Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 2

Как сделать тепловой насос своими руками

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.

Тепловой насос «воздух-вода» для дома

Особенностью систем «воздух-вода» является сильная зависимость температур теплоносителя в системе отопления от температуры источника — наружного воздуха. Эффективность подобного оборудования постоянно изменяется как в сезонном отношении, так и в погодных условиях. В этом проявляется существенное отличие аэротермальных систем от геотермальных комплексов, чья работа стабильна в течение всего срока службы и не зависит от внешних условий.

Кроме того, тепловые насосы типа «воздух-вода» способны как обогревать, так и охлаждать воздух в помещениях, что делает их востребованными в регионах с относительно холодными зимами и жарким летом. В целом, использование подобных систем наиболее эффективно в относительно теплых районах, а для северных областей требуется дополнительные средства обогрева (обычно используются электронагреватели).

Как работают тепловые насосы воздух-вода?

В основе работы теплового насоса типа «воздух-вода» положен принцип Карно. Говоря более понятным языком, используется конструкция фреонового холодильника. Хладагент (фреон) циркулирует в замкнутой системе, проходя последовательно стадии:

  • испарения, сопровождающегося сильным охлаждением
  • подогрева от тепла поступающего наружного воздуха
  • сильного сжатия, при котором его температура становится высокой
  • конденсации с переходом в жидкое состояние
  • прохода через дроссель с резким падением давления и испарением

Для нормальной циркуляции хладагента необходимо иметь два отделения — испаритель и конденсатор. В первом температура низкая (отрицательная), для нагрева используется тепловая энергия из воздуха окружающей среды. Второе отделение служит для конденсирования хладагента и передачи тепловой энергии в теплоноситель системы отопления.

Роль поступающего извне воздуха — передача тепла в испаритель, где температура очень низкая и требует повышения для предстоящего сжатия. Тепловая энергия воздуха имеется даже при отрицательных температурах и сохраняется до тех пор, пока не произойдет понижение температуры до абсолютного нуля. Низкопотенциальные источники тепловой энергии позволяют получать высокую эффективность системы, но при сильном понижении наружной температуры до -20°C или – 25°C система останавливается и требует подключения дополнительного источника обогрева.

Достоинства и недостатки

Достоинствами тепловых насосов «воздух-вода» являются:

  • простота установки, отсутствие земляных работ
  • источник тепловой энергии — воздух — имеется везде, он доступен и совершенно бесплатен. Для работы системы требуется только электропитание для циркуляционного оборудования, компрессора и вентилятора
  • тепловой насос можно конструктивно объединить с вентиляцией, что позволить существенно повысить эффективность работы обеих систем
  • отопительная система безвредна для окружающей среды и не опасна в эксплуатационном отношении
  • работа системы практически бесшумна, может управляться при помощи систем автоматики

Недостатками теплового насоса «воздух-вода» являются:

  • ограниченность применения. Бытовые модели ТН требуют подключения дополнительных систем отопления уже при -7°C, промышленные образцы способны держать температуру до -25°C, что для большинства регионов России слишком мало
  • зависимость эффективности системы от температуры наружного воздуха делает работу системы нестабильной и требует постоянной перенастройки режимов функционирования
  • для питания вентиляторов, компрессоров и прочих устройств требуется подключение к стабильному источнику электроэнергии

Планируя использование подобной системы отопления и ГВС, необходимо учитывать эти особенности.

Расчет мощности установки

Порядок расчета мощности установки сводится к определению площади дома, подлежащей обогреву, подсчету необходимого количества тепловой энергии и подбору оборудования, соответствующего полученным значениям. Излагать подробную методику расчета нет смысла, поскольку она чрезвычайно сложна, требует знания многих параметров, коэффициентов и прочих значений. Кроме того, нужен опыт выполнения подобных расчетов, иначе результат окажется совершенно ошибочным.

Для решения проблемы рекомендуется использовать онлайн-калькулятор, найденный в сети. Пользоваться им легко, надо лишь подставить в окошечки свои данные и получить ответ. Если появились сомнения, расчет можно продублировать на другом ресурсе, чтобы получить сбалансированные данные.

Как сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника

Прежде чем приступить к изготовлению теплового насоса, необходимо выбрать источник тепла и решить вопрос со схемой работы установки. Кроме компрессора понадобится и другое оборудование, а также инструменты.Выполнение схем и чертежей. Чтобы установить тепловой насос, необходимо сделать скважину, потому что источник энергии должен находиться под землей. Глубина скважины должна быть такой, чтобы температура земли составляла не менее 5 градусов. Для этой цели также подойдут любые водоёмы.

Конструкции тепловых насосов похожи, поэтому вне зависимости от того, каким будет источник тепла, можно использовать практически любую схему, найденную в сети. Когда схема будет выбрана, необходимо выполнить чертежи и указать в них размеры и места соединения узлов.

Так как рассчитать мощность установки достаточно трудно, можно воспользоваться средними значениями. Например, для жилого помещения, имеющего низкие теплопотери, потребуется отопительная система с мощностью 25 Вт на кв. метр. Для здания, которое хорошо утеплено, это значение составит 45 Вт на кв. метр. Если у дома, достаточно высокие теплопотери, мощность установки должна быть не менее 70 Вт на кв. метр.

Выбор нужных деталей. Если компрессор, снятый с холодильника, поломан, то предпочтительнее приобрести новый. Не рекомендуется производить ремонт старого компрессора, ведь в будущем это может негативно повлиять на работу теплового насоса.

Для изготовления прибора также будут необходимы терморегулирующий клапан и 30-сантиметровые L-образные кронштейны. Дополнительно потребуется приобрести следующие детали:

  • герметичная тара из нержавейки объёмом 120 литров;
  • емкость из пластика объёмом 90 литров;
  • три трубы из меди разного диаметра;
  • трубы из металлопластика.

Для работы с металлическими деталями понадобятся сварочный аппарат и болгарка.

Сборка узлов и установка теплового насоса

В первую очередь следует установить на стену компрессор, используя кронштейны. Следующий шаг – работа с конденсатором. Бак из нержавейки нужно разделить на две части при помощи болгарки. В одну из половин монтируется медный змеевик, затем емкость необходимо заварить и сделать в ней резьбовые отверстия.

Чтобы изготовить теплообменник, нужно намотать на емкость из нержавейки медную трубу и закрепить концы витков рейками. Присоединить к выводам сантехнические переходы.

К баку из пластика также необходимо прикрепить змеевик – он будет выполнять роль испарителя. Затем закрепить его на участке стены при помощи кронштейнов.

Как только работа с узлами будет окончена, нужно подобрать терморегулирующий клапан. Конструкцию следует собрать и заправить систему фреоном (для этой цели подойдет марка R-22 или R-422).

Подсоединение к заборному устройству. Вид устройства и нюансы подсоединения к нему будут зависеть от схемы:

  • «Вода-земля». Следует установить коллектор ниже линии промерзания земли. Необходимо, чтобы трубы находились на таком же уровне.
  • «Вода-воздух». Такую систему устанавливать легче, так как нет необходимости в бурении скважин. Коллектор монтируется в любом месте около дома.
  • «Вода-вода». Коллектор изготавливается из металлопластиковых труб, а после помещается в водоём.

Также можно установить для обогрева дома комбинированную отопительную систему. В такой системе тепловой насос работает одновременно с электрическим котлом и используется как дополнительный источник отопления.

Тепловой насос для обогрева дома вполне можно собрать самостоятельно. В отличие от покупки готовой установки, это не потребует больших финансовых затрат, а результат обязательно порадует.

Стоимость установки

Расходы на монтаж теплового насоса во многом зависят от внешнего источника открытый водоем, скважина или грунтовый коллектор. Работы по созданию и установке этих элементов имеют разную специфику и стоимость. Цена зависит от принятых в регионе расценок и тарифов, от расстояния до водоема или скважины и прочих факторов.

  • площадь дома 90–125 кв. м. — от 350 000 рублей
  • при площадь дома от 200 до 280 кв. м — установка теплового насоса обойдется от 500 000 рублей

Например, специалисты утверждают, что пользоваться тепловой энергией воды из водоема, находящегося на расстоянии более 100 м от дома нерентабельно. Тем не менее, при наличии возможности, установка с питанием от открытого водоема является наиболее выгодной и рациональной. Бурение скважины требует получения массы разрешений, использования специальной техники. Устройство коллектора выводит из эксплуатации большую площадь земли. Возможность значительно сэкономить — самостоятельный монтаж системы, выполнение установки своими руками или с помощниками из числа близких людей и друзей.

Принцип работы

Работа теплового насоса происходит за счет теплоты, извлекаемой из воды. Источником воды становятся озера, ставки, реки, колодцы, скважины. Глубина водоема в средней полосе России должна составлять не менее 2 метров, чтобы нижние слои не промерзали. По способу расположения теплообменника тепловые наносы разделяются на:

  • горизонтальные (трубы укладывают кольцами на дно);
  • вертикальные (теплообменник расположен в скважине вертикально).

Поскольку непромерзаемые водоемы расположены далеко не возле каждого дома, чаще всего трубы прокладывают в скважинах. Стандартный тепловой насос вода-вода имеет несколько основных частей:

  • трубы отопления;
  • трубы подачи и сброса воды;
  • испаритель (змеевик, в котором испаряется фреон);
  • компрессор;
  • конденсатор (змеевик, в котором сжижается фреон).

В зависимости от времени года температура грунтовых вод составляет 4-10 °C, меняется в малых диапазонах. Это обеспечивает стабильную и продуктивную работу теплового насоса. Бурят две скважины на расстоянии 8-10 м друг от друга. Грунтовые воды попадают в трубу из первой скважины и поднимаются вверх к испарителю, нагревая его. Одновременно в испаритель подается сжиженный фреон. В результате снижения давления в испарителе, тепло от стенок переходит к хладагенту. Хладагент (фреон) становится газообразным.

Далее фреон поступает в компрессор и сжимается. Потом он поступает в конденсатор, превращается в жидкость, а выделенное в результате этого процесса тепло переходит к теплоносителю (чаще всего это вода). Теплоноситель, в свою очередь, нагревает трубы радиатора. Так происходит обогрев дома. Грунтовая вода сбрасывается во вторую скважину. Полное представление о принципах работы дает схема теплового насоса. Поскольку температура подземных вод стабильнее температуры нижних слоев водоемов, использовать скважины значительно эффективнее. Но здесь надо еще учитывать затраты на бурение скважин. Устанавливают тепловой насос с бойлером вода-вода, отапливая помещение и подогревая воду для бытовых нужд. Затрачиваемая электрическая энергия на работу насоса в 4-5 раз меньше энергии, которую он вырабатывает.

Схема отопления дома с использованием теплового насоса Вода-Вода

Это интересно: Солнечный коллектор для отопления частного дома — самодельная батарея

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

  • Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
  • Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
  • С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Подготовительные работы перед эксплуатацией

Приобретение комплекта оборудования еще не означает, что все готово к полноценному функционированию. Понадобится обеспечить подключение оборудования к системе отопления в доме и к наружной системе циркуляции воды. Потребуется выполнить массу различных мероприятий, без которых комплекс работать не будет. Рассмотрим их детальнее.

Выбор оптимального источника воды

Источник воды должен быть расположен поблизости от жилья

Это важно, поскольку в зимнее время транспортировка воды производится по поверхности земли, существует опасность перемерзания трубопроводов. Если организовать рытье траншей и укладку в них труб, то стоимость всего комплекта существенно увеличивается. При большом удалении источника (более 100 м) придется отказываться от использования воды из открытого водоема и пользоваться грунтовыми водами из скважины

Такой вариант имеет недостаток — заранее неизвестно качество воды. Поведение скважины также под вопросом, если ее стенки будут неустойчивы, склонны к обрушению или заиливанию, то вскорости может возникнуть необходимость повторного бурения

При большом удалении источника (более 100 м) придется отказываться от использования воды из открытого водоема и пользоваться грунтовыми водами из скважины. Такой вариант имеет недостаток — заранее неизвестно качество воды. Поведение скважины также под вопросом, если ее стенки будут неустойчивы, склонны к обрушению или заиливанию, то вскорости может возникнуть необходимость повторного бурения.

Установка тепловой системы с использованием скважины

Для питания системы понадобится пробурить две скважины. Одна из них — дебетовая (подающая), из нее производится забор воды для комплекса. Вторая скважина — приемная, в нее производится сброс отработанной, прошедшей через испаритель теплового насоса жидкости. Наличие двух скважин делает дороже создание системы обогрева, но обеспечивает точку сброса отработанной воды и позволяет пополнять объемы водоносных горизонтов. Нарушение баланса объемов грунтовых вод — крайне опасное и непредсказуемое мероприятие, поэтому необходимо заботиться о максимальном смягчении возможных последствий.

Устройство дебетовой скважины

Глубина дебетовой скважины не должна превышать 50 м, иначе ее эксплуатация станет нерентабельной. Понадобится использование мощного насоса, стоимость которого высока, а потребление электроэнергии ставит под вопрос целесообразность всей затеи с использованием теплового насоса.

Объем воды, который должна обеспечить дебетовая скважина, рассчитывается по формуле:

  • где  — объем воды.
  • Q — теплопроизводительность насоса
  • потребляемая мощность насоса
  •  — разница температур на выходе из дебетовой скважины и на входе в приемную

Для проверки способности скважины обеспечить необходимый объем воды производится пробный забор в течение 3 дней Если за это время количество воды не убывает, скважина считается пригодной для эксплуатации.

Особенности приемной скважины

Приемная скважина должна располагаться по пути течения грунтовых вод. Поскольку заранее определить направление потока невозможно, то из двух скважин одну назначают дебетовой, а другую — приемной в случайном порядке. Если за время пробного забора температура воды падает, а объем уменьшается, назначение скважин изменяют, погружной насос переносят во вторую скважину.

Сливной трубопровод нельзя располагать над уровнем воды или слишком плотно опускать ко дну скважины — это вызовет заиливание или заболачивание полости. Трубопровод быстро забьется и потребует постоянной очистки. Для того, чтобы иметь возможность пользования системой, желательно иметь резервные скважины для быстрого переноса слива или питания.

Устройство системы с использованием водоема

Использование водоема делает запуск системы намного более дешевым и простым. Глубина водоема должна быть не менее 3 м (в теплых регионах достаточно 1 м). Необходимо, чтобы уровень воды был стабилен и не подвергался сезонным колебаниям. Оптимальный материал для труб — полиэтилен низкого давления

Необходимо учесть важность утепления и защиты трубопроводов от механического повреждения

Подготовка дома к установке теплового насоса

Установка системы теплового насоса требует качественной подготовки дома. Необходимо тщательное утепление, устройство системы обогрева (радиаторная система неэффективна, оптимальный вариант — теплый пол). Питание теплового насоса должно быть бесперебойным. Если помимо обогрева систему планируется использовать как источник ГВС, то понадобится организовать прием отработанной воды.

5 основных выгод для владельцев установок

К преимуществам систем обогрева с тепловыми насосами относят такие:

  1. Экономическая эффективность. При затратах 1 кВт электрической энергии можно получить 3-4 кВт тепловой. Это усредненные показатели, т.к. коэффициент преобразования тепла зависит от типа оборудования и особенностей конструкции.
  2. Экологическая безопасность. При работе тепловой установки в окружающую среду не попадают продукты сгорания или другие потенциально опасные вещества. Оборудование озонобезопасно. Его применение позволяет получить тепло без малейшего вреда для экологии.
  3. Универсальность применения. При установке систем отопления, работающих от традиционных источников энергии, владелец дома попадает в зависимость от монополистов. Солнечные батареи и ветрогенераторы не всегда рентабельны. Зато тепловые насосы можно устанавливать где угодно. Главное – правильно выбрать тип системы.
  4. Многофункциональность. В холодное время года установки отапливают дом, а в летнюю жару способны работать в режиме кондиционеров. Оборудование применяют в системах ГВС, подключают к контурам теплых полов.
  5. Безопасность эксплуатации. Теплонасосам не требуется топливо, при их работе не выделяются токсичные вещества, а предельная температура узлов оборудования не превышает 90 градусов. Эти отопительные системы не опаснее холодильников.

Идеальных приборов не существует. Тепловые насосы надежны, долговечны и безопасны, но их стоимость напрямую зависит от мощности.

Качественное оборудование для полноценного обогрева и горячего водоснабжения дома 80 м.кв. обойдется примерно в 8000-10000 евро. Самоделки маломощны, их можно использовать для отопления отдельных комнат или подсобных помещений.


Эффективность установки зависит от теплопотерь дома. Оборудование имеет смысл устанавливать только в тех зданиях, где обеспечен высокий уровень изоляции, а показатели теплопотерь не выше 100 Вт/м.кв.

Оборудование надежно и редко ломается

Если оно самодельное, то важно подобрать качественный компрессор, лучше всего – от холодильника или кондиционера проверенной марки

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.

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

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации