Тепловой насос воздух вода своими руками

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 своими руками

Хорошей альтернативой традиционному отоплению загородного дома, особенно если нет возможности подвести газ, может явиться тепловой насос. Действие такого насоса основано на использовании новейших научных разработок в области использования различных альтернативных источников энергии. Требуемое тепло получается извлечением из земли, воздуха и воды.

У нас в России тепловые насосы пока новинка, но в других развитых странах они выпускаются и успешно применяются уже более тридцати лет. На нашем рынке низкий спрос можно объяснить двумя основными причинами:

  • незнание населением принципов действия и свойств тепловых насосов из-за практически полного отсутствия сведений об этом в средствах массовой информации и печати;
  • высокой стоимостью тепловых насосов.

Перед тем как сделать тепловой насос своими руками, необходимо остановиться на двух моментах: что это за агрегат и каковы принципы работы такого насоса.

Тепловой насос — это машина, которая поглощая из окружающей среды (земля, воздух, вода) низко потенциальную тепловую энергию может передавать её в системы теплового снабжения в виде нагретого воздуха или воды. Рабочим телом для теплопередачи является фреон.

Читайте также  Скважины для тепловых насосов

Практически, тепловой насос — это холодильник с обратным действием, вместо холода вырабатывается тепло. Электроэнергия затрачивается только для перемещения фреона по внутреннему контуру насоса, поэтому затраты на неё относительно невелики.

Вся система работает при отоплении как котёл, а при охлаждении как кондиционер.

Принцип действия

  1. Фреон, имеющий низкую температуру кипения, при прохождении через испаритель переходит из своего жидкого состояния в газообразное. Данный процесс происходит при температуре около минус пяти градусов и низком давлении в системе.
  2. Из испарителя фреон в газообразном состоянии поступает в компрессор, в котором происходит его сжатие до создания высоких показателей давления и температуры.
  3. Потом горячий газ проходит во второй теплообменник, конденсатор, в котором осуществляется процесс теплообмена между теплоносителем из обратки отопления и горячим газом.

Обратите внимание! Выделяемое в летнее время тепло можно успешно использовать для подогрева бассейна.

Изготовление

Тепловой насос может быть изготовлен из имеющихся в хозяйстве деталей или путем приобретения дешёвых бывших в употреблении запасных частей. Порядок изготовления установки следующий:

  1. Приобретаем готовый компрессор в специализированных магазинах или используем компрессор от обычного кондиционера. Закрепляем его к стене, где будет располагаться наша установка. Надёжность крепления обеспечивается двумя кронштейнами L-300.
  2. Изготавливаем конденсатор. Для этого из нержавеющей стали бак с объемом около ста литров разрезаем пополам. Устанавливаем в бак змеевик из тонкой медной трубки с толщиной стенки не менее 1 мм. Для змеевика можно приобрести сантехническую трубку или применить медную трубку от старого холодильника. Змеевик изготавливаем следующим образом:
    1. на кислородный или газовый баллон наматывается медная трубка, важно выдержать небольшое расстояние между витками, которое должно быть одинаковым;
    2. для фиксации положения витков трубки берём два перфорированных алюминиевых уголка и прикрепляем их к змеевику таким образом, чтобы каждый виток нашей трубки был расположен напротив отверстия в уголке. Уголки обеспечат одинаковый шаг расположения витков и придадут геометрическую неизменяемость всей конструкции змеевика.
  3. После установки змеевика, половинки бака свариваем между собой, предварительно вварив необходимые резьбовые соединения.
  4. Изготавливаем испаритель. Берем обычную закрытую ёмкость из пластмассы объёмом 60 или 80 литров. В неё вмонтируем змеевик из трубки диаметром в ¾ дюйма и резьбовые соединения для труб слива и поступления воды (допускаются обычные водопроводные трубы). Готовый испаритель также закрепляем на стене при помощи L -кронштейнов необходимого размера.
  5. Приглашаем мастера для сборки системы, сварки медных трубок и закачки фреона. Не имея опыта работы с холодильным оборудованием, не надо пробовать выполнить эту работу самостоятельно. Это может привести к выходу из строя всей конструкции и чревато получением тяжёлых травм.

После готовности основной части нашей системы, необходимо выполнить её подсоединение к устройствам распределения и забора тепла.

Сборка установки забора тепла зависит от типа насоса и источника тепла.

Видео

В следующем видеоматериале подробно рассказано об особенностях тепловых насосов:

Подробнее об устройстве самодельного насоса в следующем ниже видео:

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

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

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

Сплит-система – уже готовый тепловой насос.

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

Как соорудить и произвести установку теплового насоса своими руками

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

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.

Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.

Свойства и устройство

Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.

  • не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
  • нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
  • нет необходимости дополнительных коммуникаций;
  • абсолютно пожаро — и взрывобезопасный;
  • полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
  • сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.

Применение

Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:

  • если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;
  • если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;
  • нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;
  • если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии. Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.

Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха. Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Схема работы прибора по пунктам:

  • носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
  • затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
  • во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
  • газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
  • горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
  • завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов — по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации. Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух. Все виды насосов основаны на одном принципе работы.

Классификация

Выделяют три группы устройств:

  • вода-вода;
  • грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);
  • используют воду и воздух.

Тепловой коллектор «грунт-вода»

Тепловой насос своими руками — самый распространенный и эффективный способ добычи энергии. На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».

Наружный контур геотермального насоса создают из пластиковых труб. Их вкапывают в грунт вертикально или горизонтально. В первом случае на один киловатт может понадобиться достаточно значительная площадь работ – 25–50 м2. Площадь нельзя использовать для посадочных работ — тут допускается только высадка однолетних цветущих растений.

Вертикальный коллектор энергии требует несколько скважин на 50–150 м. Такое устройство более эффективное, тепло передают специальные глубинные зонды.

«Вода-вода»

На большой глубине температура воды постоянная и стабильная. Источником низкопотенциальной энергии может служить открытый водоем, грунтовые воды (колодец, скважина), сточные воды. Принципиальных различий в конструкции для отопления такого типа с разными теплоносителями нет.

Устройство «вода-вода» наименее трудозатратное: достаточно оснастить трубы с носителем тепла грузом и поместить в воду, если это водоем. Для грунтовых вод потребуется более сложная конструкция и может возникнуть нужда в сооружении колодца под сброс воды, проходящей через обменник тепла.

«Воздух-вода»

Такой насос немного уступает двум первым и в холодное время его мощность снижается. Но он более универсальный: для него не нужно копать землю, создавать скважины. Нужно только установить необходимое оборудование, например, на крыше дома. Для этого не требуется сложных монтажных работ.

Основным преимуществом является возможность повторно использовать тепло, покидающее помещение. Зимой рекомендуют иметь еще один источник тепла, поскольку мощность такого обогревателя может значительно уменьшиться.

Этапы монтажа

Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.

Расходы, окупаемость, мощность

Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно — 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов — хватит и 30 Вт/м².

Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.

Процесс создания

Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).

Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше. Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой). Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.

В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.

Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.

Особенности для каждого вида

Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.

Для горизонтального аппарата типа «грунт-вода» нужно создать коллектор из системы труб. Его располагают ниже уровня промерзания (1–1,5 м) и выглядит он как своеобразный змеевик под землей. Снимается слой почвы, укладываются трубы и грунт засыпается обратно. Можно уложить трубы в отдельных траншеях.

Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.

Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.

Тепловой насос для отопления дома своими руками

В отличие от таких устройств альтернативной энергетики, как солнечная батарея и ветрогенератор, тепловой насос менее известен. И напрасно. Наиболее распространенная схема «грунт-вода» работает стабильно и не зависит от погоды или климатических особенностей. А изготовить его можно самостоятельно.

  • Немного теории
  • Где лучше «отбирать» тепло
  • Принципиальная схема
  • Изготовление испарителя и конденсатора
  • Монтаж схемы

Немного теории

Использовать природное тепло земли для обогрева жилья проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая редкость.

И в то же время тепловая энергия есть везде — надо только ее извлечь и заставить работать. Для этого и служит тепловой насос. Что он делает:

  • отбирает энергию у низкотемпературных природных источников;
  • аккумулирует ее, то есть поднимает температуру до высоких значений;
  • отдает ее теплоносителю системы отопления.

В принципе, используется стандартная схема компрессорного холодильника, но «наоборот». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:

  1. В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
  2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при этом его температура растет (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из большого объема с низкой температурой переход в малый объем с высокой температурой.
  3. Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
  4. После охлаждения фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока или терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде жидкости возвращается в испаритель.

Где лучше «отбирать» тепло

Принципиально есть три среды, из которых можно «отобрать» тепло:

1. Воздух. При нормальном давлении все типы фреонов закипают при отрицательных температурах (например, R22 — около -25 °C, R404 и R502 — около -30 °C). Но для циркуляции в системе надо создать избыточное давление уже на первой фазе — испарении. Те же 4 атмосферы в испарителе требуют, чтобы температура воздуха на улице была не ниже 0 °C для R22 и -5 °C для R404 и R502. В наших регионах этот тип теплового насоса можно использовать для отопления в межсезонье и для горячего водоснабжения в теплое время года.

2. Вода. Это более стабильный источник тепла, при условии, что водоем зимой не промерзает до дна. Но дом должен не просто находиться рядом с озером или рекой, а быть на первой линии.

3. Земля. Самый стабильный источник тепловой энергии. Можно использовать две схемы — горизонтальную и вертикальную. Горизонтальная кажется проще тем, что не требует бурения. Но придется проделать большой объем земляных работ по рытью системы траншей на глубину ниже уровня промерзания грунта (для средних широт он колеблется от 1 метра на западе европейской части страны и до 1,6–1,8 ближе к Уралу, в Сибири ситуация «еще хуже». Вертикальная схема более универсальна и эффективна, но требует бурения на значительную глубину. Хотя можно использовать несколько неглубоких скважин вместо одной глубокой.

Принципиальная схема

Сама схема теплового насоса несложная: испаритель — компрессор — конденсатор — дроссель — испаритель.

«Сердце» схемы — это компрессор. Можно купить новый, но дешевле подыскать б/у. Естественно, речь идет не о маломощных компрессорах бытовых холодильников, а о моделях, устанавливаемых в сплит-системах. Ориентироваться надо не на потребляемую мощность, а на мощность в режиме обогрева (которая выше чем в режиме охлаждения на 5–20%).

Выбирают модель компрессора по соотношению 1 кВт на 10 кв. метров отапливаемой площади.

Внимание! Может указываться мощность не только в кВт, но и в BTU (английская единица измерения тепловой энергии, принятая для климатической техники). Пересчет сделать просто — значение в BTU разделить на 3,4.

При расчете параметров теплонасоса, в том числе теплообменников, используют программное обеспечение, предназначенное для моделирования, расчетов и оптимизации систем охлаждения, например, CoolPack

Уже на стадии расчетов (а точнее, при задании «вводных») можно оптимизировать систему, выбрав оптимальные тепловые режимы.

Использование теплового насоса эффективно для низкотемпературных систем отопления, например, для теплых полов с температурой не выше 35–40 °C. Кстати, эта же температура рекомендована по медицинским требованиям для системы ГВС.

Для каждого типа фреона есть оптимальные температуры «входа» и «выхода», точнее, кипения и конденсации, но разница у всех них не более 45–50 °C.

Казалось бы, увеличение температуры на выходе теплового насоса даст положительный эффект, но это не так. Будет расти и разница температур, что приведет к снижению COP (коэффициента преобразования, или КПД тепловой машины). Кроме того, для этого потребуется использование более мощного компрессора и дополнительный расход электроэнергии.

Идеального COP достичь не получится (потери в компрессоре, расход электроэнергии, потери тепла при транспортировке внутри системы и т. п.), поэтому реальные значения обычно лежат в пределах от 3 до 5.

Есть еще один способ повышения эффективности — использование бивалентной схемы отопления.

В реальности работа системы отопления в полную мощность нужна лишь на протяжении 15–20% всего сезона. На это время можно использовать дополнительные отопительные устройства (например, керамический обогреватель или конвектор). Уменьшение расчетной тепловой мощности до 80% позволит сэкономить на компрессоре, уменьшить глубину скважины или длину труб горизонтальной схемы, снизить расход электроэнергии на обслуживание самого теплового насоса.

От заданной номинальной мощности теплового насоса и COP зависит расчет горизонтального или вертикального грунтового теплообменника. В среднем с каждого метра «горизонта» снимают 20 Вт (при шаге укладки труб не менее 0,7 м), а с «вертикали» — 50 Вт. Но конкретные значения зависят от вида породы и ее влажности. Лучшие значения у грунтовых вод.

Интересно! Есть и другие грунтовые теплообменники — «спираль» или «корзина». По сути, это вертикальный зонд из трубы в виде спирали, что позволяет снизить глубину бурения.

После определения длины горизонтального контура или глубины вертикального зонда рассчитывают размеры испарителя и конденсатора.

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.

Монтаж схемы

После изготовления теплообменников производят сборку газогидравлической схемы:

  • устанавливают по месту компрессор, конденсатор и испаритель;
  • паяют или соединяют на фланец медные трубы;
  • подключают испаритель к насосу грунтового контура;
  • подключают конденсатор к системе отопления.

1 — циркуляционный насос грунтового контура; 2 — испаритель; 3 — выход грунтового контура; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — компрессор; 6 — к системе отопления; 7 — конденсатор; 8 — обратка системы отопления

Электрическая схема (компрессор, насос грунтового контура, аварийная автоматика) должна подключаться по выделенной цепи, которая обязана выдерживать довольно высокие пусковые токи.

Обязательно использовать автомат защиты, а также аварийное отключение от реле температуры: на выходе воды из конденсатора (при перегреве) и выходе рассола из испарителя (при переохлаждении).

Самодельный тепловой насос из компрессора

Тепловой насос — штука интересная, но дорогая. Примерная стоимость оборудования + устройства внешнего контура от 300$ до 1000$ за 1 кВт мощности. Зная «рукастость» российского люда, легко предположить, что уже не один тепловой насос, сделанный своими руками, работает на просторах нашей необъятной и разноклиматической родины. Чаще всего встречаются самодельные аппараты, которые изготовили «холодильщики». И это понятно, ведь тепловой насос и морозильная камера работают по одному и тому же принципу, просто система тепловых установок ориентирована на сбор тепла, а не на его отведение, и компрессор используется большей мощности.

О принципе работы читайте тут.

Что может стать источником тепла для теплового насоса

Тепло для обогрева помещения можно отбирать у воздуха на улице. Но тут неминуемо возникнут сложности при эксплуатации: слишком велики колебания температуры даже среднесуточные, не говоря уже о том, что нормальную эффективность тепловой насос показывает при температуре выше 0 o C. А как много регионов у нас имеют зимой такую картину? Весной, да и то не ранней, и не на всей территории, и не постоянно.

Источником тепла для вашего дома с отоплением от теплового насоса может стать любая среда

Намного более приемлемым выглядит источник тепла, расположенный в воде. Если рядом есть речка, озеро или приличной глубины пруд — это просто здорово: можно трубопровод просто утопить. Важно только чтобы там рыбаки с донками не рыбачили.

Еще один неплохой вариант — колодец, однако есть вероятность, что упадет уровень воды и придется вам искать другой источник. Но пока все нормально, работать будет неплохо: средняя температура воды в подземных горизонтах 5-7 o C. Этого для работы теплового насоса более чем достаточно.

Вы будете, возможно, удивлены, но использовать можно и канализацию — там температуры выше, чем в колодцах. Трубопровод можно будет разместить в сточной яме или колодце, но при условии, что он будет покрыт водой постоянно. И трубу нужно будет выбрать химически стойкую.

Горизонтальный подземный коллектор — дело чрезвычайно трудоемкое: снять грунт придется с нескольких соток на глубину ниже точки промерзания. Это очень большие объемы, которые в одиночку или даже с помощником не осилить. И, как показала практика, в наших климатических условиях такие системы малоэффективны: слишком суровы зимы.

С вертикальными коллекторами дело не лучше — без бурильной техники обойтись вряд ли удастся. Количество и глубина скважин зависят от грунта: разброс возможного съема тепла с метра скважины очень большой. От 25 Вт/м в сухом щебенистом и песчаном грунте, до 80-85 Вт/м во влажных щебенистых и песчаных почвах или в граните. Соответственно и разница в длине скважин в 3 раза и выше.

Вот схема отопления дома тепловым насосом. При использовании, как в описываемом примере, двух скважин и при отсутствии замкнутого контура, расстояние между двумя колодцами должно быть не менее 20 метров. И нужно учесть направление потока, чтобы холодная вода от насоса не снижала температуру в «донорской» скважине

В описываемом примере самодельного теплового насоса, источник тепла — колодец с хорошей скоростью поступления воды. Вода прибывает настолько быстро, что покрывает расход на бытовые потребности и ее хватает для переноса нужного количества тепла (была рассчитана необходимая скорости подачи воды, и соответственно подобран насос). Но источником тепла для этой модификации может служить любой из описанных выше, кроме воздуха. Определившись с источником тепла, можно будет изготовить тепловой насос для отопления дома.

Тепловой насос вода-вода из компрессора кондиционера

Этот тепловой насос из кондиционера несложно изготовить своими руками, но вам понадобиться помощь хорошего мастера по ремонту холодильной техники. Для изготовления вам нужно приобрести:

  • Рабочий компрессор от кондиционера. Это может быть новый, купленный в магазине, но вполне подойдет б/у, главное, чтобы он был рабочим и ресурс его еще не был выработан. Уточните, с каким хладагентом он работает: вам нужно будет заправлять систему.
  • Гибкая медная труба двух диаметров (сечение небольшое, типа тех, что используются в холодильниках) с толщиной стенки не менее 1 мм. Больший диаметр используем для изготовления змеевика конденсатора (12 метров), меньший — для змеевика испарителя (10 м).

Запчасти для изготовления теплового насоса

  • Металлопластиковая труба для теплообменников (12 м + 10 м). В нее засовываем медные трубы, и по ним циркулирует теплоноситель. Так что внутренний диаметр должен быть прилично больше наружного диаметра меди.
  • Терморегулирующий вентиль (ТРВ).
  • Термоизоляционная поролоновая труба (12 м + 10 м). Внутренний диаметр такой, чтобы можно было засунуть металлопластиковую трубу.
  • Шаблон для изготовления змеевика — толстостенная труба (можно газовый баллон).
  • Фреон для заполнения системы.
  • Каркас для монтажа составляющих.
  • Контролирующая аппаратура: датчик давления фреона и температуры, устройство защиты от холостого хода насоса, электропускатель, таймер.
  • Все эти составляющие с платой за работу холодильщика (за сборку и пайку, заливку фреона) составили примерно 600$. Плюс затраты личного времени на обустройство входного контура и сборку.

    Теперь приступаем к изготовлению самого теплового насоса.

    1. Первыми можно сделать змеевики. Сначала медные трубы вставляете в металлопластиковые, сверху на металлопластик надеваете термоизоляцию. На шаблон наматываете витки трубы. Стараетесь расстояние между ними делать одинаковым.
    2. На каждый конец МП трубы устанавливается соединительный фитинг-тройник. Его надеваете на медную трубку. Получается, что из МП медь торчит. Устанавливаете фитинг — способ зависит от выбранного вами типа (о металлопластиковых трубах и фитингах читайте тут). Теперь нужно добиться герметичности: пространство между фитингом и медью заливаете высокотемпературным герметиком. Так обрабатываете все четыре края.

    Это готовые теплообменники с установленными фитингами

  • На раме закрепляете выбранный компрессор (был использован б/у на 1,2 кВт потребляемой мощности, а производительность по холоду 3,8 кВт). Для установки использованы автомобильные сайлент-блоки.
  • Уделите больше внимания виброизоляции и шумопоглощению: если устройство будет стоять в доме, они без дополнительных мер по их нейтрализации прилично действуют на нервы.

    1. Теперь нужно будет установить и соединить теплообменники с компрессором. Для этого желательно пригласить «холодильщика», владеющего техникой капиллярной сварки (еще неплохо бы, чтобы он разбирался в тепловых насосах, а то вам долго придется объяснять, что и к чему). Он же заполнит систему фреоном и отрегулирует ее. Если вы не обладаете достаточными знаниями и навыками, самому это будет сделать в высшей степени проблематично, а работа с фреоном, вообще может закончиться травмой. Поэтому ищите хорошего специалиста и доверьте эту часть работы ему.

    На раме нужно установить компрессор, затем собирать всю схему

    В описываемом примере воду качают из колодца, водоносный горизонт расположен на глубине 4 метров. Один насос поднимает ее и подает в тепловой насос, во вторую скважину вода сбрасывается. Но можно организовать и замкнутый контур, тогда нужно будет рассчитать мощность циркуляционного насоса.

    Не самый презентабельный вид, но работает

    Из опыта эксплуатации сделанного своими руками теплового насоса

    Как показала практика использования, производительность представленного варианта невелика: 2,6-2,8 кВт. Говорить о высокой эффективности данного теплового насоса не приходится: на площади 60 м 2 при -5 o C на улице, сам он поддерживает +17 o C. Но система считалась и монтировалась под котел — радиаторы, при входящей температуры +45 o C, больше выдать просто не могут. Система в доме работала старая и количество радиаторов не увеличено, но пока в холода догревались печкой.

    Если в конструкцию добавить регенеративный теплообменник, это повысит эффективность на 10-15%. Учитывая то, что затраты невелики, можно делать. Понадобиться две медные трубки по 1,5 метра. Одна диаметром 22 мм, вторая — 10 мм. На более тонкую для увеличения площади теплообмена, наматывается 4-х жильный проводник (длина 3-4 метра, диаметр 4 мм), концы его припаиваются к трубке, чтобы не разматывались. Трубка с намотанной проволокой аккуратно вставляется в трубку большего диаметра. Ее нужно установить между компрессором и испарителем. Доработка незначительная, но довольно ощутимо повышает эффективность. Правда, при определенных условиях небезопасная: в компрессор может попасть теплый фреон, что приведет к выходу его из строя.

    Доработка схемы: можно добавить регенеративный теплообменник, что поднимет производительность примерно на 15-20%

    Второй вариант повышения эффективности, более безопасный и не менее эффективный — встроить дополнительный теплообменник для подогрева воды или гликоля.

    На что обратить внимание, если вы решили делать тепловой насос своими руками. Есть несколько вещей, о которых узнать можно только на опыте:

      • Пусковые токи конкретно этой установки были очень даже приличными. Не всегда ресурсов сети хватало для запуска установки. Потому, если делать серьезную установку, лучше брать трехфазный компрессор, и подводить, соответственно, трехфазный ввод. Да, недешево, но для стабильного старта однофазного компрессора требуется электронный стабилизатор приличной мощности, что тоже дешевым не назовешь.
      • Тепловой насос на готовой радиаторной системе не даст нормальной температуры в помещении. Они рассчитаны на другую температуру теплоносителей, которую эти установки, тем более самодельные, дать в состоянии крайне редко. Потому или модернизируйте систему (добавив как минимум столько же секций радиаторов), или устанавливайте водяные полы.
      • Если в колодце есть три кольца воды, это не значит, что дебет у него большой. Нужно знать, сколько он в состоянии давать воды при постоянном ее отборе.

    Итоги

    Несомненно, стоимость теплового насоса из кондиционера в разы ниже готовых заводских вариантов, даже китайского производства. Но нюансов тут море: нужно позаботиться об источнике и количестве подаваемого тепла, правильно рассчитать длину теплообменников (змеевиков), установить автоматику, обеспечить гарантированное питание, и т.д. Но если вы в состоянии решит эти проблемы, то это, несомненно, выгодно. Позволим дать вам совет: в первый год очень желательно иметь резервное отопление, а испытания и пробный пуск, лучше проводить еще летом, чтобы было время на доработку агрегата до начала отопительного сезона.