Устройство и изготовление своими руками теплового насоса воздух-вода

Как сделать тепловой насос воздух-вода: схемы устройства и самостоятельная сборка

В связи с регулярным повышением стоимости теплоносителей востребованными становятся альтернативные методы отопления. К примеру, практичный тепловой насос воздух-вода, использующий для обогрева энергию воздуха. Установка не требует дорогостоящих расходных материалов, удобна в эксплуатации, безопасна.

В связи с немалой ценой заводской сборки агрегата у многих возникает интерес к самостоятельному сооружению этой системы. Мы расскажем, что потребуется домашнему мастеру для устройства самодельного теплового насоса. У нас вы узнаете, какими техническими средствами следует запастись.

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:

  • экономит электричество;
  • для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
  • если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.

Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.

Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование нецелесообразно.

Специфика применения и работы

Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.

Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха.

Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа.

Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов.

Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений, небольшого частного бассейна и др. Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева.

Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.

Принцип действия системы

Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом.

Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.

Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ . В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии.

Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.

Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старого холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.

Сооружение теплового насоса воздух-вода

Система теплового насоса состоит из четырех основных элементов:

  • наружного блока;
  • емкости теплообменника-испарителя;
  • блока для компрессора;
  • накопительной емкости (конденсатора).

Рассмотрим особенности конструирования каждого из блоков.

Сборка наружного блока

Для создания внешнего блока понадобится:

  • Корпус. Традиционно подходит блок из-под сплит-системы, стиральной машины, другой габаритной техники, иногда сооружают самостоятельно путем приваривания металлических элементов. Важно после сборки обработать металл антикоррозийной краской порошкового типа.
  • Вентилятор. Изделие можно позаимствовать из старой рабочей системы кондиционирования или приобрести отдельно.

Модель вентилятора должна обладать широкими пластиковыми лопастями и, желательно, с отсоединяемым мотором, чтобы предоставилась возможность подключить его к датчику.

В наружный блок можно установить испаритель и вспомогательные элементы для его работы, но целесообразнее эти детали поместить в отдельный корпус.

Устанавливают наружный блок на расстоянии 2-10 м от дома. Важно построить под него фундамент и поставить навес, чтобы защитить конструкцию от осадков. Также необходимо закрепить решетку перед вентилятором, чтобы избежать попадания грязи, мусора, листьев в лопасти вентилятора и трубы.

Дополнительно желательно установить обогреватели, защищающие боковины и панели от обледенения. В этом случае дополнительное прогревание корпуса не понадобится. Место для установки блока должно быть хорошо вентилируемым, находиться в отдалении от источников открытого огня.

Блок с теплообменником-испарителем

Испаритель можно приобрести в готовом виде, воспользовавшись услугами поставщиков в сети, или создать самостоятельно. Для этого понадобиться 80-литровый бак и медная проволока диаметром 10 мм и толщиной не менее 1 мм.

Длина высчитывается индивидуально с учетом требуемой мощности. Для устройства 5 кВт можно взять 10 м. В испарителе будет происходить нагрев и циркуляция фреона, а также контакт с воздухом.

Для создания теплообменника нужно сконструировать змеевик. Для этого проволоку обматывают вокруг толстостенной трубы с диаметром, не превышающим ширину бака. Важно оставить срезы, выступающие за высоту корпуса. Они понадобятся для соединения змеевика с другими элементами системы – компрессором и накопительным баком.

В корпус врезают 2 штуцера для подсоединения трубопроводов, создают два разъема для выхода проволоки. Соединения герметизируют. Крепят готовую конструкцию с помощью L-образных кронштейнов.

Рекомендуется дополнительно установить на испаритель реле оттаивания, поскольку в баке будет происходить циркуляция воздуха, температура которого отрицательная. В этом случае конденсат, скапливающийся в системе, может привести к обледенению испарителя. Также, чтобы исключить образования влаги, можно внедрить в систему фильтр-осушитель.

Читайте также:
Стеклянная перегородка для душа: красивое оформление ванной

Правила установки компрессора

Для установки компрессора потребуется отдельный корпус со звуко- и виброизоляцией, поскольку практически все модификации устройства шумят во время работы. Компрессор можно взять б/у из-под холодильника, кондиционера или приобрести новую модель.

Для тепловых насосов подойдут следующие виды компрессоров:

  1. Роторные компрессоры являются самыми недорогими, но обладают рядом недостатков – шумят, обладают малой эффективностью и служат 8-10 лет.
  2. Спиральные модификации устанавливают во все современные модели кондиционеров, холодильников. Они долговечны (15-20 лет), бесшумные, эффективные, но отличаются высокой стоимостью.
  3. Поршневые модели преимущественно устанавливают на промышленные холодильники. Изделия обладают хорошим КПД, долговечные (15-20 лет), но крайне шумные и дорогие.

Для теплового насоса необходимо подобрать компрессор однофазной модификации. Перед покупкой важно узнать, с каким видом фреона работает устройство. Желательно приобрести модель, работающую на R22, лучше на R422. С хладагентом данного вида работать проще, чем с любым другим видом фреона.

Компрессор подсоединяют трубками к блоку испарителя и конденсатора. Благодаря устройству фреон увеличивает свою температуру.

Конструирование накопительной емкости (конденсатора)

Для изготовления конденсатора понадобиться корпус из-под 100-литрового бойлера или любой другой нержавеющий бак такого же объема. Также необходим змеевик, выполненный из медной трубки. На насос мощностью 5 кВт можно взять 12-метровую проволоку. По трубке змеевика будет проходить горячий фреон, благодаря чему происходит нагревание воды.

Шаг №1: Создание змеевика

Для изготовления змеевика понадобиться медная проволока диаметром не меньше 26 мм и толщиной стенки от 1 мм. Ее необходимо намотать на трубу, имеющую меньшее поперечное сечение, чем у бака.

Высота спирали должна совпадать с высотой корпуса. Важно оставить выпуски трубы за пределами емкости, чтобы иметь возможность подсоединить змеевик с испарителем и компрессором.

Шаг №2: Подготовка корпуса

Для установки змеевика бак необходимо разрезать. Сверху и снизу понадобиться создать отверстия для выходов медной проволоки, а также вырезать дополнительные отсеки для установки 2-х штуцеров, один из которых предназначен для выхода воды, а другой – для ее входа. После проделанных процедур бак необходимо герметизировать.

Теплообменник-компрессор можно приобрести отдельно в виде готовой конструкции. С помощью устройства заводской сборки можно увеличить мощность и КПД установки.

Соединение внешнего блока с испарителем

Для соединения наружного блока и испарителя потребуется проведение 2 полиэтиленовых труб ПНД 32. Через одну трубу воздух будет проходить, через другую – выходить.

Трубы можно закопать в землю, предварительно досыпав в ров любой песчаный материал, или оставить на поверхности, если наружный корпус располагается недалеко от дома.

Соединение испарителя, компрессора и бака

В этой системе циркулирует фреон. Для присоединения змеевиков с компрессором и дросселем, необходимо обратиться к специалистам по холодильной технике. Человеку, не имеющего опыта в паяльных работах, даже при наличии инструментов и материалов сложно будет грамотно соединить все элементы в одну систему, чтобы обеспечить работу конструкции.

Более того, потребуется много дополнительных материалов – трубок разных диаметров, различных модификаций сливных кранов, клапанов для травления воздуха, предохранительных клапанов, а также клипс для труб, хомутов, труборезов для нарезки участков трубопровода.

Нужны будут и другие специализированные устройства, которые есть в наличие в любой мастерской по ремонту холодильников и кондиционеров.

Качественная закачка фреона также осуществляется с использованием специального оборудования. Поэтому для объединения теплообменников, компрессора и дросселя в рабочую систему удобнее и выгоднее обратиться к профессионалам.

Внедрение систем управления установкой

Для слежения за давлением и температурой фреона можно использовать плату с дисплеем из-под любого кондиционера. В процессе паяльных работ с помощью специалистов конструкцию можно грамотно внедрить в установку.

Также возможно подключить специальное устройство – датчик вращения вентилятора. Он регулирует скорость вращения лопастей, а также автоматизирует обороты циркуляционного насоса фреона.

Дополнительно можно установить таймер, электропускатель , устройство, защищающее компрессор от перегрева. Все эти детали можно приобрести в ремонтных мастерских или на рынке запчастей.

Расчет мощности теплового насоса воздух-вода

Для обогрева помещения с площадью от 100 кв. м потребуется тепловой насос большей мощности. Вычислить необходимую мощность установки можно приблизительно, используя таблицу:

Чтобы определить, какая мощность должна быть у компрессора, трубы каких диаметров следует использовать и другие важные данные при конструировании теплового насоса воздух-вода, необходимо обратиться к одному из способов:

  • Воспользоваться онлайн-калькуляторами, размещенными на сайтах производителей теплообменников.
  • Применить программное обеспечение CoolPack 1,46, Copeland .
  • Пригласить специалиста, который произведет необходимые измерения и расчеты.

Площадь змеевика-конденсатора ( ПЗК ) можно вычислить по формуле:

ПЗК = М/0,8ДТ,

где М — мощность установки в кВт; 0,8 — коэффициент теплопроводности при контакте воды и меди; ДТ — разность температуры между поступающим и выходящим воздухом в системе.

Параметры теплового насоса, приведенные выше, подойдут для помещения до 100 кв. метров. Мощность установки – 5 кВт. Если приобретать специальные теплообменники, то вполне возможно увеличить мощность установки до 10-15 кВт.

Обслуживание самодельной установки

Для качественной работы тепловой насос нуждается в дополнительном обслуживании. Если использовать устройство зимой (учитывая, что в корпусе не установлен дополнительный обогрев), то периодически блок придется отогревать, поскольку на его поверхности будет образовываться ледяная корка.

Также необходимо периодически:

  • Очищать лопасти вентилятора от мусора – листьев, пыли, грязи, снега и т.д.
  • Производить смазку компрессора согласно инструкции к нему.
  • Менять масло в компрессоре и вентиляторе.

Кроме того, для нормального функционирования системы необходимо регулярно Проверять целостность медного трубопровода, силового кабеля, питающего компрессор, вентилятор и другие устройства.

Выводы и полезное видео по теме

С принципом действия и устройством теплового насоса, перерабатывающего энергию ветра, ознакомит следующий ролик:

Самодельный тепловой насос системы воздух-вода является одним из эффективных и недорогих устройств для дополнительного обогрева жилья. Изготовить и установить эту систему сможет любой желающий.

Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Возможно, у вас есть интересные сведения и фото по теме статьи? Задавайте вопросы, делитесь собственным мнением и полезными для посетителей сайта советами.

Как можно создать тепловой насос своими руками?

Могли бы вы подумать, что устройство, в основе которого лежит технология обычного холодильника сможет выполнять качественное отопление не только бассейна, но и всего дома? Всё это выполняет обычный тепловой насос, который, более того, можно самостоятельно изготовить в домашних условиях.

Читайте также:
Современные жалюзи и шторы на кухню

Самодельный тепловой насос Френетта

Если вы поймете принципы его работы и особенности конструкции, то сможете справиться с его созданием самостоятельно. Что очень полезно и удобно для обустройства своего жизненного пространства.

1 Принцип работы

Технология, лежащая в основе теплового насоса, по сути своей, мало чем отличается от технологии функционирования обычного холодильника. Как вы знаете, холодильник, для обеспечения низкой температуры выкачивает тепло из камер, и передает его наружу, через радиаторы.

На этом же принципе основывается и технология теплового насоса: для отопления помещений он «выкачивает» тепло из земли, или воды, перерабатывает его и отдает в систему отопления дома, теплицы либо бассейна.

Хладагент (фреон, либо аммиак), циркулирует по системе, состоящей из внутреннего и внешнего контура. Внешний контур расположен в среде забора тепла. В качестве такой среды может выступать воздух, земля, либо вода.

По сути, любая естественная среда обладает достаточным количеством рассеянной тепловой энергии, которая собирается хладагентом, и передается в систему для переработки. Для начала процессов необходимо, чтобы теплообменник повысил свою температуру на 4-5 градусов. Это очень важный момент, так как теплообменник напрямую влияет на все условия вокруг.

Далее, из внешнего контура нагретый хладагент попадает во внутренний контур. Первый блок – испаритель, трансформирует теплообменник из жидкого состояния в форму газа. Это возможно благодаря тому, что фреон, при невысоком давлении внешней среды, обладает очень низкой температурой кипения.

Далее, из испарителя фреон в газообразной форме попадает в компрессор, где газ сжимается, вследствие чего резко повышается его температура. После этого газ попадает в третий блок – конденсатор. В нём газ отдает свою температуру воде — теплоносителю системы отопления дома, после охлаждения он обратно принимает жидкую форму, и выполняется повторная циркуляция.

Главной характеристикой продуктивности теплового насоса для отопления выступает коэффициент преобразования, который зависит от соотношения тепловой мощности, выдаваемой насосом, к количеству потребляемой тепловой энергии.

Схема действия стандартного теплового насоса

1.1 Как устроен тепловой насос?

Конструкция классических тепловых насосов делится на два основных контура – внешний и внутренний. Очень важную роль в них играет теплообменник, как основной провоцирующий фактор. Внешний контур состоит из труб, по которым циркулирует теплообменник (хладагент).

Такой контур может иметь разные способы реализации и расположения, однако он всегда выполняет только одну функцию – выполнять циркуляцию хладагента в среде забора тепла, и перемещать теплообменник к компрессору. Трубы внешнего контура выполняются из пластика, или других материалов с высокой теплопроводностью.

Внешний контур – сам насос, состоит из конденсатора, компрессора, испарителя и редукционного клапана.

Кроме этого, выделяют гидродинамический ТН, конструкция которого отличается от обычного теплового насоса для отопления. Гидродинамический насос состоит из силового агрегата (двигателя), теплогенератора, и соединительной муфты, которая передает произведенную приводом энергию на генератор, где происходит нагрев рабочей жидкости для отопления.
к меню ↑

1.2 Виды агрегатов и их отличия

В зависимости от вида среды, в которой тепловой насос черпает энергию, выделяют такие виды ТН:

Воздушный тепловой насос является самым бюджетным вариантом альтернативного отопления, он может быть обустроен своими руками, так как для его функционирования нет необходимости обустраивать сложную систему внешнего контура.

Стандартная схема подключения теплового насоса бытового назначения

Однако воздушный насос обладает одним существенным недостатком, который делает его использование в нашем климате неоправданным – с понижением температуры воздуха резко снижается его эффективность.

Если для отопления бассейна вы хотите сделать тепловой насос своими руками, насос типа воздух-вода– лучший вариант. Причем для бассейна такой вариант будет предпочтительным, так как с ним достаточно просто работать и он чрезвычайно практичен.

Внешний контур для забора тепла расположен в незамерзающем водоеме – искусственном, либо естественном. По уровню теплоотдачи вода является наиболее эффективной средой. На практике, использование поверхностных водоемов неоправданно, так как они замерзают в холодное время года.

Максимальная стабильность и эффективность отопления тепловым насосом достигается при использовании грунтовых вод. Для этого создаются специальные скважины, в которых размещается внешний контур системы.

Несмотря на то, что данная технология отопления является наиболее трудоемкой, её использование имеет смысл, так как температура грунтовых вод не подвергается существенным изменениям в разное время года. Оптимальный вариант для отопления бассейна либо небольших жилых помещений.

Для забора тепла используется грунт, что обуславливает необходимость создания коллекторов (для горизонтального размещения труб внешнего контура), либо неглубоких скважин (для вертикального размещения — 1 погонный метр скважины дает 40-60 Ватт тепла).

Используется такой вариант повсеместно – от прогрева бассейна, до отопления всего дома. Название «рассол» технология получила от того, что в трубы заливается специальная незамерзающая жидкость.

Процесс сборки самодельного теплового насоса из медных туб и обмоток

Также существует тепловой насос Френетта – он работает по отличающейся технологии, и не с обычными тепловыми насосами не имеет ничего общего. Данный насос представляет собою две цилиндрические емкости – большую и меньшую, при этом, емкость с меньшими размерами размещается внутри большого сосуда.

Свободное пространство между ними заполнено маслом. Внешний цилиндр неподвижно зафиксирован, а внутренняя емкость подсоединена к валу привода, при работе которого, вследствие сил трения возникающих при вращательных движениях цилиндров, масло нагревается до очень высокой температуры и передается к радиаторам отопления.

Такой механизм обладает достаточно высокой эффективностью, и при этом, его можно без проблем изготовить своими руками.
к меню ↑

2 Как сделать и установить тепловой насос своими руками?

Тепловой насос своими руками изготовить вполне реально, однако для этого необходимо найти хороший компрессор.

Сделать это можно, заглянув к какому-то местному мастеру по ремонту бытовой техники, где распотрошив старый кондиционер, вы за небольшую сумму получите вполне качественный компрессор (их ресурс работы намного больше, чем среднестатистический срок жизни кондиционеров).

В качестве конденсатора можно использовать бак из нержавейки, ориентировочно на 100 литров. А для контура, по которому будет циркулировать теплообменник, отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.

Тепловой насос своими руками – этапы изготовления:

  1. С помощью уголка, либо L-образных кронштейнов крепим компрессор к стене в том месте, где будет размещаться тепловой насос.
  2. Далее, из медных трубок делаем змеевик – обматываем их вокруг цилиндра подходящей формы. Следите за тем, чтобы шаг намотки по всем змеевику был идентичен.
  3. Бак разрезается на две части, внутрь вставляется змеевик, после чего бак сваривается обратно. При этом в нём создается несколько резьбовых входных отверстий – сверху и снизу, через которые наружу выводятся крайние трубки змеевика.
  4. В качестве испарителя используем обычную пластиковую бочку, в которую заводятся трубы внутреннего контура (либо любую другую емкость, объем которой идентичен конденсаторному баку).
  5. Для транспортировки прогретой воды используются обычные ПВХ трубы.

Обмотка для самодельного теплового насоса из стали

Для заправки системы фреоном рекомендуется обратиться к специалисту.

Чтобы сделать тепловой насос Френетта своими руками нам необходимо обзавестись такими материалами:

  • Стальной цилиндр (диаметр выбирайте исходя из мощности насоса, которая необходима вам для отопления: чем больше рабочая поверхность – тем более эффективным будет устройство);
  • Стальные диски, с диаметром на 5-10% меньше, чем диаметр цилиндра;
  • Электродвигатель (лучше всего изначально подбирать привод с удлиненным валом, так как на него будут устанавливаться диски);
  • Теплообменник – любое техническое масло.

От количества оборотов, которое может выдать двигатель, будет зависеть температура, до которой насос Френетта сможет прогреть воду для отопления дома, либо бассейна. Чтобы вода в радиаторах прогрелась до 100 градусов необходимо, чтобы привод обеспечивал 7500—8000 оборотов/мин.

Вал силового агрегата на подшипниках размещаем внутри стального цилиндра. Место, где вал входит в цилиндр должно быть надежно уплотнено, поскольку наличие даже малейших вибраций быстро выводит механизм из строя.

На вал двигателя монтируются рабочие диски. Необходимое расстояние между ними можно задать, накручивая после каждого диска гайки. Количество дисков определяется в зависимости от длины цилиндра – они должны равномерно заполнять весь его объем.

В верхней и нижней части цилиндра просверливаем два отверстия: к верхнему будет подведены отопительные трубы, в которые будет подаваться масло, а к нижнему отверстию подсоединяется обратная труба для возврата использованного масла с радиаторов.

Вся конструкция закрепляется на металлической раме. После того как агрегат собран, цилиндр заполняется маслом, к нему подключаются патрубки отопительной магистрали и выполняется герметизация соединений.

Тепловой насос, созданный на производстве

Тепловой насос Френетта обладает очень высоким КПД, что позволяет его эффективно использовать в любых отопительных системах. Он может использоваться для обогрева любых хозяйственных помещений, гаражей, и жилых зданий. Кроме этого, за счет компактных размеров такой самодельный насос отлично подходит для прогрева бассейна, либо «теплого пола».

Но помните, что при прогреве бассейна и других крупных емкостей с водой необходим насос достаточной мощности, иначе вы просто будете использовать его не по назначению, и желаемых результатов не получите.
к меню ↑

2.1 Монтаж тепловых агрегатов

Особенности монтажа тепловых насосов зависят, в первую очередь, от способа размещения внешнего контура.

  1. Геотермальные тепловые насосы. Для вертикального способа монтажа создаются скважины глубиной от 50 до 100 метров, в которые опускается специальный зонд. Для горизонтальной укладки создается траншея на ту же длину либо котлован, в котором трубы укладываются параллельно друг другу. Трубы закладываются в грунт на глубину полутора метров.
  2. Насосы вода-вода: внешний контур укладывается на дне водоема, и выводятся к тепловому насосу.
  3. Воздух-вода: блок с трубами внешнего контура устанавливается на крыше или на стене здания (по внешнему виду его трудно отличить от наружной коробки кондиционера), и подводится к тепловому насосу внутри помещения.

Как сделать тепловой насос своими руками

Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы. Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.

Устройство и принцип работы

Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит.

Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС. Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.

Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:

  • компрессор;
  • теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
  • теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
  • расширительный (редукционный) клапан;
  • средства управления и автоматики;
  • магистрали из медных трубок.

В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель. После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое. Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:

Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.

Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:

  • питание компрессора;
  • вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
  • питание средств автоматики и контроля.

Получается, что при потреблении 1 кВт электричества действие теплового насоса может переместить в дом до 5 кВт тепловой энергии извне, отсюда и небылицы о КПД 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.

Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:

Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.

Тепловой насос вода-вода

Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса. Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:

Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.

Важно. Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и объема воды в пруде. Также существуют варианты погружения внешнего контура в проточную воду реки или канализационный септик.

Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.

Считается, что работа теплового насоса, добывающего тепло из грунта, — самая стабильная и эффективная. Но покупка и монтаж подобного оборудования очень дороги, а домашние мастера-умельцы редко прибегают к реализации этого варианта.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.

Необходимо отметить, что тепловой насос, придуманный и собранный своими руками, для подавляющего большинства рядовых пользователей останется недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению массу усилий и времени.

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы. В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:

Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата. По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:

Самодельный обогреватель из холодильника может функционировать до наружной температуры минус 5 ºС, не ниже.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

Тепловой насос типа воздух-вода: обзор технологии самостоятельного конструирования

Современный тепловой насос воздух вода — устройство исключительно полезное. Даже если температура наружного воздуха приближается к нулю, с его помощью можно успешно обогревать довольно большие помещения. Если тепловые насосы типа «земля-вода» или «вода-вода» проще монтировать в частном доме с просторным участком, то модель типа «воздух-вода» без проблем устанавливается в городских зданиях, как жилых, так и офисных.

Как работает данная система?

Окружающий нас мир полон энергии, нужно только собрать ее и правильно использовать. Для этого и предназначены тепловые насосы воздух вода. С их помощью можно собрать низкопотенциальную энергию из окружающей среды и преобразовать ее в высокопотенциальное тепло, способное обогреть жилище весьма эффективно. Специалисты называют этот процесс обратным принципом Карно, на основе которого работают холодильные установки.

С помощью мощного вентилятора снаружи забирается обычный воздух. Он контактирует с испарителем, внутри которого находится хладагент, циркулирующий по змеевику. Нагреваясь, хладагент испаряется и поступает в компрессор. Здесь он сжимается и нагревается до температуры около 75 градусов и под давлением поступает в конденсатор. Там хладагент конденсируется и переходит в жидкое состояние, отдавая тепло домовой отопительной системе. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где нагревается под действием наружного воздуха и т. д. Цикл «нагрев-испарение-сжатие-конденсация» повторяется снова и снова.

Внешний блок теплового насоса воздух-вода размещают на участке, выбирая для этого недалеко от дома место с хорошей циркуляцией воздуха

Тепловые насосы всех типов рекомендуется использовать в комплекте не с традиционными радиаторами, а с теми видами отопление, которые не требуют подогрева теплоносителя до высоких температур. К ним относят «теплый пол», воздушное отопление, радиаторы большой площади и т. п.

Преимущества и недостатки такого отопления

Современный тепловой насос типа воздух вода эффективен и позволяет заметно сэкономить на отоплении, поскольку:

  • воздух можно назвать самым доступным и дешевым возобновляемым ресурсом;
  • стоимость монтажа такого агрегата обойдется дешевле, чем установка других видов теплового насоса (грунт-вода, вода-вода и т. п.), а весь процесс осуществляется проще и быстрее ;
  • обогрев можно осуществлять даже при отрицательной температуре наружного воздуха;
  • устройство работает почти бесшумно;
  • обеспечивается эффективный воздухообмен внутри помещения;
  • управление установкой можно осуществлять в автоматическом режиме.

Действительно, при сооружении воздушного теплового насоса не нужно бурить скважины или проводить масштабную выемку грунта, не нужно сооружать теплообменник для наружного контура и т. д. Понадобятся два небольших канала, по которым воздух будет забираться, а затем возвращаться наружу. Для этого в земле укладывают два небольших утепленных трубопровода. Существуют и модели, не нуждающиеся в таких трубопроводах.

Для теплового насоса «воздух-вода» понадобится большой вентилятор, который будет подавать воздушные потоки к испарителю. Лопасти вентилятора должны быть закрыты решеткой

Недостатков у этой конструкции немного, однако их следует учитывать. Хотя и считается, что воздушный теплонасос может эффективно работать круглый год, все же лучше использовать его в местности с мягкой и теплой зимой. Не рекомендуется включать такой тепловой насос при температуре ниже -7 градусов. При этом КПД системы в зимнее время будет ниже, чем весной или осенью. Хотя производители утверждают, что промышленные модели тепловых насосов этого типа могут вполне успешно работать и при -25 по Цельсию. В местности с суровым климатом самым выгодным вариантом может оказаться сочетание теплового насоса и традиционного отопительного котла, который включается только при наступлении сильных холодов.

Разумеется, для работы любого теплового насоса необходима электроэнергия. На каждый затраченный киловатт электроэнергии устройство позволяет получить 3-4 кВт природной энергии. Поэтому в конечном счете использование теплового насоса для отопления экономически выгодно по сравнению с затратами на обогрев газом, дизельным, твердым топливом или на отопление с помощью электрического котла. Однако забывать о зависимости системы от наличия электроэнергии не стоит.

Алгоритм сборки самодельного агрегата

Почти все элементы воздушного теплового насоса можно изготовить самостоятельно. Компрессор рекомендуется снять с обычной сплит-системы. Как правило, такой прибор имеет подходящие характеристики и работает достаточно бесшумно. Помимо компрессора понадобится ряд материалов:

  • металлический бак из нержавейки, объемом 100 л или более;
  • пластиковая бочка с широкой горловиной;
  • трубы из меди различного диаметра (толщина стенок трубы — не менее 1 мм);
  • набор муфт и переходников;
  • электроды;
  • сливной кран;
  • отвоздушиватель ДУ-15;
  • предохранительный клапан;
  • манометры;
  • устройства для автоматического управления;
  • кронштейны для крепления элементов системы;
  • фреон и др.

Обратите внимание! При включении компрессора потребуется достаточно большой ток, поэтому рекомендованная расчетная нагрузка электросчетчика в доме должна быть не менее 40А.

Чтобы сделать воздушный тепловой насос, необходимо:

  1. Запастись подходящим компрессором и кронштейнами для его монтажа на стену. Чтобы сделать тепловой насос мощностью 9кВт, понадобится компрессор на 7,2 кВт.
  2. Изготовить из медной трубки змеевик, равномерно намотав трубу вокруг баллона нужного диаметра.
  3. Для изготовления конденсатора разрезать пополам стальной бак на 100 литров, вставить внутрь медный змеевик.
  4. Заварить бак и установить резьбовые соединения. Для установки готового конденсатора также понадобятся кронштейны.
  5. Разрезать пластиковую бочку, чтобы сделать испаритель.
  6. Вставить в испаритель медный змеевик из трубы на ¾ дюйма.
  7. Для монтажа испарителя на стену нужен еще один набор L-образных кронштейнов.
  8. Соединить элементы в общую систему.
  9. Пригласить мастера по холодильному оборудованию, который проверит качество сборки и закачает в систему хладагент.

После этого необходимо обеспечить забор наружного воздуха и его сброс для контакта с испарителем, а также подключить устройство к системе отопления дома.

Чтобы сделать змеевик из медной трубки для теплового насоса «воздух-вода», можно взять баллон подходящего диаметра из-под фреона или газа и аккуратно намотать трубку на него

Компрессор для теплового насоса «воздух-вода» можно снять со сплит-системы, удостоверившись, что у него достаточная мощность. Для изготовления конденсатора подойдет металлический бак

Основные принципы работы воздушного теплового насоса представлены в видеоматериале на примере промышленной модели:

Обратите внимание, что если принято решение использовать тепловой насос параллельно с отопительным котлом, рекомендуется при подключении использовать байпас.

Несколько слов о расчетах мощности

Перед началом работ по созданию насоса, следует определиться с его мощностью. Не стоит делать агрегат «с запасом», поскольку это повлечет совсем не нужные материальные расходы. Недостаток мощности скажется на эффективности работы системы, в этом случае в доме будет слишком холодно.

Специалисты для подробных расчетов мощности теплового насоса используют специальные программы, которые позволяют определить и другие параметры, например, площадь медного змеевика и т. п. Народные умельцы поступают проще — используют он-лайн калькуляторы, которые установлены на некоторых профильных сайтах. В специальные поля следует ввести данные о:

  • регионе, в котором находится помещение;
  • общей площади частного дома;
  • высоте потолков в комнатах;
  • степени утепления здания.

На основании этих данных программа выдаст расчетную мощность теплового насоса. Разумеется, чем лучше утеплено здание, тем меньше тепла понадобится для его обогрева, поэтому решить проблему теплоизоляции рекомендуется еще до начала монтажа. Для вас же мы приводим ориентировочные данные для общего ознакомления.

Ориентировочная зависимость необходимой теплопроизводительности ТН от площади дома с хорошими теплоизоляционными свойствами

Площадь, м. кв. 100 150 200 250 300 350
Мощность ТН кВт. 5,0 8,0 12,0 16,0 21,0 28,0

Технология правильного обслуживания

Работа тепловых насосов регулируется автоматически, поэтому никакого особого ежедневного ухода эта система не требует. Все же рекомендуется периодически, хотя бы раз в год, осматривать все элементы системы, чтобы выявить возможные неполадки и предотвратить их. Владельцу теплового насоса следует:

  1. Проверять состояние всех имеющихся фильтров и прочищать их.
  2. Контролировать температуру масла в компрессоре (оно должно быть теплым).
  3. Удалять мусор, попавший в наружный теплообменник.
  4. Удалять пыль и грязь с температурных датчиков.
  5. Проверять состояние проводки и линии подключения.
  6. Осматривать шланги, трубы и места их соединений, выявляя протечки.
  7. При необходимости смазывать соответствующие точки двигателя и вентилятора.

Обычно компрессор снабжен системой подогрева масла. Перед запуском насоса следует на несколько часов оставить его включенным, чтобы масло успело прогреться. Без этой предосторожности оборудование может очень быстро выйти из строя.

Тепловой насос воздух вода: схемы устройства и сооружение

В связи с регулярным повышением стоимости теплоносителей востребованными становятся альтернативные методы отопления. К примеру, практичный тепловой насос воздух вода, использующий для обогрева энергию воздуха. Установка не требует дорогостоящих расходных материалов, удобна в эксплуатации, безопасна.

В связи с немалой ценой заводской сборки агрегата у многих возникает интерес соорудить эту систему самостоятельно.

  • Особенности тепловой системы воздух-вода
    • Специфика применения и работы
    • Принцип действия системы
  • Сооружение теплового насоса воздух-вода
    • Сборка наружного блока
    • Блок с теплообменником-испарителем
    • Правила установки компрессора
    • Конструирование накопительной емкости (конденсатора)
    • Соединение внешнего блока с испарителем
    • Соединение испарителя, компрессора и бака
    • Внедрение систем управления установкой
    • Расчет мощности теплового насоса воздух-вода
    • Обслуживание самодельной установки
  • Выводы и полезное видео по теме

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:

  • экономит электричество;
  • для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
  • если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.

Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.

Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование не целесообразно.

Специфика применения и работы

Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.

Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха. Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа. Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов. Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений и др.

Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева. Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.

Принцип действия системы

Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом. Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.

Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ . В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии. Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.

Сооружение теплового насоса воздух-вода

Система теплового насоса состоит из четырех основных элементов:

  • наружного блока;
  • емкости теплообменника-испарителя;
  • блока для компрессора;
  • накопительной емкости (конденсатора).

Рассмотрим особенности конструирования каждого из блоков.

Сборка наружного блока

Для создания внешнего блока понадобится:

  • Корпус. Традиционно подходит блок из-под сплит-системы, стиральной машины, другой габаритной техники, иногда сооружают самостоятельно путем приваривания металлических элементов. Важно после сборки обработать металл антикоррозийной краской порошкового типа.
  • Вентилятор. Изделие можно позаимствовать из старой рабочей системы кондиционирования или приобрести отдельно.

Модель вентилятора должна обладать широкими пластиковыми лопастями и, желательно, с отсоединяемым мотором, чтобы предоставилась возможность подключить его к датчику.

В наружный блок можно установить испаритель и вспомогательные элементы для его работы, но целесообразнее эти детали поместить в отдельный корпус.

Устанавливают наружный блок на расстоянии 2-10 м от дома. Важно построить под него фундамент и поставить навес, чтобы защитить конструкцию от осадков. Также необходимо закрепить решетку перед вентилятором, чтобы избежать попадания грязи, мусора, листьев в лопасти вентилятора и трубы. Дополнительно желательно установить обогреватели, защищающие боковины и панели от обледенения. В этом случае дополнительное прогревание корпуса не понадобится.

Место для установки блока должно быть хорошо вентилируемым, находиться в отдалении от источников открытого огня.

Блок с теплообменником-испарителем

Испаритель можно приобрести в готовом виде, воспользовавшись услугами поставщиков в сети, или создать самостоятельно. Для этого понадобиться 80-литровый бак и медная проволока диаметром 10 мм и толщиной не менее 1 мм. Длина высчитывается индивидуально с учетом требуемой мощности. Для устройства 5 кВт можно взять 10 м. В испарителе будет происходить нагрев и циркуляция фреона, а также контакт с воздухом.

Для создания теплообменника нужно сконструировать змеевик. Для этого проволоку обматывают вокруг толстостенной трубы с диаметром, не превышающим ширину бака. Важно оставить срезы, выступающие за высоту корпуса. Они понадобятся для соединения змеевика с другими элементами системы – компрессором и накопительным баком.

В корпус врезают 2 штуцера для подсоединения трубопроводов, создают два разъема для выхода проволоки. Соединения герметизируют.

Крепят готовую конструкцию с помощью L-образных кронштейнов.

Рекомендуется дополнительно установить на испаритель реле оттаивания, поскольку в баке будет происходить циркуляция воздуха, температура которого отрицательная. В этом случае конденсат, скапливающийся в системе, может привести к обледенению испарителя. Также, чтобы исключить образования влаги, можно внедрить в систему фильтр-осушитель.

Правила установки компрессора

Для установки компрессора потребуется отдельный корпус со звуко- и виброизоляцией, поскольку практически все модификации устройства шумят во время работы.

Компрессор можно взять б/у из-под холодильника, кондиционера или приобрести новую модель.

Для тепловых насосов подойдут следующие виды компрессоров:

  1. Роторные компрессоры являются самыми недорогими, но обладают рядом недостатков – шумят, обладают малой эффективностью и служат 8-10 лет.
  2. Спиральные модификации устанавливают во все современные модели кондиционеров, холодильников. Они долговечны (15-20 лет), бесшумные, эффективные, но отличаются высокой стоимостью.
  3. Поршневые модели преимущественно устанавливают на промышленные холодильники. Изделия обладают хорошим КПД, долговечные (15-20 лет), но крайне шумные и дорогие.

Для теплового насоса необходимо подобрать компрессор однофазной модификации. Перед покупкой важно узнать, с каким видом фреона работает устройство. Желательно приобрести модель, работающую на R22, лучше на R422. С хладагентом данного вида работать проще, чем с любым другим видом фреона.

Компрессор подсоединяют трубками к блоку испарителя и конденсатора. Благодаря устройству фреон увеличивает свою температуру.

Конструирование накопительной емкости (конденсатора)

Для изготовления конденсатора понадобиться корпус из-под 100-литрового бойлера или любой другой нержавеющий бак такого же объема. Также необходим змеевик, выполненный из медной трубки. На насос мощностью 5 кВт можно взять 12-метровую проволоку. По трубке змеевика будет проходить горячий фреон, благодаря чему происходит нагревание воды.

Шаг №1: Создание змеевика

Для изготовления змеевика понадобиться медная проволока диаметром не меньше 26 мм и толщиной стенки от 1 мм. Ее необходимо намотать на трубу, имеющую меньшее поперечное сечение, чем у бака. Высота спирали должна совпадать с высотой корпуса. Важно оставить выпуски трубы за пределами емкости, чтобы иметь возможность подсоединить змеевик с испарителем и компрессором.

Шаг №2: Подготовка корпуса

Для установки змеевика бак необходимо разрезать. Сверху и снизу понадобиться создать отверстия для выходов медной проволоки, а также вырезать дополнительные отсеки для установки 2-х штуцеров, один из которых предназначен для выхода воды, а другой – для ее входа. После проделанных процедур бак необходимо герметизировать.

Теплообменник-компрессор можно приобрести отдельно в виде готовой конструкции. С помощью устройства заводской сборки можно увеличить мощность и КПД установки.

Соединение внешнего блока с испарителем

Для соединения наружного блока и испарителя потребуется проведение 2 полиэтиленовых труб ПНД 32. Через одну трубу воздух будет проходить, через другую – выходить.

Трубы можно закопать в землю, предварительно досыпав в ров любой песчаный материал, или оставить на поверхности, если наружный корпус располагается недалеко от дома.

Соединение испарителя, компрессора и бака

В этой системе циркулирует фреон. Для присоединения змеевиков с компрессором и дросселем, необходимо обратиться к специалистам по холодильной технике. Человеку, не имеющего опыта в паяльных работах, даже при наличии инструментов и материалов сложно будет грамотно соединить все элементы в одну систему, чтобы обеспечить работу конструкции.

Более того, потребуется много дополнительных материалов — трубок разных диаметров, различных модификаций сливных кранов, клапанов для травления воздуха, предохранительных клапанов, а также клипс для труб, хомутов, труборезов разного диаметра и других специализированных устройств, которые есть в наличие в любой мастерской по ремонту холодильников и кондиционеров.

Качественная закачка фреона также осуществляется с использованием специального оборудования. Поэтому для объединения теплообменников, компрессора и дросселя в рабочую систему удобнее и выгоднее обратиться к профессионалам.

Внедрение систем управления установкой

Для слежения за давлением и температурой фреона можно использовать плату с дисплеем из-под любого кондиционера. В процессе паяльных работ с помощью специалистов конструкцию можно грамотно внедрить в установку.

Также возможно подключить специальное устройство – датчик вращения вентилятора. Он регулирует скорость вращения лопастей, а также автоматизирует обороты циркуляционного насоса фреона.

Дополнительно можно установить таймер, электропускатель , устройство, защищающее компрессор от перегрева. Все эти детали можно приобрести в ремонтных мастерских или на рынке запчастей.

Расчет мощности теплового насоса воздух-вода

Для обогрева помещения с площадью от 100 кв. м потребуется тепловой насос большей мощности. Вычислить необходимую мощность установки можно приблизительно, используя таблицу:

Чтобы определить, какая мощность должна быть у компрессора, трубы каких диаметров следует использовать и другие важные данные при конструировании теплового насоса воздух-вода, необходимо обратиться к одному из способов:

  • Воспользоваться онлайн-калькуляторами, размещенными на сайтах производителей теплообменников.
  • Применить программное обеспечение CoolPack 1,46, Copeland .
  • Пригласить специалиста, который произведет необходимые измерения и расчеты.

Площадь змеевика-конденсатора ( ПЗК ) можно вычислить по формуле:

ПЗК = М/0,8ДТ,

где М — мощность установки в кВт; 0,8 — коэффициент теплопроводности при контакте воды и меди; ДТ — разность температуры между поступающим и выходящим воздухом в системе.

Параметры теплового насоса, приведенные выше, подойдут для помещения до 100 кв. метров. Мощность установки — 5 кВт.

Если приобретать специальные теплообменники, то вполне возможно увеличить мощность установки до 10-15 кВт.

Обслуживание самодельной установки

Для качественной работы тепловой насос нуждается в дополнительном обслуживании. Если использовать устройство зимой (учитывая, что в корпусе не установлен дополнительный обогрев), то периодически блок придется отогревать, поскольку на его поверхности будет образовываться ледяная корка.

Также необходимо периодически:

  • Очищать лопасти вентилятора от мусора – листьев, пыли, грязи, снега и т.д.
  • Производить смазку компрессора согласно инструкции к нему.
  • Менять масло в компрессоре и вентиляторе.

Кроме того, для нормального функционирования системы необходимо регулярно Проверять целостность медного трубопровода, силового кабеля, питающего компрессор, вентилятор и другие устройства.

Выводы и полезное видео по теме

С принципом действия и устройством теплового насоса, перерабатывающего энергию ветра, ознакомит следующий ролик:

Самодельный тепловой насос системы воздух-вода является одним из эффективных и недорогих устройств для дополнительного обогрева жилья. Изготовить и установить эту систему сможет любой желающий.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип действия, разновидности агрегатов и инструкция по изготовлению

Выгода от использования системы отопления на базе теплового насоса (ТН) вполне очевидна. Однако, широкого применения данный способ обогрева жилища у нас пока не получил, главным образом – из-за дороговизны оборудования.

Проблемой заинтересовались народные умельцы. Кое-кто из них решил не отказываться от столь прогрессивной идеи и придумал, как соорудить тепловой насос для отопления дома своими руками.

Принцип действия

Название «тепловой насос» характеризует работу данного устройства максимально точно.

Действительно, этот агрегат цикл за циклом как бы выкачивает тепловую энергию, причем извлекаться она может из довольно холодной по нашим меркам среды, которая называется низкопотенциальным источником.

Под этим термином обычно подразумевают грунт на глубине более 2-х метров, прохладный зимний воздух и даже укрытый ледяной коркой водоем.

Рассмотрим работу этого технического чуда поэтапно:

  1. В среду-источник помещается контур из труб, по которому циркулирует антифриз или раствор соли. За время обхода контура теплоносителю сообщается температура примерно в +5 – +7 градусов.
  2. Далее теплоноситель поступает к испарителю ТН, в котором находится особое вещество – хладагент. Чаще всего в этом качестве выступает фреон. За счет теплообмена хладагент нагревается до тех же +5 – +7 градусов. При этом он переходит в газообразное состояние, поскольку закипает при температуре около -10 градусов.
  3. Теперь происходит самое интересное: хладагент перекачивается компрессором в конденсатор, где сжимается под большим давлением, вследствие чего его температура увеличивается до 70 – 80 градусов. Конденсатор омывается водой, циркулирующей в отопительной системе. Она нагревается, а затем передает тепловую энергию радиаторам.
  4. Через редукционный клапан хладагент порциями сбрасывается в испаритель, где он расширяется и остывает. При этом его температура становится ниже исходных 5-ти градусов, ведь часть внутренней энергии была передана рабочей среде отопительного контура на предыдущем этапе. Снова происходит нагрев от контакта с рассолом, испарение, закачка компрессором в конденсатор – и так по кругу.

Принцип действия теплового насоса

Разновидности

Когда говорят о видах ТН, указывают среду-источник и среду-получатель, посредством которой осуществляется отопление дома. Таким образом, выделяют следующие разновидности этих устройств:

  1. ТН типа «грунт — вода»: в этом варианте средой-источником является грунт. Трубопровод с циркулирующим по нему рассолом или антифризом можно расположить горизонтально от 2-х до 5-ти метров ниже уровня земли (потребуется участок большой площади) – либо вертикально – в скважине глубиной 150 – 200 м. Потребителем выкачиваемой тепловой энергии выступает рабочая среда водяной системы отопления.
  2. ТН типа «вода — вода»: в данном случае трубы внешнего контура погружаются не в грунт, а в расположенный поблизости водоем (если, конечно, таковой имеется в наличии). Важно, чтобы водоем даже в самый сильный мороз не промерзал на всю глубину. Разумеется, погрузить наружный контур в воду гораздо проще, чем закапывать в грунт, поэтому при наличии водоема данный вариант является наиболее предпочтительным.
  3. ТН типа «воздух — вода»: ТН с самым простым устройством, но и наименее производительный. Наружного контура попросту нет, испаритель закреплен на стене снаружи дома и обдувается вентилятором. Тогда как температура в грунте и воде не снижается за пределы +5 градусов, воздух может охлаждаться и до -30, поэтому ТН типа «воздух — вода» или «воздух — воздух» (обогрев дома осуществляется по принципу тепловентилятора) работает эффективно далеко не всегда.

Достоинства и недостатки технологии

Важнейшими преимуществами ТН являются:

  1. Экономичность: на каждый киловатт потребленной электроэнергии ТН выдает на-гора от 3 до 5 кВт тепла. То есть речь идет о практически дармовом отоплении.
  2. Экологичность и безопасность: работа ТН не связана с образованием и выбросом в атмосферу каких-либо опасных для экологии веществ, а отсутствие пламени делает эту технологию абсолютно безопасной.
  3. Простота эксплуатации: в отличие от газовых и твердотопливных котлов ТН не нужно чистить от сажи и копоти. Так же не придется сооружать и обслуживать дымоход.

Существенный недостаток данной технологии – высокая стоимость оборудования и монтажных работ.

Приведем простой расчет. Для дома площадью 120 кв. м понадобится ТН производительностью 120х0,1 = 12 кВт (из расчета 100 Вт на 1 кв. м). Модель Diplomat от компании Thermia с такой производительностью стоит около 6,8 тыс. евро. Несколько дешевле обойдется модель DUO того же производителя, но и ее стоимость нельзя назвать демократичной: около 5,9 тыс. евро.

Тепловой насос Thermia Diplomat

Даже если сравнивать с самым дорогим видом традиционного отопления – электрическим (по 4 руб. за 1 кВт*ч, 3 месяца – работа с полной загрузкой, 3 месяца – с половинной), окупаемость займет более 4-х лет, и это без учета стоимости монтажа наружного контура. На деле же ТН не всегда работает с расчетной производительностью, соответственно, и срок окупаемости может оказаться более продолжительным.

Покрытый толстым слоем льда пруд — отличный источник для бесплатного отопления. Геотермальное отопление: принцип работы, достоинства и недостатки, способы размещения внешнего контура.

Схему обвязки котла отопления вы найдете здесь.

Печь на отработанном топливе — отличный вариант для экономичного отопления помещения. Здесь https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/pechi/na-otrabotannom-masle-svoimi-rukami.html вы найдете пошаговую инструкцию по изготовлению такого устройства своими руками.

Делаем тепловой насос своими силами

В общих чертах инструкция по изготовлению тепловых насосов для отопления своими руками имеет следующий вид:

  • приобретается компрессор;
  • изготавливаются конденсатор и испаритель;
  • устанавливается регулирующий клапан и производится заправка ТН фреоном.

Приобретение компрессора (можно б/у)

Компрессор следует выбирать спиральный, а не поршневой компрессор, так как он имеет более высокий КПД и отличается большей долговечностью.

Шумит он тоже меньше, что немаловажно, ведь агрегат будет находиться внутри дома.

В самодельном ТН вместо одного мощного компрессора можно установить несколько маломощных, которые будут включаться в работу один за другим.

Преимущество такого варианта – снижение величины пусковых токов в сравнении со схемой, включающей один компрессор. «Сердце» ТН следует закрепить на стене с помощью кронштейнов.

Изготовление конденсатора

Конденсатор изготавливается в виде змеевика из медной трубы. Ее диаметр и длина подбираются таким образом,чтобы площадь поверхности соответствовала значению:

S = P / 0.8 x dT

Здесь:

  • S, кв. м – площадь поверхности конденсатора (медного змеевика);
  • P, кВт – мощность по тепловыделению;
  • 0,8 – стандартный коэффициент теплопроводности для меди;
  • dT, градусы – разность температур теплоносителя отопительной системы на входе и выходе в теплообменник.

Для придания змеевику правильной формы медную трубу можно оборачивать вокруг газового баллона. Ее стенка должна быть не тоньше 1-го мм, иначе при сгибании она будет заминаться.

Конденсатор располагают так, чтобы фреон поступал в него сверху.

Испаритель рассчитывают и изготавливают совершенно аналогично. Фреон в него должен поступать снизу.

Наиболее эффективными являются покупные пластинчатые теплообменники, но стоят они довольно дорого: около 400 евро. Предлагается установить испаритель и конденсатор в обычных баках, каждый из которых подключен к соответствующему контуру. Емкость бака для конденсатора составляет примерно 120 л, для испарителя понадобится меньший объем – около 70 л. Правда, змеевик испарителя может оказаться слишком большим, в этом случае для него также можно взять бак объемом 120 л.

Все привылки, что электрическое отопление стоит очень дешево, поэтому оно не пользуется большой популярностью. На самом деле отопление дома электричеством дешево можно организовать при помощи многотарифных счетчиков и накопительных емкостей. Как это делается, читайте на нашем сайте.

Подробную систему расчета мощности котла отопления вы найдете в этой теме.

Завершающий этап

Завершающий этап – монтаж терморегулирующего клапана и заправка ТН фреоном R22 или R422. Для этих операций придется приглашать специалиста с соответствующим оборудованием.

Схема устройства самодельного теплового насоса

Способы размещения наружного контура

Существует несколько вариантов размещения наружного контура:

  1. В грунте горизонтально: трубы укладываются «змейкой» с шагом около 1 м на глубине, превышающей глубину промерзания грунта. Длина контура определяется из расчета 20 – 30 Вт потребной тепловой мощности на 1 м.п. Устройство такого контура не потребует специальных навыков, но под него придется отвести довольно большой участок.
  2. В грунте вертикально: трубы наружного контура помещают в скважины глубиной до 200 м. В этом случае с 1-го м.п. удается получить уже 50 Вт тепла. Построить вертикальный контур самостоятельно невозможно, придется приглашать бурильщиков. Но у него есть и преимущество: уходя вглубь, вы сэкономите изрядную часть собственной территории.
  3. В водоеме: при наличии водоема – самый предпочтительный вариант, так как отпадает необходимость производства земляных работ. Трубы контура укладывают на дне спиралью и прижимают грузом. Производительность по теплу – около 30-40 Вт/м.п.
  4. На воздухе: в этом случае, как уже говорилось, наружный контур вовсе отсутствует. Испаритель необходимо закрепить на улице, установив рядом с ним вентилятор.

О бивалентных системах отопления

В этом случае можно соорудить бивалентную отопительную систему.

От моновалентной она отличается наличием нескольких принципиально разных источников тепла.

Так, например, тепловой насос можно совместить с солнечным коллектором или твердотопливным котлом.

Видео на тему

Как работают локальные очистные сооружения для частного дома

Для комфортной жизни в частном доме с кухней, несколькими санузлами и душевыми необходима надежная система сбора, фильтрации и переработки отходов, полученных в результате жизнедеятельности человека, которая бы не требовала частой откачки и затрат времени на частое обслуживание. Если дом не имеет возможности подключения к центральной канализации, то выходом в таком случае становятся локальные очистные сооружения. В этой статье речь пойдет о принципе работы автономной канализации частного дома и о том, какие преимущества и недостатки есть у такой системы.

Канализационную систему для частного дома можно разделить на три типа:

  • выгребная яма;
  • септик;
  • локальные очистные сооружения.

Выгребная яма это самый простой в установке и обслуживании тип канализации. Она предполагает слив сточных вод в герметичную ёмкость, в которой они хранятся и из которой периодически откачиваются ассенизаторской машиной. Для строительства выгребной ямы, как правило, используют железобетонные кольца, зарытые в грунт, и организуют доступ к яме посредством установки люка. Недостатками такой системы являются необходимость регулярной очистки емкости, а также появление неприятного запаха, от которого невозможно избавиться даже дезинфекцией.

Септик представляет собой большую емкость, состоящую из нескольких камер, сообщающихся между собой. В первой камере отходы проходят стадию первичной механической очистки – отстаивание, при котором твердые части оседают на дно, а очищенная от этих частей вода самотеком переходит во вторую камеру. Здесь происходит очистка биологическим способом — анаэробные бактерии перерабатывают органические соединения, находящиеся во взвешенном состоянии, в ил без доступа кислорода, дополнительно очищая воду.

Так как процесс очистки воды без доступа кислорода является не слишком эффективным, то на выходе вода имеет степень очистки примерно 80%. Даже для технических нужд такая вода непригодна. Для дальнейшей очистки септик предполагает использование фильтрационных колодцев или полей аэрации.

Плюсы такой канализации – автономность и независимость. Нет необходимости в подаче электроэнергии к септику, а вмешательство человека ограничивается очисткой системы в зависимости от интенсивности пользования. Но при фильтрации отходов в таких системах выделяется метан, для отведения которого устанавливают вентиляцию с выводом не ниже уровня крыш домов.

Третий тип – локальные очистная станция (ЛОС или локальные очистные сооружения). Такая установка максимально качественно очищает сточные воды со степенью очистки до 98%. Поговорим более подробно о том, как работает автономная канализация.

Принцип работы автономной канализации

Локальные очистные сооружения представляют собой комплекс емкостей, где стоки проходят несколько степеней очистки. Принципиально автономная канализация содержит в себе функции септика, в котором происходит механическая очистка стоков, и функции аэробной очистки, где аэробные бактерии эффективно перерабатывают мелкую взвесь в ил, максимально осветляя стоки. Рассмотрим подробно принцип действия ЛОС.

На первом этапе стоки из дома по канализационным трубам поступают в первую камеру автономной канализации, называемую приемной. Объем такой емкости в среднем составляет 3 кубометра. Здесь, как и в септике, происходит отстаивание крупных частиц, а также отделение жировых частиц при помощи специальных жироуловителей.

На следующем этапе вода самотеком поступает в следующую камеру, объемом, равным половине первой камеры. Данную емкость называют аэротенком, так как здесь происходит насыщение стоков кислородом. Происходит это при помощи воздушного компрессора, который через шланги нагнетает снизу в камеру воздух, насыщенный кислородом, одновременно перемешивая благодаря множеству пузырьков, поднимающихся вверх.

В этой же камере поселяют колонии бактерий, которые постепенно преобразуют мелкодисперсную взвесь в активный ил, поедая ее и превращая в достаточно большие хлопья, которые за счет своего веса могут оседать на дно. Высокая активность таких бактерий обусловлена постоянным притоком кислорода в аэротенк.

Вся эта смесь жидкости и перемешанного в ней активного ила постепенно перемещается самотеком в следующую емкость – вторичный отстойник, в котором ил оседает на специальный конусообразный уловитель, а затем перекачивается обратно в аэротенк. Очищенная вода, отделенная от ила, поступает на следующий этап очистки.

При накапливании в аэротенке предельного количества отработанного ила, система автоматически перекачивает его в специальный отстойник, из которого его извлекают и используют для хозяйственных нужд.

После вторичного отстойника, уже достаточно очищенная вода поступает в следующую емкость, вступая в контакт с хлоросодержащим препаратом. Здесь происходит окончательная дезинфекция стоков и их доочистка. На этом этапе вода очищается до 98%, начиная соответствовать санитарным нормам.

Удаление очищенной воды из автономной канализации может происходить несколькими способами:

  1. Перелив в специальный накопительный колодец, откуда вода будет откачиваться насосом или использоваться для хозяйственных нужд. Такой способ используется при высоком уровне залегания грунтовых вод или при нужде в технической воде для поливки огорода.
  2. Перелив в дренажный колодец, где вода будет уходить в грунт. Такой способ возможен при наличии на участке песчаной или суглинистой почвы. Плюсом здесь является отсутствие необходимости в откачке стоков.
  3. Организация поля аэрации. Такой способ так же применяется при низком уровне залегания грунтовых вод. Плюсом полей аэрации является дополнительное удобрение почвы в месте сброса очищенных вод.

Благодаря интенсивному процессу переработки, автономная канализация имеет наименьшие габариты по сравнению с обычными септиками, что говорит об удобстве ее монтажа на участке. Очищенную воду можно использовать для полива на участке, не опасаясь попадания каких-либо вредных веществ в почву, а переработанный ил является полезным удобрением, которое используют в саду и огороде, его можно вычерпать самостоятельно ведрами.

ЛОС – закрытая установка, в которой очистка проводится внутри камер и не требует непосредственного вмешательства человека. Чистка фильтрующих элементов и жироуловителя производится примерно раз в 6 месяцев, а профилактический визуальный осмотр камер осуществляется раз в месяц. Замена насосов может понадобиться по истечении нескольких лет эксплуатации.

Главный минус станции – необходимость бесперебойного электропитания. При длительном отсутствии электричества, некоторые фильтрующие элементы могут прийти в негодность.

Как выбрать автономную канализацию для дома

Для рационального выбора типа локальных очистных сооружений нужно учитывать ряд факторов: состояние и состав грунта, в который будет монтироваться канализация, грунтовые воды, форму и размеры участка, количество проживающих человек в доме, является жилище сезонным или постоянным.

Выбор между септиком и ЛОС будет обоснованным, если просчитать самые распространенные ситуации:

  1. Бюджет. Если он ограничен, то следует установить септик. Он дешевле и на его обслуживание потребуется меньше денежных средств.
  2. Грунтовые воды. Если их уровень на участке высокий, то установка септика становится невозможной, так как не будет возможности установки сооружений дополнительной очистки (оборудование фильтрационных колодцев и ям в этом случае будет затратным и потребует большого объема работ). Преимущество ЛОС очевидно – вода на выходе будет не опасна для окружающей среды.
  3. Подача электроэнергии. При частых отключениях и перебоях с электричеством установка автономной канализации не рекомендуется. При остановке системы могут выйти из строя фильтры и погибнуть бактерии. Заправка и починка такой системы – дорогостоящие процедуры. Можно установить резервный источник питания, но предпочтительнее в этом случае будет использовать канализацию на основе септика.
  4. Сезонное проживание. Если хозяева проживают в доме только часть года, то выбор падает в пользу септика. Долгие перерывы в работе могут негативно сказаться на работе локальных очистных сооружений, а работа электрических систем автономной канализации вхолостую приведет в лишним финансовым затратам.

Таким образом, автономная канализация является самым прогрессивным способом очистки сточных вод в частном доме. Единственным минусом является дороговизна оборудования. Стоит также помнить, что для работы ЛОС необходимо электричество, а при его отключении устройство будет работать как септик. Поэтому окончательный выбор, с учетом всех плюсов и минусов, остается за хозяином дома.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: