Тепловой насос своими руками — от расчета оборудования до самостоятельного монтирования

Тепловой насос своими руками — от расчета оборудования до самостоятельного монтирования

Планируя организацию отопления и горячего водоснабжения частного дома иногда можно столкнуться с целым рядом проблем. Все начинается с выбора энергоносителя. Когда рядом с домом проходит газопровод, как правило, сомневаться не приходится. Достаточно оформить все необходимые документы на газификацию дома, и тепло вам обеспечено. Но, к сожалению, в нашей стране еще немало таких районов, где газ можно купить только в баллонах. Что же делать в этой ситуации? Топить печь дровами и углем – хлопотно и не очень эффективно, а согреваться электричеством – дорого. На помощь приходят новейшие разработки в области альтернативных источников энергии. Эти технологии позволяют извлекать тепло из земли, воды и воздуха. Одним из таких изобретений является тепловой насос, своими руками установить его хоть и сложно, но вполне возможно.

Содержание

Разновидности тепловых насосов ↑

Существует три разновидности тепловых насосов, пригодных для отопления дома. Различаются они по типу используемых источников тепла:

Грунт-вода ↑

Это устройство извлекает тепло из грунта при помощи коллекторов или зондов. Незамерзающая жидкость транспортирует его к тепловому насосу, а оттуда энергия перенаправляется в систему отопления. Если вы являетесь обладателем земельного участка большой площади, целесообразнее устанавливать коллекторы, проложенные ниже уровня промерзания грунта. Для маленьких участков подойдут зонды.

Воздух-вода ↑

Как понятно из названия это устройство извлекает тепло из воздуха при помощи вентиляторов и испарителя.

Вода-вода ↑

Как правило, такое устройство работает с грунтовыми водами, но при наличии на участке водоема, тепло может быть извлечено и из него. В тепловом насосе энергия утилизируется, и охлажденная жидкость направляется обратно через поглощающую скважину.

Принцип работы теплового насоса ↑

Система включает в себя собственно тепловой насос, устройство забора и устройство распределения тепла. Внутренний контур теплового насоса состоит из компрессора, питающегося от электросети, испарителя, дроссельного клапана и конденсатора.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Принципиальная схема работы теплового насоса (нажмите для увеличения)

Принцип работы этого прибора был разработан еще в 19 веке и назван «цикл Карно». Происходит это следующим образом:

  • В коллектор подается незамерзающая смесь – это может быть вода со спиртом, соляной раствор или гликолевая смесь – которая поглощает тепловую энергию и транспортирует ее к насосу.
  • В испарителе энергия переходит к хладагенту (веществу с низкой температурой кипения) от чего последний вскипает и превращается в пар.
  • Компрессор увеличивает его давление, а, следовательно, повышается и температура.
  • Через конденсатор тепловая энергия передается теплоносителю внутридомовой системы отопления, а хладагент дополнительно охлаждается для «выжима» оставшегося тепла, переходит в жидкое состояние и отправляется обратно в коллектор.
  • Дальше процесс повторяется по той же схеме.

[include id="5" title="РСЯ - в записи"]

Если говорить совсем просто, тепловой насос это некий «холодильник наоборот». В холодильнике тепло, отдаваемое продуктами питания, нагревает хладагент, циркулирующий по трубам, и, в конце концов, выводится на заднюю стенку. Вот это самое тепло и используется в системе с тепловым насосом для подогрева теплоносителя.

Во время работы система потребляет электрическую энергию, но в значительно меньших количествах, чем обычный электрокотел. Так, потребляя 1кВ электроэнергии, тепловой котел отдает в систему отопления 5 кВ тепловой энергии.

Расходы и окупаемость ↑

К сожалению, установка подобного оборудования неизбежно повлечет за собой достаточно серьезные расходы. На ее покупку и монтаж придется потратить значительно больше, чем на обычный электрический котел такой же мощности. Естественно возникает вопрос, а стоит ли оно того? Да, стоит. При установке такой системы отопления в новый дом, площадью 100м2, дополнительные затраты окупятся за 1,5-2 года, а дальше вы будете только экономить.

Кроме того, тепловой насос способен работать еще и как кондиционер, то есть в жару охлаждать помещение. В этом случае происходит обратный процесс, тепло из дома передается хладагенту и выводится через теплообменник наружу.

Как выполнить расчет оборудования? ↑

Расчет мощности теплового насоса необходимо производить исходя из уровня теплопотерь вашего дома. Безусловно, перед установкой подобного оборудования необходимо принять всевозможные меры по утеплению стен, крыши, пола и окон здания.

Как правило, для старых, плохо утепленных домов тепловая потребность составляет 75 Вт/м², для относительно новых построек с современной теплоизоляцией – около 50 Вт/м², а для низкоэнергетических зданий, построенных с применением специальных технологий — 30 Вт/м².

Необходимо отметить, что такую установку лучше всего закладывать в проект еще строящегося здания. Это позволит устроить наиболее пригодную для этого вида обогрева систему отопления.

Как показывает опыт, наилучшим вариантом внутридомовой отопительной системы с использованием теплового насоса является водяной теплый пол. НО при расчете его мощности необходимо обязательно учитывать тип напольного покрытия. Идеальным вариантом станет керамическая плитка, а вот ковровые покрытия, ламинат и паркет из-за своей низкой теплопроводности требуют увеличения температуры теплоносителя на 5-8 градусов.

Экологичность и безопасность ↑

Для тех, кто заботится об экологической безопасности своего жилища, идеальным вариантом комфортной отопительной системы может стать именно тепловой насос, принцип работы которого не предусматривает выброса в атмосферу таких вредных соединений, как CO, СO2, SO2, PbO2, NOх.

Что же касается возможности взрыва или возникновения пожара, то, при нормальной изоляции электрических проводов, ее нет. Чего, к сожалению, нельзя сказать о котлах на жидком топливе или природном газе. Система теплового насоса сконструирована таким образом, что перегрев ее деталей, достаточный для взрыва или воспламенения, невозможен.

Как сделать тепловой насос самоcтоятельно? ↑

Стоимость теплового насоса даже без вызова специалистов для его установки достаточно высока. К сожалению, далеко не у всех есть возможность единовременно потратить такую значительную сумму денег, пусть даже в надежде на экономию в ближайшем будущем. Можно ли сделать тепловой насос своими руками? Да, вполне. К тому же соорудить его можно из уже имеющихся деталей или купить по случаю запчасти б/у.

Итак, приступим. Если вы собираетесь устанавливать подобную отопительную систему в старом доме, обязательно проверьте состояние проводки и электросчетчика. Проследите за тем, чтобы измерительный прибор был мощностью не менее 40 ампер.

  • Прежде всего, необходимо позаботиться о покупке компрессора. В специализированных фирмах или в обычной мастерской по ремонту холодильного оборудования можно купить компрессор от кондиционера. Он вполне подойдет для наших целей. Его необходимо прикрепить к стене при помощи кронштейна L-300.
  • Теперь переходим к изготовлению конденсатора. Для этого нам понадобится бак из нержавеющей стали объемом 100-120 литров. Его необходимо разрезать пополам и установить внутрь змеевик, который достаточно легко изготовить из медной трубки от холодильника или обычной сантехнической медной трубы небольшого диаметра.

    Важно! Не следует использовать очень тонкостенную трубку – ее хрупкость может доставить массу неудобств во время работы. Толщина стенок медной трубки должна составлять не менее 1 мм.

  • Для получения змеевика берем газовый или кислородный баллон и наматываем на него медную трубку, соблюдая расстояние между витками. Для того чтобы зафиксировать трубку в таком положении проще всего взять перфорированный алюминиевый уголок, который используется для защиты углов под шпаклевкой, и примотать его к змеевику так, чтобы каждый виток находился напротив отверстия в уголке. Это обеспечит одинаковый шаг витков и прочность всей конструкции.
  • После установки змеевика свариваем половинки бака, не забыв вварить резьбовые соединения.
Испаритель для теплового насоса

Самодельный испаритель для теплового насоса

  • Испарителем может стать пластмассовая емкость, объемом 60-80 литров, в которую вмонтирован змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма. Для доставки и слива воды можно использовать обычные водопроводные трубы. Испаритель тоже необходимо закрепить на стене при помощи L-кронштейна нужного размера.
  • Когда все готово, пришла пора приглашать специалиста по холодильному оборудованию. Он нужен для того, чтобы собрать систему, сварить медные трубки и закачать фреон.

    Важно! Не имея специального образования или навыков работы с холодильным оборудованием, не пытайтесь выполнить последний этап работы самостоятельно. Это может привести не только к выходу вашей конструкции из строя, но и к травмам.

Правила установки и монтажа ↑

Итак, основная часть системы готова, теперь осталось подсоединить ее к устройству забора и устройству распределения тепла. Если со вторым все, то с первым придется повозиться. Понятно, что человек, который умеет собирать тепловые насосы своими руками не станет вызывать для подключения этого оборудования специалистов. Да и купив готовый насос, можно на тратиться на установку, а осуществить ее самостоятельно. Делаем все сами.

[include id="6" title="РСЯ - в записи"]

Процесс установки устройства забора тепла зависит в первую очередь от типа насоса. Рассмотрим тонкости установки каждого из них.

Вертикальный насос типа «грунт-вода» ↑

Потратиться все же придется, ведь без буровой установки здесь не обойтись.

Система "Грунт-вода"

Расположение зондов теплового насоса типа «Грунт-вода»

Необходимо просверлить скважину, глубиной от 50 до 150 метров. Затем опустить в нее геотермальный зонд и подключить его к насосу.

Горизонтальный насос типа «грунт-вода» ↑

В этом случае используется коллектор, образованный системой труб. Его необходимо расположить ниже уровня промерзания почвы. Точная глубина зависит от климатической зоны и составляет, как правило, 1-1,5м. Достаточно просто снять слой почвы (при помощи техники или вручную), уложить трубы и осуществить обратную засыпку.

Система "Грунт-вода"

Расположение горизонтального подземного коллектора

Есть и еще один способ – прокладка отдельных труб в траншеях. Для его применения необходимо вырыть несколько траншей, глубина которых опять-таки будет превышать глубину промерзания, и уложить в них трубы петлей.

Насос типа «Вода-вода» ↑

Коллектор для такого насоса собирают на суше из ПНД-труб, заполняют теплоносителем и только потом переносят к водоему.

Вистема "Вода-вода"

Расположение коллектора теплового насоса типа «вода-вода»

Все трубы необходимо погрузить в воду и аккуратно переместить к центру водоема (или на необходимую глубину).

Насос типа «Воздух-вода» ↑

Такой насос извлекает тепло из воздуха, а значит, его монтаж не требует масштабных земляных работ.

Коллектор "Воздух-вода"

Расположение коллектора «воздух-вода»

Достаточно выбрать место для установки коллектора недалеко от дома или на его крыше и соединить  с системой внутридомового отопления.

Бивалентная схема отопления ↑

Использование такой схемы поможет сэкономить на этапе изготовления и монтажа насоса. Дело в  том, что расчет мощности теплового насоса производится исходя из минимальной возможной температуры. Но ведь пиково низкие температуры  стоят на улице только очень короткое время, а значит, большую часть года тепловой насос будет использовать только часть своего потенциала мощности.

Для того чтобы иметь возможность установки мене мощного насоса параллельно с ним подключают дополнительный источник тепла – электрический котел. Тогда, в сильные морозы вы можете дополнительно «подтапливать» помещение. Учитывая, что таких дней в году бывает немного, такой подогрев не  сильно ударит по кошельку, а на стоимости насоса можно значительно сэкономить.

Возможно так же использование в качестве дополнительного оборудования котла на твердом топливе. В этом случае в систему отопления необходимо включить байпас.

Теория и практика — обзорное видео ↑




Комментарии пользователей

  1. Иван

    Хорошо бы такой ранец сделать и зимой ходить греться.
    Весь разноцветными трубами обмотанный с вентилями , как самогонный аппарат, или хим лаборатория. Зато тепло!

  2. Nikolay

    А как с расходом электроэнергии? Не будет ли это гораздо больше, чем покупка пропана?

  3. AlexGvard

    как вариант для систем вода — вода, если рядом с домом есть колодец, можно обычным циркуляционным насосом гонять воду из колодца которая будет подогревать испаритель.

  4. Кирилл

    Спасибо огромное за принципиальную схему работы теплового насоса!
    Он прекрасно и доходчиво изображен.
    Всего вам доброго

  5. эдуард

    Все это хорошо,но уровень кап.затрат для России высок.Обыватель незаморачивается

  6. Фигня Ваш насос

    Бредовая идея!!! В России вводятся социальные нормы потребления электричества! Цена у такого отопления будет такая, что дешевле зимовать в гостинице, чем дома.
    + Выключили электричество, чем вы запустите свой насос? (Бензиновый генератор, для такой мощности будет стоить столькоже, сколько вся ваша конструкция) В Европе где используются такие системы отопления, средняя зарплата 8-10000$(!) с двух трёх зарплат купить такое чудо нет ничего проще.

  7. Сеня Рудик

    Спасибо, хорошая статья. Для скептиков: это не «вечный двигатель», закон сохранения энергии здесь не нарушается. Очень эффективно будет работать, когда на малой глубине грунтовые воды. Чем меньше разность температуры на входе и выходе, тем меньше энергозатраты от эл.сети. Желаю успеха всем , кто делает это для себя и для других!

  8. Влад

    А зачем такие сложности и цены с бурением? Достаточно пробурить отверстие диаметром 10 см. Несколько таких отверстий достаточно для отопления. Использовать тепловые трубы: труба, залита жидкость с малой температурой кипения, воздух отсутствует, только пары жидкости, например: пропан. За счет конденсации жидкости вверху получается: температура равна температуре внизу. Есть с гладкой стенкой, тогда тепло передается только вверх, или с пористой, тогда за счет капиллярных сил тепло передается как вверх, так и вниз. Такие трубы, если не изменяет память, использовались с конца 18, или начала 19 в. Погуглите, и будет более понятен принцип работы Т.е. не надо в глубину ставить теплообменник, тепло можно снимать с верху тепловой трубы. Это резко удешевит конструкцию: дешевизна бурения 10 см скважины, простота тепловой трубы упрощает теплообмен ( труба с нержавейки обеспечит хороший съем тепла с грунта).

  9. Влад

    то Фигня Ваш насос
    КПД такой установки, если брать тепло с земли, или водоема доходит до 600-700%, т.е. на киловатт затраченной энергии комната обогревается так, если бы мы просто брали электронагреватель на 6-7 кватт (ни какого нарушения закона сохранения энергии, тепло то мы берем с земли, и перекачиваем с земли). Это дешевле дров , газа или угля получается. Теоретически (обратный цикл Карно)
    Q=T2/(T1-T2) Т2 -температура земли, Т1 — температура в комнате. Температура в Кельвинах: 273/(300-273)=10, или 1000%, практически, как я уже говорит, это порядка 600-700%

  10. Сергей

    А вот можно ли использовать в качестве нагревателя сточную яму?

  11. Геннадий

    Если бы грунт обладал идеальной теплопроводностью, тогда согласен. Но, отбирая тепло, мы охлаждаем его и брать каждую следующую порцию тепла уже сложнее. Так что КПД напрактике не будет таким ошеломительным. Сама по себе установка будет очень громоздка и дорога. Если принять во внимание неоправданнно завышенные цены на электроэнергию, срок окупаемости таких систем будет лежать в пределах 50-70 лет. Проще пытаться извлекать тепло с помощью солнечных коллектооров, солнечных батарей, ветряков и пр.

  12. Андрей

    Замечательная тема.
    и «специалисты» по европе просто не в курсах.
    я был в Германии у знакомого — стоит такой насос.
    У него домик метров 250 и участок 4(?) сотки. Вот под этим участком на глубине 1-1,2 м зарыта труба, в подвале сам насос и пр.
    в ЕС подобную технику не покупают «с зарплаты» — ее берут в кредит под 2-2,5% в год.
    если куплю себе домик в деревне — обязательно заморочаюсь с таким насосом.
    рано или поздно но цены на эл-во дойдут до европейских, а, как показывает опыт, даже с зарплатой в 10 тыс еуров цена эл-ва заставляет экономить.
    поищите стоимость эл-ва в ЕС — она раз в 10 дороже чем в РФ.

  13. Сергей

    Почему не указан диаметр медной трукбки и ее длина в конденсаторе и испарителе???

  14. Сергей

    наиболее эффективен тепловой насос берущий теплоту от грунтовых вод, если только есть «дармовая» вода. Работа такого насоса самая стабильная и самая эффективная. Грунтовый тепловой насос тоже хорош, если правильно рассчитан грунтовый контур. У меня есть комплектующие для сборки насоса: компрессор, теплообменник и другие. Выгодные цены! Может собрать всякий, кто знает электрику — собрать электрический шкаф и умеет паять. Или я соберу;) Пишите m0686699300@gmail.com
    Источник: http://byreniepro.ru/teplovye-nasosy/svoimi-rykami.html

  15. theodoros

    Установил тепловой насос вода-вода 21 kw, пробурил скважину 10 м в подвале дома ф140мм, температура воды постоянная 17 С. на выходе из Т.насоса 7 С, , работает 3 года расход электроэнергии 4,0 +0,35 KW Т.Н.+В. Н. Лучший вариант. Цена электроэнергии у нас от 0,22 -0, 16 евро ночной тариф.

Добавление комментария