Тепловой насос своими руками

В условиях постоянного роста цен на энергоносители владельцам загородных коттеджей приходится думать над тем, как сэкономить на отоплении. Но это не единственная причина поисков решения этой проблемы: зачастую необходимые источники энергии находятся вне зоны доступа и подключение к ним технически невозможно. Мы предлагаем изучить материал о том, как создать тепловой насос своими руками. Такая технология пока является новинкой в нашей стране, но в последнее время идея использования различного рода энергоэффективного оборудования становится все более популярной.

Виды тепловых насосов

Для отопления дома можно использовать один из трех видов тепловых насосов, различающихся по типу источников тепловой энергии, которые необходимы для работы.

• Грунт-вода: тепло получают из грунта при помощи специальных зондов (для небольших земельных участков) или коллекторов. Незамерзающая жидкость (может использоваться спиртово-водный или соляной раствор, гликолевая смесь) доставляет тепловую энергию к тепловому насосу, а затем  к отопительным приборам. Коллекторы применяют на больших земельных участках: они должны быть погружены ниже уровня промерзания грунта.
• Воздух-вода: в данном случае тепло получаем из воздуха посредством испарителя и вентиляторов.
• Вода-вода: тепло получают из грунтовых вод или из неподалеку находящегося водоема. После отбора тепловой энергии в тепловом насосе отработанные воды сбрасываются в поглощающую скважину.

Принцип работы теплового насоса

Состоит устройство из узла забора тепловой энергии, узла распределения его и собственно теплового насоса. Тепловой насос своими руками можно собрать из компрессора (с питанием от сети 220 В), дроссельного клапана, испарителя и конденсатора. По сути, тепловой насос напоминает холодильник, в котором тепло передается в систему отопления, а не в окружающую среду.

Принцип работы устройства состоит в следующем:

• Незамерзающая смесь поступает в коллектор, отбирает тепло и затем передает ее к насосу.
• В испарителе тепловая энергия поглощается хладагентом (вещество характеризуется низкой температурой кипения), в результате закипания которого образуется пар.
• Компрессор сжимает пар, увеличивая его давление и температуру.
• Тепло поступает через конденсатор в систему труб и радиаторов домашнего отопления.
• Хладагент отдает оставшееся тепло и, конденсируясь, поступает в жидком состоянии в коллектор.
• Процесс циклически повторяется.

Сведения о расходах и окупаемости

Установка оборудования такого типа обойдется в немалую сумму. Все зависит от потребностей и качества теплоизоляции жилища, но без учета расходов на монтажные работы потребуется выложить в среднем 4500 евро за комплект геотермального теплового насоса польского производства. Для примера: Thermia Duo на 12 кВт/ч стоит 6000 евро, а Thermia Diplomat TWS такой же мощности – 6800 евро. Но расчеты показывают, что за два года все окупится, а если собрать и установить тепловой насос своими руками – и того быстрее. Кроме того, такую установку летом можно использовать в качестве кондиционера.

Для домов с плохой теплоизоляцией необходима установка мощностью не менее 75 Вт/м², для современных изолированных эффективными материалами коттеджей достаточно 50 Вт/м², а если во время строительства применялись специальные технологии – мощность теплового насоса может быть не более 30 Вт/м². Важно, чтобы установка была заложена в проект еще на стадии начала строительства дома.

Как сделать тепловой насос самостоятельно

Принципиальная схема теплового насоса

Тепловой насос своими руками сможет собрать и установить каждый. Необходимо, чтобы счетчик электроэнергии в доме был рассчитан на 40 А нагрузки (пусковой ток при включении компрессора велик).

Затраты на сборку теплового насоса мощностью около 9 кВт/ч при использовании не нового оборудования составят не более 480 евро. Сюда входит: бак из нержавеющей стали (100 л) – 25 евро; медные трубы различного диаметра, электроды, муфты и переходники – 250 евро; отвоздушиватель ДУ 15, сливной кран, предохранительный клапан, пластиковая бочка – 23 евро, компрессор на 7,2 кВт – 30 евро, а также манометры, фреон,  шланги, крепежные кронштейны, электроавтоматика и прочее.

Поэтапно воздушный тепловой насос своими руками собирается следующим образом.

1. Нужен компрессор для кондиционера, подойдет пара однофазных по 24000БТУ  из которых можно получить каскад общей тепловой мощностью в 16 кВт. Таким образом, если запускать их не синхронно, можно снизить пусковой ток. Крепятся компрессоры к стене с помощью кронштейнов.

В качестве компрессора используем подходящей мощности от старого кондиционера

2. Конденсатор изготавливаем из нержавеющего стального бака на 100 л: его разрезают и внутрь вставляют внутрь медный змеевик из трубки небольшого диаметра. Важно, чтобы толщина стенки трубки была не менее 1 мм.

Конденсатор из нержавеющего бака крепим к стене с помощью кронштейнов

3. Чтобы изготовить змеевик, можно медную трубку равномерно намотать вокруг газового (или любого другого) баллона, соблюдая одинаковый шаг.

Наматыванием медной трубки на баллон получаем змеевик

4. Завариваем бак, предварительно приварив резьбовые соединения.

5. Для изготовления испарителя понадобится бачок из пластика (около 80 л), в который также нужно вставить змеевик из медной трубы ¾ дюйма. Испаритель также крепится к стене L-образными кронштейнами. Подводка и слив воды будет осуществляться с помощью обычных металлопластиковых труб.

6. Заготовив все, что нужно, следует обратиться за помощью к специалисту по обслуживанию холодильного оборудования: ему останется собрать детали в единую систему, закачать фреон и проверить работу устройства.

Водяной тепловой насос в сборе

www.energya.by

Такое устройство станет находкой для владельцев дач и частных домов, которые не подключены к газу. Главное преимущество такого способа обогревания помещения перед другими в том, что тепловые насосы потребляют мало энергии и способны довольно эффективно обогревать помещение. Таким тепловым насосом, как изготовил автор, происходит частичное обогревание дома в 2.5 этажа и площадью 213 кв. метров.

В установке используется два компрессора 24000 БТУ, в итоге потребление электричества составляет около 4-ех киловатт в час, а выделяется теплоты при этом 16-18 киловатт.

Два компрессора нужно для того, чтобы увеличить их срок службы, а также снизить пусковые токи, которые возникают при включении.

Материалы и инструменты для изготовления:
— два компрессора;
— терморегулирующий клапан;
— металлический бак для создания конденсатора;
— медная труба для создания змеевика;
— пластмассовая бочка для создания испарителя (около 120 л);
— кронштейны и другие крепежные элементы;
— ТРВ;
— однофазное пусковое реле и другие элементы.

Процесс изготовления теплового насоса:

Шаг первый. Установка компрессора
Мощность компрессора должна быть около 25500 Бту. он крепится к стене так, как указано на картинке. Для этого используются кронштейны L-300мм.

Шаг второй. Устройство конденсатора
Для создания конденсатора понадобится бак из нержавейки емкостью 120 литров. Бак был разрезан на две части и затем в него был вставлен змеевик фреоновода. После этого бак сварили назад. Также на этом этапе нужно будет приварить несколько технических резьбовых соединений.

Площадь медной трубы змеевика рассчитывается по формуле M2 = kW/0,8 x ∆t.
∆t – разница температуры воды на входе и выходе системы. У автора это 35с-30с= +5 градусов С.
M2 — площадь трубы змеевика (квадратные метры).
kW – мощность тепловыделения системой (с работающим компрессором) в кВт.
0,8 – коэффициент теплопроводности меди/воды при условии противотока сред.

В итоге площадь теплообмена змеевика составляет порядка двух квадратных метров.

Змеевик делается из медной трубки, которая наматывается на любой подходящий по форме предмет, у автора это газовый баллон. Общая длинна трубы составила 35 метров. Чтобы конструкция была прочной, ее нужно зафиксировать с помощью двух алюминиевых реек и медной проволоки.
Концы змеевика выводятся при помощи сантехнических выводов. Вместо обжимного кольца использовалась льняная веревка с герметиком.

Шаг третий. Устройство испарителя
Для создания испарителя понадобится пластмассовая бочка на 127 литров с широкой горловиной. Испаритель изготавливается по такому же принципу, как и конденсатор. То есть понадобиться медная труба длиной 25 метров, из которой нужно сделать змеевик.

Такой испаритель является затопленного типа. Жидкий фреон заходит через змеевик снизу, затем в нем испаряется и далее распространяется уже в виде газа, движется затем к компрессору. При этом улучшается теплоотдача.

Переходы подойдут пластмассовые PE 20*3/4’, от питьевой воды. Подача и сток воды происходит через обыкновенные канализационные трубы. Впоследствии испаритель крепится на кронштейны размером L-400мм.

Шаг четвертый. Подключение ТРВ
ТРВ используется фирмы Honeywell. При пайке нужно быть крайне осторожным, так как ТРВ не выдерживает температуры более 100 градусов. Перед пайкой нужно обмотать ТРВ мокрой тряпочкой, так будет происходить охлаждение.

Шаг пятый. Сборка устройства.
Для сборки понадобится комплект для жесткой пайки Rotenberg. Еще нужно будут три электрода с нулевым содержанием серебра и один электрод с содержанием серебра 40% для пайки в стороне компрессора. В итоге соединение будет вибростойким.
нужно не забыть впаять в систему заправочный клапан Шредера, на нем должен быть ниппель для подключения шланга. Он припаивается на входе в компрессор. Входная труба выравнивателя ТРВ припаивается после испарителя, но перед баллоном. Перед пайкой золотник нужно вывернуть, так как резиновый уплотнитель расплавится.

Шаг шестой. Заправка фреоном
Перед заправкой нужно выгнать из системы воздух, для этого в нее подается некоторое количество фреона для его вытеснения. Для заправки понадобится не более 2 кг фреона. Для заправки понадобится манометр, с помощью него можно следить за процессом.

Шаг седьмой. Электроника
Для запуска системы необходимо пусковое реле, так пусковые токи составляют около 40 А. Обязательно должен иметься предохранитель, а также щиток с DIN рейкой. Еще понадобится тепловой датчик, с помощью него система будет автоматически выключаться при достижении определенной температуры.

По словам автора, сразу же после первого запуска система заработала так, как нужно. Теперь можно подключать контур отопления и вести тепло по дому туда, куда нужно. После этого нужно будет сделать корректировку давления и ТРВ.

usamodelkina.ru

Как сделать тепловой насос своими руками

Ниже описаны некоторые рекомендации по созданию данных приборов:

•  Первым делом, следует заняться приобретением компрессора, к примеру, такого как в кондиционере. Как правило, он крепится к стенке.
•  Изготовление другой важной части изделия, конденсатора, вполне реально выполнить своими руками. Чтобы сделать это, нужно медную трубу (диаметр не должен быть меньше 1 мм) изогнуть в форме змеевика, и уже в таком состоянии поместить в глубь металлического или пластикового корпуса. Как корпусом, можно пользоваться баком, подходящим по размерам. По окончании установки змеевика, части бака свариваются, и производится монтаж необходимых резьбовых соединений. Монтаж испарителя также чаще всего производится к стенке. Подсказка: для изготовления качественного змеевика, лучше всего произвести намотку медной сантехнической трубы поверх цилиндрического основания нужной толщины, для этого можно пользоваться газовым баллоном. Для достижения одинакового расстояния между витков, пользуются перфорированным алюминиевым уголком, на который и крепят витки змеевика.
•  Окончательным монтажом данных деталей, а именно пайкой медной трубки, закачкой фреона и т. п. должен заниматься исключительно профессиональный рабочий высокой квалификации. Выполнение этих работ без должного опыта может стать причиной повреждения оборудования, а помимо этого, значительно повышается вероятность получить бытовую травму.


•  Следующий этап – это подключение конструкции к отопительной системе строения.
•  После этого, следует перейти к монтажу и подключению наружного контура. Данный процесс обладает своими особенностями, которые различаются в зависимости от вида теплового насоса. Важно: до запуска теплового насоса, следует провести диагностику электрической проводки в доме и счетчика электроэнергии. Если описанное является ветхим и устаревшим, то потребуется замена. Приемлемой мощностью, которой обладает электросчетчик, можно считать отметку выше 40 ампер.

Стоит отметить, не всегда работа теплового насоса в отоплении дома полностью удовлетворяет всем требованиям хозяев. Обычно, это является следствием того, что термодинамические расчеты были выполнены неправильно. Результатом такой ошибки становиться система малой мощности, либо система получается слишком мощной, а это связано с перерасходом электроэнергии.

Для подбора системы, имеющей подходящую мощность, следует выполнить расчет теплопотерь постройки, и множество других расчетов. Такой расчет должен выполнять опытный инженер-проектировщик.

Тепловой насос своими руками видео

postroyka-dom.com

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).

рмнт.ру

16.03.16

www.rmnt.ru

Отопление тепловым насосом — это не только выгодно, но и практично. В условиях постоянного роста цен на энергоносители, автономные источники позволяют обеспечить дом теплом и существенно сократить затраты на электроэнергию. Кроме того, устройство без труда подключается по принципу двухконтурного котла к системе водоснабжения и обеспечивает горячей водой.

Оглавление:

1. Теоретические основы
2. Устройство бытового теплового насоса
3. Виды бытовых тепловых насосов
4. Схема теплового насоса
5. Тепловой насос под ключ своими руками
6. Тепловой насос: расчет эффективности
7. Отопление дома тепловым насосом: цена

Теоретические основы

Принцип теплового насоса состоит в том, что устройство производит выкачку тепла из одного места и передачу его в другое, т.е. использует геотермальные физические законы. Если рассматривать принцип работы теплового насоса максимально просто, то он представляет собой систему труб, в которых течет незамерзающая жидкость. Она нагревается за счет внешних источников тепла, далее движется к насосу, отдает тепло системе отопления и возвращается обратно к термальному источнику.

Существуют две большие группы такого оборудования:

• промышленные тепловые насосы;
• бытовые тепловые насосы.

Работа теплового насоса промышленного типа основана на заборе тепла из земли. Для этого бурятся скважины глубиной до нескольких километров, в которые устанавливаются металлические спирали. По ним тепло передается на термальный контур, к которому подключен тепловой насос. Данный способ является наиболее эффективным, поскольку имеет высочайший уровень КПД. Тем не менее, стоимость установки оборудования достигает 10-15 тысяч долларов США. Это обстоятельство способствовало появлению бытовых насосов, менее эффективных, но и более дешевых.

Устройство бытового теплового насоса

Насос теплового действия состоит из трех основных частей:

• грунтового контура;
• контура фреона;
• отопительного контура.

Грунтовый контур — наиболее простая часть конструкции. Он представляет собой систему труб, установленных в земле или водоеме, в которых циркулирует незамерзающий рассол. Его температура составляет от -3 до -5 градусов Цельсия. Принципиальной разницы в температурном режиме нет, поскольку рассол может прогреться за счет внешних источников тепла только до нуля.

Этой температуры достаточно, чтобы закипятить фреон, который переходит в газообразное состоянии уже при температуре -2. Далее пар фреона передается в компрессор, который нагнетает давление и сжижает хладогент. В таком состоянии температура фреона возрастает до +100 градусов.

Далее кипяток передается в систему отопления, нагревает воду в радиаторах, остывает и возвращается обратно во фреоновый контур. Таким образом, расход электроэнергии происходит только на работу компрессора. Учитывая, что его мощность редко превышает 1 кВт, следует говорить о том, что тепловой насос по потреблению электричества схож с бойлером, но в отличии от него, способен не только нагреть воду, но и отопить весь дом.

Виды бытовых тепловых насосов

Принято различать три вида термального оборудования:

• с открытым циклом;
• с закрытым циклом и гидрообменником;
• с закрытым циклом и горизонтальным обменником.

Открытый цикл предполагает, что теплообменник связан с источником подземных вод. При использовании насоса, этот способ позволяет обеспечить дом не только водой, но и теплом.

В закрытом цикле с гидрообменником теплоноситель устанавливается в закрытом водоеме. Трубы с рассолом не имеют прямого контакта с водой, тепло передается через корпус. Актуален для домов с прудами или вблизи рек.

Горизонтальный теплообменник — это упрощенная версия промышленного теплового насоса. Трубы устанавливаются на глубине всего нескольких метров, но этого достаточно для качественного отопления 80-100 кв. м. Если в системе установлен циркуляционный насос, то глубину увеличивают до 250-300 м. Учитывая, что внизу температура будет около 15-18 градусов, КПД теплового насоса значительно возрастет. Но следует учитывать, что и затраты на электроэнергию также будут выше, поскольку циркуляционный насос работает исключительно от сети.

Схема теплового насоса

На сегодняшний день существует две наиболее распространенные конструкции:

• конденсаторная;
• на пластинах Пельтье.

Для начала рассмотрим принцип работы теплового насоса на основе электродинамики. Он состоит из:

• пластин с покрытиями, отличающимися разным уровнем энергии электронов;
• проводов электропитания;
• конденсатора тепла;
• источника питания переменного тока от 12 В.

Система теплового насоса работает крайне просто. Под воздействием тока одна из пластин нагревается, вторая охлаждается, когда полярность меняется, холодная и горячая сторона меняются. По обеим сторонам от пластин расположены конденсаторы, которые накапливают тепло и передают его в систему отопления.

При явных плюсах, таких как:

• бесшумность;
• простота монтажа;
• небольшие габариты.

Есть один весомый недостаток — очень маленькое КПД. Для борьбы с этой проблемой нужно увеличивать площадь пластин, а это, в свою очередь, приведет к более высоким затратам электроэнергии. Учитывая тот факт, что в нашей стране это не дешевое удовольствие, эффективнее использовать стандартный конденсаторный тепловой насос.

Тепловой насос под ключ своими руками

Для сборки теплового насоса понадобится:

• водопроводные трубы;
• металлопластиковы трубы для отопления;
• компрессор;
• емкость под расширительный бак;
• емкость под конденсатор;
• рассол;
• фреон;
• источник питания;
• бак для фреона.

На первом этапе понадобится собрать теплообменный контур:

1. Определяем термальный источник: земля или водоем.

2. Подводим трубы к термальному источнику.

3. Подключаем теплопровод к расширительному баку с фреоном.

На втором этапе собираем циркуляционную систему:

1. Подключаем бак с фреоном к компрессору, для этого газоотвод должен быть расположен в самой верхней части расширительного бака.

2. К компрессору подключаем трубу высокого давления.

3. Соединяем трубой компрессор и конденсатор, который должен быть разделен дросселем.

4. От конденсатора делаем обратный отвод к компрессору и расширительному баку.

Финальная стадия — подключение отопления:

1. К конденсатору необходимо подключить теплоноситель, как правило, это вода.

2. От бака с теплоносителем сделать разводку труб для отопления.

3. Подключить радиаторы.

Важно: рассмотрена простейшая система создания теплового насоса. Для ее нормальной работы понадобится дополнительная установка циркуляционного насоса, который обеспечит движение воды в системе.

Тепловой насос, установка которого описана выше, может быть дополнительно модернизирован насосом подкачки воды. Это актуально в том случае, если в регионе много подпочвенных вод. В таком случае, систему нужно будет переработать:

1. Закачивающая труба должна быть свернута в кольцо под баком с фреоном.

2. Во время работы насоса, по этой трубе будет подниматься вода, которая должна поступать в распределительный бак.

3. От бака имеет смысл установить тройник, отдельно на отопление, отдельно на водоснабжение дома.

Важно: подразумевается, что бак будет служить емкостью для теплоносителя, поэтому его размер должен быть пропорционален мощности насоса.

Тепловой насос: расчет эффективности

По мнению многих экспертов, эффективность тепловых насосов в 2-3 раза выше, чем у газовых котлов. Если брать стоимость энергоресурсов, то возражений никаких нет. Но проверить реальные возможности этого изобретения все же стоит.

Для расчета тепловой энергии, которая необходима на нагрев 1 куб. м воды воспользуемся стандартной формулой по физике:

Q=c*m*(t2-t1)

• c — это удельная теплоемкость вещества;
• m — масса; рассчитывается по формуле — m=p*V, где p — плотность вещества, V — объем;
• t2 — желаемая температура;
• t1 — температура теплоносителя.

Подставим под формулу конкретные значения:

• Q=4183*1000 (1 куб. м)*(60-10);
• Q=209.15 мДж, что приблизительно равняется 58,6 кВт/ч.

Как видно из расчета, мощность теплового насоса для эффективного обогрева помещения должна быть около 60 кВт/ч, при условии, что в системе циркулирует 1 куб. м. воды.

Теперь рассчитаем реальные показатели мощности для фреона. Для того, чтобы не слишком углубляться в математику, составим простое, но наглядное уровнение:

• 209150000=2010*х*100;
• х=209150000/2010/100;
• х=1040,55.

В данном расчете х — это масса. Необходимо узнать объем:

• V=m/p;
• V=1040,55/196,2;
• V=5,3 куб. м. газа или 1,2 куб. м. жидкости.

Как видно из расчетов, для нормального обогрева помещения понадобится 5,3 куб. м. пара фреона. Величина достаточно условна, поскольку зависит от температуры, давления в системе, качества фреона и многих других показателей. Тем не менее, при данном расчете исходим из эталонных величин, без учета факторов окружающей среды. Точный показатель считается по уравнению Клапейрона-Менделеева.

Не смотря на условность расчетов, видно, что для обеспечения температуры теплоносителя в стандартные 60 градусов, понадобится фреона больше, чем воды в системе. Из этого прямо следует, что действительно эффективный тепловой насос должен иметь достаточно большие габариты, иначе будет наблюдаться нехватка тепла.

Определенным решением станет использование других хладогентов, например, на амиачной основе или их аналогов, где температура пара может быть значительно выше 100 градусов по Цельсию. Допустим, если разогреть пар до 200 градусов, соотношение изменится примерно на ¾, в пользу хладогента.

Конкретная система теплового насоса зависит от многих факторов и требует серьезных математически изысканий, так как без этого, отопление будет не эффективным. За расчетами лучше обратиться к экспертам, либо проконсультироваться со школьным учителем физики, так как большинство формул приходятся на программу 8-9 классов. Приводить в статье конкретные примеры нецелесообразно, поскольку невозможно обобщить формулы для каждого отдельно взятого случая.

Отопление дома тепловым насосом: цена

Перед тем, как приступать к поискам экспертов в области термодинамики, необходимо самостоятельно выполнить несложную процедуру — рассчитать потребляемую электроэнергию и затраты на изготовление насоса.

Учитывая рыночную стоимость строительных материалов, понадобится вложить около 600-800 долларов США. Кроме того, нужно приобрести качественный компрессор. Замена отопления в счет не берется, так как зависит от конкретных пожеланий. К примеру, один алюминиевый радиатор на 10 секций обойдется в 80-150$.

Но это единоразовые вложения. Затраты на электроэнергию высчитываются в зависимости от мощности компрессора:

• номинальную мощность умножить на время работы;
• номинальная мощность — мощность компрессора;
• время работы — период, который устройство потребляет электроэнергию.

Таким образом, компрессор с мощностью 1 кВт за 12 часов непрерывной работы накрутит 12 кВт электроэнергии.

Ели предположить, что компрессор работает практически постоянно, суточный расход будет порядка 20 кВт. За месяц получится расход в 600 кВт. Если считать по самому высокому тарифу для Москвы, получается 600*4,68=2748 руб. Для сравнения 1 куб. м газа стоит 3,87 руб. При качественно газовом отоплении 600 куб. м. хватит на 2-3 месяца.

Учитывая, что большинство компрессоров имеет мощность более 2 кВт, экономичность отопления ставится под сомнение. Решение проблемы — независимые источники электроэнергии.

Исходя из всего вышесказанного, монтаж теплового насоса остается спорным вопросом. При соблюдении определенных условий, он безусловно окупается, причем достаточно быстро. С другой стороны, качественное исполнение потребует больших финансовых затрат и установки дополнительного оборудования.

strport.ru

Другие статьи по теме:

Солнечная батарея своими руками Тепловой насос воздух Устройство солнечной батареи Солнечная батарея аккумулятор Батарея солнечная Солнечная батарея для дома своими руками