Тепловой насос своими руками

Тепловой насос своими руками: разновидности, цена, окупаемость

Неприятная динамика цен на энергопотребление стимулирует творческую фантазию и смекалку у владельцев частных домов и загородных коттеджей, которым надоело переплачивать за отопление.

На многих участках сталкиваются с еще более насущной проблемой: недоступность прямого подключения к обычным источникам создают массу технических неудобств.

Возможности решить эту проблему рационально упираются только в желание и умение – многообразие способов самодельного отопления, например собрать тепловой насос своими руками только подтверждает это.

Технологическая новинка, тепловой насос, востребована в мире уже пару десятилетий, но на российском рынке появляться стала сравнительно недавно. Принцип работы поразительно напоминает привычную бытовую технику, дополнительного знакомства с которой не требуется, – холодильник.

Но, если последний использует радиаторы, чтобы передавать тепло из камер наружу, то насосная теплообменная станция действует в точности наоборот – вытягивая энергию из окружающей среды (существует несколько модификаций работающих с водой, воздухом и землей) преобразует ее в несколько этапов в внутренний отопительный контур дома, бассейна, теплицы.

Технологическая новинка, тепловой насос, востребована в мире уже пару десятилетий, но на российском рынке появляться стала сравнительно недавно

Ограниченные небольшими размерами участки оснащаются грунтовыми зондами, крупные – полноценными габаритными коллекторами. Циркулирующий по внешнему контуру хладагент притягивает на себя тепловую энергию, что содержится в рассеянном состоянии в каждой среде.

Нагреваясь, теплообменная жидкость (используется аммиак, фреон или гликолевый раствор) проходит через испаритель (переводящий агрегатное состояние в газообразное), далее в компрессор (сжимающий газ, для повышения рабочих характеристик и теплоемкости).

Центральный узел – конденсатор, собирающий грунтовое тепло и передающий его внутреннему контуру (системе отопления, по трубам которой циркулирует вода – она и распределит полученную энергию по периметру доступной области для обогрева целевого объекта).

Отдавая тепло, хладагент возвращается в рабочее жидкое состояние и снова течет по трубкам под землю (редукционный клапан не пропустит газ) – начинается следующий цикл, каждый из которых дает, в среднем, 50 Вт за один метр глубины скважины.

Разновидности тепловых насосов

Чтобы принцип работы теплового насоса был успешным, следует провести расчет соотношения объема источника «энергии» к объему носителя.

Если с объемом носителя все понятно, то со вторым параметром следует разобраться детальнее.

Источниками «энергии», трансформируемой в тепло, для такого насоса являются вода, воздух или грунт. Все они содержат низкотемпературное тепло, благодаря которому может осуществляться принцип работы прибора.

Температурный диапазон работы качественных и мощных тепловых насосов колеблется в пределах от минус тридцати пяти до плюс тридцати пяти градусов Цельсия.

Эти показатели в обязательном порядке следует брать в расчет при покупке оборудования, так как в слишком суровом климате оно может не работать или работать с критически малой мощностью.

Тепловые насосы делят на:

• геотермальные;
• воздушные;
• промышленные.

Источниками получения тепла для геотермальных насосов является грунт и вода. Приборы могут работать в следующих вариациях: вода – вода, вода – земля, воздух – вода, воздух – земля.

Воздушные теплогенераторы работают по принципу воздух – воздух и вода – воздух.

Видео:

Так называемые «промышленные» насосы питаются теплом, продуцированным промышленными приборами, поэтому они не используются для создания комфортной атмосферы в частных домах.

Встретить их можно только на территории заводов или предприятий, специализирующихся на изготовлении различных товаров.

Беря в расчет непригодность промышленных насосов к отоплению жилых помещений, следует сделать вывод, что для их обогрева можно использовать только геотермальные или воздушные приборы.

Большей эффективностью обладают те тепловые насосы, «энергией» для которых служит тепло, которое содержат грунт или вода.

Воздух является менее мощным «топливом» для таких приборов. Воздушные тепловые насосы демонстрируют эффективность только в тех географических реалиях, в которых нет холодных, суровых зим.

Расчет средней стоимости тепловых насосов, их установки и создания условий, обеспечивающих их работу, должен проводиться заранее.

Средняя стоимость установки теплового насоса, включающая его приобретение, является крайне высокой.

Поэтому следует тщательно взвесить все «за» и «против», и подготовиться к тому, что установленная система начнет себя окупать только через длительное время.

Несмотря на большие денежные затраты, многие люди все-таки устанавливают эти приборы и пользуются ими в свое удовольствие.

Изготовление испарителя и конденсатора

Можно купить уже готовые теплообменники как для испарителя (под низкое давление), так и для конденсатора (с давлением до 25 бар). Но дешевле их изготовить из медной трубки для кондиционеров (которая предназначена именно для работы с хладагентами при высоком давлении) и подручных емкостей.

Важно! Сантехническая медная труба не такая «чистая» и гибкая. Ее хуже паять и вальцевать при монтаже

Рассчитывают площадь поверхности теплообменника, которая прямо пропорциональна мощности тепловыделения и обратно пропорциональна разнице температур теплоносителей на входе и выходе каждого подключаемого контура (грунтового и системы отопления).

Зная диаметр трубы и площадь поверхности, определяют длину каждого змеевика для испарителя и конденсатора.

Емкость для конденсатора лучше сделать из нержавейки (температура входящих паров фреона может быть довольно высокая):

• взять готовый бак подходящей емкости (чтобы поместилась спираль из медной трубки);
• разместить в нем змеевик (вход вверху, выход внизу);
• вывести концы медной трубки для подключения к компрессору и ТРВ (пайкой или фланцем);
• сделать в баке врезку переходников для подключения труб системы отопления;
• заварить крышку.

Испаритель работает на более низких температурах, поэтому для него можно взять более дешевую пластиковую емкость, в которую врезают переходники для подключения к грунтовому контуру. Он также отличается от конденсатора расположением змеевика теплообменника — вход (жидкая фаза фреона от ТРВ) снизу, выход на компрессор сверху.

Типы теплообменников

В обозначении типа теплообменника теплового насоса первый показатель определяет способ устройства внешнего контура системы теплоснабжения, а второй – устройство внутреннего контура.

«Вода — вода»

В теплообменниках данного типа забор тепла осуществляется из водных объектов (скважина, река, озеро и т.д.), энергии солнца или иных объектов. В первичном контуре циркулирует теплоноситель – вода, либо иная жидкость. Циркуляция осуществляется путем создания давления посредством установки насоса.

Контур может быть замкнутым или разомкнутым, какой вариант выбрать определяется типом теплоносителя.
В тепловом насосе, во внутреннем контуре, циркулирует фреон, который получая энергию от внешнего контура испаряется, поступает на конденсатор, где отдает полученное тепло теплоносителю потребителя.

«Вода – воздух»

В теплообменниках этого типа энергия собранная в наружном контуре, в котором циркулирует жидкость (вода или иной энергоноситель), поступает в теплообменники теплового насоса, где передается воздуху внутри помещения.

«Воздух – воздух»

В теплообменниках данного типа наружный контур размещается на наружной стороне здания, он является испарителем в этой конструкции насоса. Тепло наружного воздуха нагревает хладагент, который испаряется. Далее, проходя через компрессор сжимается и поступает на внутренний блок – конденсатор, который располагается внутри здания. Конденсатор отдает тепло воздуху внутри помещения в котором находится, хладагент вновь поступает на испаритель.

«Воздух – вода»

В теплообменнике данного типа тепловая энергия забирается из наружного воздуха. Воздух поступает в компрессор, где под действием давления повышается его температура, после чего поступает в теплообменник. В теплообменнике происходит конденсация подаваемого воздуха и передача энергии энергоносителю отопительной системы потребителя.

«Земля – вода»

Теплообменники данного типа основаны на получении энергии земли и передачи ее потребителям. В замкнутом наружном контуре, расположенном ниже уровня промерзания, циркулирует рассол (антифриз). Циркуляция осуществляется посредством установки насоса. Рассол поступает на конденсатор теплового насоса, где передает полученную энергию хладагенту, который в свою очередь передает ее системе отопления потребителя путем конденсации в теплообменнике насоса.

«Земля – воздух»

В теплообменниках этого типа тепловая энергия полученная рассолом, циркулирующим в наружном контуре, который расположен под поверхностью земли, передается в камерах теплообменника воздуху внутри помещения.

Тепловые насосы – классификация

Работа теплового насоса для отопления дома возможна в широком температурном диапазоне – от -30 до +35 градусов по Цельсию. Наиболее распространены приборы абсорбционные (переносят тепло посредством его источника) и компрессионные (циркуляция рабочей жидкости происходит за счет электроэнергии). Наиболее экономичны абсорбционные устройства, однако они более дорогостоящие и обладают сложной конструкцией.

Классификация насосов по типу источников тепла:

1. Геотермальные. Забирают тепло воды или земли.
2. Воздушные. Забирают тепло атмосферного воздуха.
3. Вторичного тепла. Забирают так называемое производственное тепло – образующееся на производстве, при отоплении, прочих промышленных процессах.

Теплоносителем может выступать:

• Вода из искусственного или естественного водоема, грунтовые воды.
• Грунт.
• Воздушные массы.
• Комбинации вышеперечисленных носителей.

https://youtube.com/watch?v=videoseries

Насос геотермального типа – принципы устройства и работы

Насос геотермальный для отопления дома использует тепло грунта, которое он отбирает вертикальными зондами или горизонтальным коллектором. Зонды размещаются на глубине до 70 метров, зонд находится на небольшом удалении от поверхности. Такой тип устройства наиболее эффективен, поскольку у источника тепла довольно высокая постоянная в течение всего года температура. Поэтому необходимо затратить меньше энергии на транспортировку тепла.

Тепловой насос геотермального типа

Такое оборудование требует больших затрат на установку. Высокой стоимостью отличаются работы по бурению скважин. Кроме того, площадь, отведенная под коллектор, должна быть в несколько раз больше площади отапливаемого дома либо коттеджа

Важно помнить: земля, где находится коллектор, не может использоваться для посадки овощей или плодовых деревьев – корни растений будут переохлаждены

Использование воды в качестве источника тепла

Водоем – источник большого количества тепла. Для насоса можно использовать незамерзающие водоемы от 3 метров глубиной либо грунтовые воды при их высоком уровне. Реализовать систему можно следующим образом: трубу теплообменника, отягощенную грузом из расчета 5 кг на 1 метр погонный, укладывают на дно водоема. Протяженность трубы зависит от метража дома. Для помещения в 100 м.кв. оптимальная протяженность трубы – 300 метров.

В случае использования грунтовых вод необходимо пробурить две скважины, расположенные одна за другой по направлению грунтовых вод. В первую скважину помещают насос, подающий воду на теплообменник. Во вторую скважину поступает уже охлажденная вода. Это так называемая открытая схема сбора тепла. Ее основной недостаток в том, что уровень грунтовых вод нестабилен и может значительно меняться.

Воздух – наиболее доступный источник тепла

В случае использования воздуха в качестве источника тепла теплообменником выступает радиатор, принудительно обдуваемый вентилятором. Если работает тепловой насос для отопления дома по системе «воздух-вода», пользователь получает преимущества:

• Возможность обогреть весь дом. Вода, выступающая в качестве теплоносителя, разводится по приборам отопления.
• При минимальных затратах электроэнергии – возможность обеспечить жильцов горячим водоснабжением. Это возможно за счет наличия дополнительного теплоизолированного теплообменника с емкостью накопительной.
• Насосы аналогичного типа могут использоваться для нагрева воды в бассейнах.

Схема отопления дома воздушным тепловым насосом.

Если насос работает по системе «воздух-воздух», теплоноситель для нагрева помещения не используется. Обогрев производится за счет полученной тепловой энергии. Примером реализации такой схемы может служить обычный кондиционер, установленный на режим обогрева. Сегодня все устройства, использующие воздух как источник тепла, – инверторные. В них переменный ток в постоянный преобразуется, обеспечивая гибкое управление компрессором и его работу без остановок. А это увеличивает ресурс устройства.

Иностранный опыт в геотермальном отоплении

Во многих развитых странах геотермальные тепловые насосы распространяются с рекордной скоростью – каждый год устанавливаются десятки и сотни тысяч приборов. Наибольшей популярностью такое отопление пользуется в Западной Европе, Китае и, конечно же, Америке.

В чем же причина невиданной популярности? Как ни странно, главная причина кроется отнюдь не в оригинальности технологии отопления как таковой, а в мощной поддержке государства – каждому человеку, установившему тепловой насос, возмещается определенная часть затрат.

Тепловые насосы

Не так давно интерес к геотермальному отоплению появился и у жителей стран СНГ. Но информацию об оборудовании, равно как и о самой технологии в целом, изготовители доносят до потенциального клиента несколько искаженно. Возможно, потому, что ориентируются лишь на продажу новинки. Справедливости ради стоит заметить, что рост популярности, о котором говорилось в начале статьи, не настолько интенсивен, невзирая даже на тщательно продуманные ходы маркетологов.

Словом, тепловые насосы – действительно полезная вещь, пусть и малоизвестная. Несмотря на достаточно высокую стоимость (даже при собственноручном изготовлении), оборудование окупит себя максимум за два года.

Виды тепловых насосов

Различают три типа насосов, в зависимости от источника получения тепла:

«почва-вода»

Насос грунт-вода

«вода-вода»

Насос вода-вода

«воздух-вода»

Насос 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 м2 необходим участок не меньше 250 м2, 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.