  • Высокие требования к отопительной системе.
  • Наличие бака-аккумулятора в схеме.
  • Температура источника тепла постоянна только при грунтовых водах.
  • Многие модели содержат хладагент, разрушающий климат.

Советы

Самостоятельный монтаж теплового насоса

Как уже говорилось, компрессор предпочтительнее купить готовый. Пригодна любая модель, применяемая в кондиционерах.

Все остальные составляющие собираем самостоятельно:

  1. 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.
  2. 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».
  3. 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.
  4. Осталось только присоединить наружный контур. Его сборка будет зависеть от типа насоса.
Читайте также:  Печи на отработанном масле своими руками

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.

Солнечная батарея

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.

Режимы работы теплового насоса

  • Моновалентный режим – тепловой насос является единственным источником тепла. Его отопительной мощности хватает для полного обеспечения здания теплом. Этот режим наиболее целесообразен для грунтовых тепловых насосов.
  • Моноэнергетический режим – тепловой насос также является основным источником тепла, а в пиковые нагрузки теплоноситель подогревается за счет установленного внутри электрического нагревателя. В результате КПД насоса снижается, так как увеличивается потребление электроэнергии для работы электронагревателя
  • Бивалентный режим – насос работает в паре с другим источником тепла, чаще всего с газовым котлом. Такой режим наиболее предпочтителен (с экономической и практической точки зрения).

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой. Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C. Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома. Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками. Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Принцип работы устройства

Тем, кто соприкасался с вопросами экономически выгодного отопления, название “тепловой насос” хорошо знакомо. Особенно в сочетании с терминами типа “земля-вода”, “вода-вода”, “вода-воздух” и т.п. Такой тепловой насос с устройством Френетта не имеет практически ничего общего, кроме разве что названия и конечного результата в виде тепловой энергии, которую в итоге используют для обогрева.

Тепловые насосы, работающие на принципе Карно, очень популярны и как экономически выгодный способ организации отопления, и как экологически безопасная система. Работа такого комплекса устройств связана с накоплением низкопотенциальной энергии, содержащейся в природных ресурсах (земле, воде, воздухе), и преобразованием ее в тепловую энергию с высоким потенциалом. Изобретение Евгения Френетта устроено и работает совершенно иначе.

Галерея изображений

Генерирующую тепло систему, разработанную Е. Френеттом, нельзя безоговорочно отнести к классу тепловых насосов. По конструктивным и технологическим признакам это обогреватель Агрегат не использует гео- или гелио-источники энергии в своей работе. Находящийся внутри него масляный теплоноситель разогревается от силы трения, создаваемой вращающимися металлическими дисками Рабочий орган насоса — маслонаполненный цилиндр, внутри которого расположена ось вращения. Это стальной стержень, оснащенный установленными примерно через 6 см параллельными дисками Центробежная сила выталкивает разогретый теплоноситель в присоединенный к прибору змеевик. Нагретое масло выходит из прибора в верхней точке соединения. Остывший теплоноситель возвращается обратно снизу

Внешний вид теплового насоса Френетта

Разогрев прибора во время работы

Основные конструктивные составляющие

Реальные размеры одной из моделей

Принцип действия этого прибора основан на использовании тепловой энергии, которая выделяется при трении. В основе конструкции — металлические поверхности, расположенные не вплотную друг к другу, а на некотором расстоянии. Пространство между ними заполняют жидкостью. Части устройства вращаются относительно друг друга с помощью электромотора, жидкость, находящаяся внутри корпуса и контактирующая с вращающимися элементами, разогревается.

Полученное тепло можно использовать для нагрева теплоносителя. Некоторые источники рекомендуют использовать эту жидкость непосредственно для отопительной системы. Чаще всего к самодельному насосу Френетта присоединяют обычный радиатор. В качестве жидкости для нагрева специалисты настоятельно рекомендуют использовать масло, а не воду.

В процессе работы насоса этот теплоноситель имеет свойство разогреваться очень сильно. Вода в таких условиях может просто закипеть. Горячий пар в замкнутом пространстве создает избыточное давление, а это обычно приводит к разрыву труб или корпуса. Использовать масло в такой ситуации намного безопаснее, поскольку его температура кипения значительно выше.

Читайте также:  Вентилятор Ebmpapst R2E180-AH05-06 горячего воздуха

Для изготовления теплового насоса Френетта потребуется двигатель, радиатор, несколько труб, стальной дисковый затвор, стальные диски, металлический или пластиковый стержень, металлический цилиндр и гаечный набор (+)

Бытует мнение, что КПД такого теплогенератора превышает 100% и даже может составлять 1000%. С точки зрения физики и математики это не совсем корректное утверждение. КПД отражает потери энергии, затраченные не на обогрев, а собственно на работу прибора. Скорее феноменальные утверждения о невероятно высоком КПД насоса Френетта отражают его эффективность, которая действительно впечатляет.

Затраты электроэнергии на работу прибора ничтожны, а вот количество полученного в результате тепла весьма ощутимы. Нагрев теплоносителя до таких же температур с помощью ТЭНа, например, потребовал бы значительно большего количества электроэнергии, возможно, в десятки раз больше. Бытовой обогреватель при таком расходе электричества даже не нагрелся бы.

Почему же такими приборами не оборудованы все подряд жилые и промышленные помещения? Причины могут быть разными. Все же вода — более простой и удобный теплоноситель, чем масло. Она не нагревается до таких высоких температур, и устранить последствия протечек воды проще, чем убрать разлитое масло.

Еще одна причина может быть в том, что к моменту изобретения насоса Френетта централизованная система отопления уже существовала и успешно функционировала. Ее демонтаж для замены на теплогенераторы обошелся бы слишком дорого и доставил бы массу неудобств, поэтому такой вариант никто всерьез даже не рассматривал. Как говорится, лучшее — враг хорошего.

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.

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.

Оставить комментарий: Отправить

Принцип работы теплонасоса

Особенность теплонасосов заключается в том, что они работают от природных источников энергии. Чтобы выделить тепловую энергию, насосу не нужно дизельного топлива, электроэнергии или твердого топлива. В качестве источника энергии используется вода, атмосфера и грунт. Насосы не выделяют тепла, а просто переносят его в строение. При этом используется небольшое количество электроэнергии.

Для того чтобы обеспечить дом теплом, необходимо иметь всего лишь тепловой насос и источник тепла. Принцип работы системы напоминает работу обычного холодильника, только наоборот. В этом случае тепло забирается снаружи и переправляется в дом.

Важный момент: главным элементом в альтернативной системе отопления является именно теплонасос, поэтому к его сооружению нужно подойти очень внимательно. Насос состоит из следующих элементов:

Особенности теплового насоса воздух-воздух:

  • компрессора, который является промежуточным элементом системы;
  • испарителя. В нем происходит передача низкопотенциальной энергии;
  • дроссельного клапана, по которому хладагент (фреон) возвращается в испаритель;
  • конденсатора, где происходит охлаждение фреона и отдача тепловой энергии.

Насос работает по определенному принципу. Это выглядит приблизительно так:

Принцип работы теплонасоса. (Для увеличения нажмите)

  1. Низкопотенциальное тепло, которое выделяется от внешних источников энергии, по трубам передается в испаритель – в первый элемент в конструкции насоса. Тепло передается теплоносителями, которые способны выдерживать низкие температуры и не замерзать при этом.
  2. Здесь тепло передается к хладагенту, который циркулируется по замкнутому контуру системы. В качестве холодильного агента часто используется фреон.
  3. В компрессоре на фреон действует высокое давление, что значительно повышает его температуру.
  4. На следующем этапе хладагент поступает в конденсатор, где происходит передача тепла в контур отопительной системы. В результате тепло уходит в помещение, а фреон, охлаждаясь, возвращается в жидкое состояние.
  5. Через редукционный клапан фреон попадает обратно в испаритель, где процесс повторяется.

Исходя из принципа работы насоса, электроэнергия тратится только на работу компрессора. В результате это и делает тепловой насос самым экономичным способом передачи тепла.

Возможно, Вас заинтересует статья об особенностях тепловых насосов для отопления дома.

Подробную классификацию теплонасосов Вы можете изучить в этой статье.