Тепловой насос для отопления дома своими руками – рабочие варианты

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других систем отопления для частного дома:

• в отличие от котлов и обогревателей, сам агрегат не производит тепло и, как и кондиционер, перемещает его внутри здания;
• ТН получил название насоса, поскольку «добывает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды или почвы;
• установка питается исключительно за счет электроэнергии, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и щитом управления;
• работа устройства основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, таких как кондиционеры и сплит-системы.

В режиме отопления традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, в сильный мороз эффективность резко падает

Справка. Тепло содержится в любом веществе, температура которого выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют брать указанную энергию из воздуха с температурой до -30 °С, земли и воды — до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно играл в действующее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Хладагент поглощает энергию окружающей среды и передает ее внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного в отопление:

1. Находясь в жидкой фазе, фреон движется по трубкам наружного теплообменника-расширителя, как показано на схеме. Получая тепло на входе или воду, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
2. Далее газ подается в компрессор, который повышает давление до расчетного значения. Его задача – поднять температуру кипения вещества, чтобы фреон конденсировался при более высокой температуре.
3. Проходя через внутренний теплообменник-конденсатор, газ снова превращается в жидкость и отдает накопленную энергию непосредственно теплоносителю (воде) или воздуху в помещении.
4. На последнем этапе жидкий хладагент поступает в ресивер-водоотделитель, затем в дроссельное устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти второй цикл.

Схема работы теплового насоса аналогична принципу действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские тепловые насосы имеют общую особенность – способность передавать энергию в обоих направлениях и работать в 2-х режимах – обогрев/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, изменяющего направление потока газа по контуру.

В популярных кондиционерах и программах ТН приветствуются терморугилирующие марфуты, представленные хладагентом пред эпапрителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора выполняет простое капиллярное устройство, в насосах установлен дорогостоящий терморегулирующий клапан (ТРВ).

Отметим, что описанный выше цикл встречается в тепловых насосах всех типов. Разница заключается в способах подачи/отвода тепла, которые мы перечислим далее.

Типы дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий клапан (ТРВ)

Эффективность устройств

Естественно, КПД каждого из устройств неодинаков, но зависит от системы, в которой работает насос. Воздушные установки считаются наименее эффективными. Кроме того, на показатели этой системы сильно влияет погода. Наземные установки отличаются хорошей устойчивостью. Коэффициент полезности таких установок находится в пределах от 2,8 до 3,3, что вполне неплохо. Наиболее эффективными стали установки «вода-вода». Во многом это связано с тем, что температура источника достаточно стабильна.

Создание внешнего теплообменника

Один из важнейших этапов самостоятельной сборки теплового насоса – сборка внешнего теплообменника. В то же время процесс будет сильно отличаться для водных/земляных и воздушных установок.

Сборка внешнего контура

Внешний контур теплообмена применяется в грунтовых и водяных тепловых насосах. При этом основные правила создания теплообменника будут общими. Спасибо:

1. Теплообменники лучше всего изготавливать из труб ПВХ. Этот материал имеет длительный срок службы, выдерживает давление земли и воды, не боится коррозии. Диаметр труб — до 40 мм. В этом случае теплоноситель сможет эффективно поглощать тепло.
2. Длина теплообменника определяется из расчета 50 Вт энергии на 1 метр трубы. То есть, для отопления дома площадью 100 метров метор неучен теплообменник новый 200 метров.
3. Теплообменники для установки в грунте и в воде могут быть собраны с зигзагообразным, змеевидным, спиральным и П-образным профилем (для геотермальных скважин).
4. Для соединения отдельных участков трубопровода необходимо использовать специальные соединения. Желательно паяные, койтой не майней шалых мест (вроде развы). Все необходимые муфты, колена и наконечники можно купить в специальных магазинах.
5. Расстояние между соседними прямолинейными участками контура — не менее 150-200 мм. Это необходимо для исключения паразитного теплообмена – передачи тепла «к себе».

Прочитав эти правила, сборка теплообменника легко выполнится даже своими руками.

Сборка внешнего блока

Внешний блок — обновый инструмент для измерения тепловой энергии для входных теплонасосов. Это оборудование проще изготовить своими руками, чем другие виды теплообменников. Поскольку задача такого блока – собирать воздушную массу с улицы и подавать ее в испаритель, проще всего сделать его на основе старого кондиционера. Для переделки очень блока сплит-системы достаточно установить в него нагревательный элемент, управляемый термостатом. Такая интеграция позволит не только подавать воздух, но и подогревать входящий поток при низкой температуре на улице (ниже +8-10 градусов).

После несложной модернизации блочный компрессор подключается к камере испарителя в самом тепловом насосе, установленном в доме. При этом необходимо предусмотреть два воздушных канала – один для притока теплого воздуха, другой для его удаления после теплообмена.

Этапы сборки системы отопления на базе теплового насоса

Организовать отопление дома с помощью теплонасоса можно даже своими руками. Для этого необходимо выполнить несколько этапов:

1. Собрать и установить внешний контур теплообмена.
2. Соберите и установите сам тепловой насос.
3. Установить систему отопления дома.

Разновидности установок

По общепринятой классификации ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и типу теплоносителя, которому она передается:

1. Насосы типа «воздух-воздух» больше всего похожи на традиционные сплит-системы, отличие заключается в площади наружного испарителя. Устройство забирает тепло из окружающей среды и напрямую передает его воздуху в помещении, как это происходит в обычном кондиционере.
2. Конструкция генераторов «воздух-вода» идентична, но обеспечивает подогрев воды или антифриза, циркулирующих в системе отопления жилого дома.
3. Установка «вода-вода» забирает низкопотенциальное тепло у воды и передает его жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погружаемый в колодец, озеро, колодец или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
4. Геотермальная ТН использует тепло грунта и нагревает теплоноситель внутри помещения. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, утопленный на 1,5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных в скважины на глубину 10-100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основным параметром, характеризующим тепловой насос для отопления дома, является коэффициент КПД COP, равный соотношению полученной и потраченной энергии. Например, сравнительно недорогие воздухонагреватели не могут похвастаться высоким КПД – 2,5…3,5. Поясняем: продаем 1 КВТ электротехники, установка подает тепло 2,5—3,5 КВТ.

Способы извлечения тепла из водных источников: из пруда (слева) и через колодцы (справа)

Водная и почвенная системы более эффективны, их реальный коэффициент лежит в пределах 3…4,5. Производительность – переменная величина, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и расхода воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не годы разгревают теплостойкость до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды из ТН 35…40 градусов, здесь явно выигрывают котлы. Используйте рекоментацию продуктов: подключите оборудование к низкотемпературному отплытию – водяным плым полам.

Какие выгоды несет установка

Как и любая другая система, эта имеет определенные преимущества, которые может получить ее владелец.

Сборка и установка теплового насоса своими руками имеет следующие преимущества:

• Высокая экономическая эффективность. При электрической мощности в 1 кВт, например, можно против применения 3-4 КВТ тепловой энергии, которая работает программно. Также стоит отметить, что эти показатели являются усредненными, так как точные цифры сильно зависят от конструкции и типа агрегата.
• Экологичность. Собранный своими руками тепловой насос, как и вся установка, при работе не выделяет никаких вредных выбросов в окружающую среду. Использование таких устройств не наносит вреда окружающей среде.
• Универсальность. При установке традиционных систем отопления приходится постоянно платить за газ или другие вещества. Солнечные установки или ветрогенераторы не всегда работают стабильно. Тепловые насосы практически универсальны, и установить их можно где угодно. Главное, чтобы тип системы был выбран правильно.
• Стоит отметить, что система отопления достаточно многофункциональна. Если зимой он используется, как положено, для отопления, то летом его можно использовать как кондиционер.
• Безопасность системы отопления находится на достаточно высоком уровне, так как температура рабочих агрегатов не превышает 90 градусов, при работе отсутствуют токсичные выбросы, для их работы не требуется топливо. Она не опаснее холодильника.

Второй шаг. Выбор деталей для работы

Очень важно отметить, что если компрессор от старого холодильника старый, неработоспособный или сломанный, то лучше купить новый. Ремонтировать его нерентабельно, к тому же такая подробность не прослужит.

Для сборки теплового насоса из холодильника своими руками также понадобится терморегулирующий клапан. Лучшим вариантом будет, если оба элемента будут из одной системы, чтобы они точно соответствовали друг другу. Для установки напоса необходимо приобрести L-кронштейны 30-сантиметровые. Кроме того, потребуется покупка еще нескольких деталей:

• емкость в 120 литров с высокой герметичностью;
• обычный пластиковый бак емкостью до 90 л;
• потревуться также понадобятся 3 медные трубы разного диаметра;
• для трубопровода необходимо приобрести полимерные и желательно металлопластиковые трубы.

Для выполнения монтажа теплового насоса потребуются стандартные инструменты, а для резки труб будут использоваться болгарка и сварочный аппарат.

Конструктивные элементы блока теплонасоса

Конструктивно тепловой насос представляет собой корпус, в котором установлены 4 агрегата, соединенных последовательно по замкнутому контуру. Среди них:

• эппаритель;
• компрессор;
• конденсатор;
• дроссельный клапан.

Испаритель представляет собой закрытую емкость, через которую проходит трубопровод первого контура с теплоносителем, нагреваемым атмосферными источниками. Компрессор – это готовое электрическое устройство, отвечающее за повышение давления циркулирующего газа. Конденсатор представляет собой теплообменную емкость, в которой нагретый хладагент передает тепло контуру системы отопления. В конденсаторе может использоваться пластинчатый или трубчатый теплообменник из меди или легированной стали.

Дроссельный клапан – терморегулирующий элемент, предназначенный для понижения температуры и давления хладагента. В качестве теплоносителя используются рабочие жидкости с низкой температурой кипения. Как правило, это фреон или аммиак. Фирменная схема теплового насоса создана из медной трубки с толщиной стенки менее 1 мм.

Какой ТН лучше собирать

Сформулируем задачу: необходимо построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда следует ряд логических выводов:

1. При установке придется использовать минимум дорогих деталей, поэтому высокого значения КПД добиться не удастся. По производительности наше устройство будет проигрывать заводским моделям.
2. Итак, чтобы сделать чистый воздух ТН бессмысленным, проще использовать инверторный кондиционер в режиме обогрева.
3. Чтобы получить реальную выгоду, необходимо изготовить тепловой насос «воздух-вода» или построить геотермальную установку. В первом случае можно добиться КПД около 2—2,2, в остальных — достичь показателя 3—3,5.
4. Без контурового напольного опления экономию не спасти. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, не совместим с радиаторной сетью, за исключением южных регионов.

Прокладка очень контура ТН к водоему

Замечание. Производители заявляют: инверторная сплит-система работает при уличной температуре минус 15—30 °С. Фактически эффективность отопления значительно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток во входах.

Для реализации водяной версии ТН необходимо сообщение светильника (необязательно):

• водоем за 25—50 м с доением, при большем объеме доставки, электрооборудования конступныйиспользовать прочного циркуляционного насоса;
• колодец любой квартиры с возможностью закапом (дебетом) воды и места для слива (шуф, вторая квартира, точная канава, канализация);
• сборный канализационный колектров (если вам поляжат врезаться).

Расход грунтовых вод расчитать нетрудно. В процессе отбора тепла самодельный ТН понижает свою температуру до 4-5 °С, следовательно, объем потока определяется через теплоемкость воды. Для получения 1 кВт тепла (принимаем за температуру воды 5 градусов) необходимо прогнать по ТН около 170 литров в час.

Для отопления дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход 1,7 тонны в час — внушительный объём. Подобный тепловой водяной насос подойдет для небольшого загородного дома площадью 30—40 м², желательно утепленного.

сборка геотермальной системы более реальна, чем процесс производства. Вариант горизонтальной прокладки трубы на участке на глубине 1,5 м отвергается сразу – придется перелопачивать весь участок или платить деньги за услуги землеройной техники. Способ бурения скважин гораздо проще и дешевле реализовать, практически не нарушая ландшафт.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет значительную сложность для большинства домашних мастеров-любителей, мы не будем его здесь приводить. Наша задача – представить несколько работающих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять любую из них за основу для создания своего детища.

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

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» в 2006 году. Позиционируется как воздухонагреватель – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, каким бы мощным ни был бытовой холодильник, его не хватит, чтобы обогреть даже небольшой дом, а вот для 1 комнаты – хорошо. Решение реализуется 2 способами, при этом внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты подключаются напрямую для непрерывной работы. В первом случае в комнате располагается старый холодильник, конструкция насоса показана на схеме:

2 дефлектора вынесены снаружи него и врезаны во входную дверь. Воздух из верхнего канала поступает в морозильную камеру, охлаждается и за счет повышенной плотности опускается в нижний воздуховод. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение обогревается теплообменником, расположенным на задней стенке агрегата. По второму способу сделать тепловой насос своими руками так же просто, нужно только встроить холодильник во внешнюю стену, как показано на схеме:

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

Сборка корпуса теплонасоса своими руками

Я знаю принцип работы и устройство теплового насоса, его можно сделать самостоятельно.

Расчеты

Весь процесс подготовки, строительства и сборки начинается с расчетов. Для этого можно использовать программное обеспечение, предназначенное для расчета систем охлаждения (кондиционеров). Кроме того, можно очень проконсультироваться в онгазинице, продающей тепловые насосы и отключающей их. На этапе расчетов необходимо получить данные о необходимом объеме хладагента, производительности компрессора, длинах змеевиков испарительной камеры и конденсатора.

Компрессор

Перед сборкой важно иметь мощный компрессор. Для сборки теплового насоса не обязательно покупать новый агрегат – можно использовать оборудование со старым холодильником или кондиционером. При этом лучше выбирать спиральные компрессоры – они создают более высокое давление, что обеспечивает лучший нагрев хладагента.

Конденсатор

Для самостоятельной сборки конденсатора понадобится следующее:

• емкость (из нержавеющих материалов);
• медная трубка для змеевика (с толщиной стенки не менее 1 мм).

Змеевик имеет форму номотки на круглом теле нужного диаметра. При этом внутренний диаметр спирали должен быть лишь немного меньше диаметра трубы системы отопления дома. Чем меньше зазор – тем эффективнее будет теплообмен. Кроме того, для змеевика лучше брать трубку большого диаметра – увеличение площади поверхности поможет повысить производительность теплового насоса. Выбранную емкость вертикально разрезают пополам, затем в нее вертикально устанавливают заранее изготовленный змеевик.

Концы змеевика выводятся через дно и крышку бочки с выпуском на 40-50 мм. Для его фиксации мобильность пайку или гайки (контрагаеки) с палкагами. После этого в одной из частей бака делаются два одинаковых отверстия, совмещенных по вертикальной оси. Через них вставляется П-образный профиль из медной трубы с резьбой (снаружи ствола) для соединения «подающей» и «обратной» системы отопления дома. При этом змеевик должен закрыться «надетым» на трубу. После этого половина бочек сварится.

Испаритель

Для сборки камеры-испарителя нам понадобится:

• контейнер (даже пластиковый, но лучше металлический);
• медные трубки (с толщиной стенок не менее 1 мм).

Как и в случае с конденсатором, сначала необходимо разрезать ствол по вертикали пополам. Сделайте одинаковые отверстия в днище и крышке, которые будут использоваться для снятия концов катушки. В одной из частей бака выполнены два отверстия, совмещенные по вертикальной оси. При этом диаметр отверстий должен соответствовать диаметру труб, используемых для внешнего (наружного) теплообменника. После подготовки бака можно заняться медными трубами. Для епаспителя их тоже недвижимость в двух разных диаметрах:

• Для П-образного профиля «обратка» и «подачи» обраного тепломенника. Диаметр должен быть таким же, как у трубы внешнего теплообменника. С обеих сторон трубки нарезана резьба.
• Для змеевика интернет контура теплонасоса. Внутренний диаметр наматываемой спирали должен быть немного больше диаметра трубы, используемой для П-образного профиля.

КПД испарителя зависит от эффективности теплообмена. Поэтому емкость лучше брать большую, а катушку делать как можно длиннее. После подготовки змеевика и трубки их устанавливают сзади. При этом змеевик необходимо «надеть» на П-образный профиль из медной трубки, а концы всех трубок вывести из бака. После этого емкость сваривают или собирают другим способом (в зависимости от материала).

Дроссельный клапан

Этот элемент запорно-регулирующей трубопроводной арматуры лучше покупать в собранном виде. Это гарантирует надежность работы. К тому же, его цена на фоне общей экономии от сборки теплонасоса своими руками будет незначительной. При этом дроссельная заслонка должна соответствовать производительности испарителя.

Система теплового насоса собственными силами

Прежде чем продумать план, как сделать тепловой насос, необходимо измерить собственные силы:

• если вы не уверенны в производственных технологиях, но бригаду переводов не рестродных, всегда можно найти опытных середи знакомых;
• монтаж внешней части теплового насоса не терпит длительного строительства – достаточно ли у вас средств, чтобы строительство не превратилось в долгострой;
• прежде чем создавать систему, позаботьтесь о полном комплекте материала и оборудования для монтажа. Покупка нового дорогостоящего материала не всегда оправдывает себя, иногда достаточно приобрести оборудование, которое было в употреблении.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для производства ТН «вода – воздух» понадобится оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно покупать модель, оснащенную реверсивным клапаном и умеющую работать на обогреве, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. Покупая б/у кондиционер, обратите внимание на этикетку, где указаны технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр — холодная производительность прибора (в киловаттах или британских тепловых единицах — БТЕ).

Тепловая мощность устройства больше охлаждающей и равна сумме двух параметров — производительности плюс тепла, выделяемого компрессором

При некотором доле въезда вам не следует выпушать фреон и переаивать турбки. Как переоборудовать кондиционер в тепловой насос:

1. Снимите верхнюю крышку агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отверните радиатор, не перегибайте трубки с хладагентом.
2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
3. Металлический бак сделайте по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10-15 см больше. В боковых стенках врезаем краны для подачи проточной воды.
4. Чтобы радиатор не замерз, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам медные или алюминиевые пластины (в зависимости от материала теплообменника).
5. Поставьте радиатор в бак, желательно не разрезая фреоновые трубки. Сделайте герметичную крышку и опломбируйте входы схемы.
6. Подсоединить к шлангам подводящий и отводящий шланги, подключить циркуляционные насосы. Заполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник невозможно разместить в баке, не разорвав фреоновую магистраль, попробуйте откачать газ и перерезать трубки в нужных местах (дальше от испарителя). После сборки водяного тепломенного узла контур спаять и отредактировать фреоном. Количество хладагента также указано на табличке.

Теперь осталось запустить самодельный ТН и регулировать расход воды, добившись максимального КПД. Обратите внимание: в импровизированном обогревателе используется полностью заводская «начинка», вы лишь перевели радиатор с воздуха на жидкость. Как работает система вживую, смотрите видео мастера:

Сборка насоса из старого холодильника

Тепловой насос можно сделать из старого холодильника двумя способами.

В первом случае холодильник должен располагаться внутри помещения, а снаружи требуется проложить 2 воздуховода и врезать входную дверь. Верхний воздух поступает в морозильную камеру, воздух остывает, а нижний выходит из холодильника. Помещение обогревается теплообменником, который расположен на задней стенке.

По второму способу сделать тепловой насос своими руками тоже достаточно просто. Для этого вам понадобится старый холодильник, который нужно построить только вне отапливаемого помещения.

Такой обогреватель может работать при уличной температуре до минус 5 ºС.

Основные элементы конструкции тепловых насосов

Для того, чтобы установка противницы энергии функционировала по принципам работы теплового насоса, в его конструкции должны присутствовать 4 основных агрегата, а именно:

• Компрессор.
• Испаритель
• Конденсатор.
• Дроссельный клапан.

Компрессор является жизненно важным элементом конструкции теплового насоса. Его основная функция – повышение давления и температуры паров, образующихся в результате кипения хладагента. Для климатической техники и тепловых насосов, в частности, используются современные спиральные компрессоры

В качестве рабочего тела, передающего непосредственную тепловую энергию, используются жидкости с низкой температурой кипения. Как правило, используются аммиак и фреон (+)

Такие компрессоры рассчитаны на работу при минусовых температурах. В отличие от других разновидностей, спиральные компрессоры производят мало шума и работают как при низких температурах кипения газа, так и при высоких температурах конденсации. Их компактные размеры и небольшой удельный вес считаются несомненным преимуществом.

Практически вся энергия теплового насоса расходуется на транспортировку тепловой энергии снаружи внутрь помещения. Так на работу системы уходит около 1 энергетической единицы при производстве 4 — 6 единиц (+)

Испаритель как конструктивный элемент представляет собой емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент, циркулируя по замкнутому контуру, проходит через испаритель. В нем хладагент разогревается и профессия в паре. Образующийся пар под низким давлением направляется в сторону компрессора.

В компрессоре пари хладагента программа в переднюю правницу и их темпервая враскает. Компрессор передает нагретый пар в сторону конденсатора под высоким давлением.

Компрессор сжимает циркулирующую среду, что повышает ее температуру и давление. Далее сжатая среда поступает в теплообменник (конденсатор), где охлаждается, передавая тепло воде или воздуху

Следующий конструктивный элемент системы — конденсатор. Его функция сводится к выводу тепловой энергии во внутренний контур системы отопления.

Серийные модели, выпускаемые промышленными предприятиями, оснащены пластинчатыми теплообменниками. Основным материалом таких конденсаторов является легированная сталь или медь.

Для самостоятельного изготовления теплообменника подойдет медная трубка диаметром полдюйма. Толщина стенок труб, используемых для изготовления теплообменника, должна быть не менее 1 мм

Терморегулирующий, или по-другому дроссельный, клапан устанавливают в начале той части гидравлического контура, где циркулирующая среда высокого давления преобразуется в среду с низким давлением. Точнее, дроссель в паре с компрессором делит контур теплового насоса на две части: одну с высокими параметрами давления, другую с низкими.

При прохождении через расширительный дросленный ветиль циркулирующей по циксому контуру жидкость частично испаряется, в результате чего давление вместе с температурой падает. Затем она поступает в теплообменник, сообщающийся с окружающей средой. Он улавливает энергию окружающей среды и передает ее обратно в систему.

С помощью дроссельной заслонки происходит регулирование потока охлаждающей жидкости в сторону испарителя. При выборе валпана необходимо учитывать параметры системы. Клапан должен соответствовать этим параметрам.

При прохождении через терморегулирующий клапан жидкий теплоноситель частично испаряется, а температура потока снижается (+)

Делаем геотермальную установку

Если предыдущий вариант позволит добиться примерно двукратной экономии, то даже самодельная схема заземления даст КПД в районе 3 (три киловатта тепла на 1 кВт потребленной электроэнергии). Правда, финансовые и трудовые затраты также значительно возрастут.

Хотя в Интернете опубликована масса примеров сборки подобных устройств, универсальных инструкций с чертежами не существует. Мы предложим рабочий вариант, собранный и проверенный настоящим домашним мастером, хотя многие вещи придется продумывать и доделывать самостоятельно – всю информацию о тепловых насосах уместить в одной публикации сложно.

Расчет грунтового контура и теплообменников насоса

Следуя собственным рекомендациям, приступим к расчетам геотермального насоса с вертикальными П-образными зондами, размещенными в скважинах. Необходимо знать общую длину внешнего контура, а затем глубину и количество вертикальных валов.

Исходные данные для примера: необходимо отопить частный утепленный дом площадью 80 м² и высотой потолков 2,8 м, расположенный в середине полосы. Рассчитать отопительную нагрузку мы не сможем, определим потребность в тепле на участке с учетом теплоизоляции – 7 кВт.

При желании можно оборудовать горизонтальный коллектор, но тогда для земляных работ придется выделить большую площадь

Важное уточнение. Инженерные расчеты тепловых насосов достаточно сложны и требуют высокой квалификации исполнителя, этой теме посвящены целые книги. В статье приведены упрощенные расчеты, взятые из практического опыта строителей и мастеров-любителей.

Интенсивность теплообмена между землей и незамерзающей жидкостью, циркулирующей по контуру, зависит от типа грунта:

• 1 погонный метр вертикального зонда, погруженного в подземные воды, получит около 80 Вт тепла;
• в каменных грунтах теплосъемник сопадит ореда 70 Вт/м;
• глинистые почвы, насыщенные влагой, будут излучать примерно 50 Вт на 1 м коллектора;
• сухие породы – 20 Вт/м.

Справка. Вертикальный зонд представляет собой 2 петли труб, опущенных на дно колодца и заполненных бетоном.

Пример расчета длины трубы. Для извлечения необходимых 7 кВт тепловой энергии из сырого глиняного грунта потребуется 7000 Вт, разделенные на показатель 50 Вт/м, получаем глубину зонда 140 м. Сейчас трубопровод распределен по скважинам глубиной 20 м, которые можно пробурить своими руками. Итого 7 сверлений по 2 теплообменных петили, общая длина трубы – 7 х 20 х 4 = 560 м.

Следующий этап – расчет площади теплообмена испарителя и конденсатора. На различных интернет-ресурсах и форумах предлагаются некоторые формулы расчета, в большинстве случаев – неверные. Мы не возьмем на себя задачу рекомендовать подобные методы и вводить вас в заблуждение, но предложим умный вариант:

1. Обратитесь к любому известному производителю пластинчатых теплообменников, например, Альфа Лаваль, Каори, «Анвитек» и так далее. Вы можете зайти на официальный сайт бренда.
2. Заполните форму подбора теплообменника либо созвонитесь с менеджером и укажите подробную информацию, перечислив параметры среды (антифриз, фреон) – температура на входе и выходе, тепловая нагрузка.
3. Специалист фирмы произведет необходимые расчеты и предложит подходящую модель теплообменника. Среди его характеристик вы найдете главную – площадь поверхности обмена.

Пластинчатые агрегаты очень эффективны, но дороги (200—500 евро). Дешевле собрать кожухотрубный теплообменник из медной трубки наружным диаметром 9,5 или 12,7 мм. Умножьте цифру, указанную производителем, на коэффициент запаса 1,1 и разделите на длину окружности трубы, чтобы получить результат измерения.

Пластинчатый теплообменник из нержавеющей стали – идеальный вариант испарителя, он эффективен и занимает мало места. Проблема в дорогом продукте

Пример. Площадь теплообмена предлагаемого агрегата составила 0,9 м². Выбрав медную трубку ½ дюйма диаметром 12,7 мм, вычислим длину окружности в метро: 12,7 х 3,14 / 1000 ≈ 0,04 м. Ниффать объями метраги: 0,9 х 1,1 / 0,04 ≈ 25 м.

Оборудование и материалы

Будущий тепловой насос предлагается построить на базе наружного блока сплит-системы подходящей мощности (укана на таблеке). Почему лучше использовать кондиционер:

• устройство уже оснащено всеми компонентами – компрессором, дросселем, ресивером и пусковой электрикой;
• самодельные теплообменники можно разместить в корпусе холодильника;
• имеются удобные сервисные порты для заправки фреона.

Примечание. Пользователи, разбирающиеся в этой теме, подбирают оборудование отдельно — компрессор, ТРВ, контроллер и так далее. Когда есть опыт и знания, подобный подход только приветствуется.

Собирать ТН на базе старого холодильника нет необходимости – мощность агрегата слишком мала. В лучшем случае удастся «добыть» до 1 кВт тепла, чего хватит для обогрева одного небольшого помещения.

Помимо внешнего блока «сплит», потребуются следующие материалы:

• труба ПНД Ø20 мм – на земном контуре;
• полиэтиленовые фитинги для сборки коллекторов и подключения к теплообменникам;
• циркуляционные насосы – 2 шт.;
• манометры, термометры;
• качественный водяной шланг или труба ПНД диаметром 25-32 мм на обечайке испарителя и конденсатора;
• медная труба Ø9,5—12,7 мм толщиной 1 мм;
• подогреватель трубопроводов и фреоновых магистралей;
• комплект для нагрева нагревательных кабелей, укалываемых внутри водопада (понадобится для участков в случае медных трубок).

Комплект втулок для медной трубки медной трубки

В качестве внешнего теплоносителя используется солевой раствор воды или антифриза для отопления – этиленгликоля. Также понадобится запас фреона, марка которого указана на шильдике сплит-системы.

Сборка теплообменного блока

Перед началом монтажных работ наружный модуль необходимо разобрать – снять все крышки, снять вентилятор и большой штатный радиатор. Отключите электромагнит, управляющий реверсивным клапаном, если вы не планируете использовать насос в качестве охладителя. Датчики температуры и давления должны быть сохранены.

Порядок сборки основного блока ТН:

1. Подготовьте конденсатор и испаритель, вставив медную трубку внутрь шланга рассчитанной длины. На концах установите тройники для соединения контура заземления и отопления, а выступающие медные трубки загерметизируйте с помощью специального комплекта для греющего кабеля.
2. Используя в качестве сердечника кусок пластиковой трубы Ø150—250 мм, намотайте самодельные двухтрубные контуры и выведите концы в правые стороны, как показано ниже на видео.
3. Установите и закрепите оба кожухотрубных теплообменника на месте штатного радиатора, припаяйте медные трубки к соответствующим выводам. «Горячий» теплообменник-конденсатор лучше подключать к сервисным портам.
4. Установите заводские датчики, измеряющие температуру хладагента. Нагрейте оголенные участки труб и сами теплообменные устройства.
5. Поместите термометры и манометры на водопровод.

Совет. Если основной блок планируется разместить снаружи, необходимо принять меры по предотвращению замерзания масла в компрессоре. Приобретите и установите зимний комплект электрообогрева масляного картера.

На тематических форумах встречается еще один способ изготовления испарителя – медную трубку наматывают по спирали, затем вставляют внутрь закрытой емкости (ведра или бочки). Вполне разумен вариант с большим количеством змеевиков, когда рассчитанный теплообменник просто не помещается в корпус кондиционера.

Устройство грунтового контура

На этом этапе выполняются несложные, но трудоемкие земляные работы и расстановка зондов вдоль скважин. Последнее можно сделать вручную или пригласив сверлильный станок. Расстояние между соседними колодцами – не менее 5 м. Дальнейший порядок работы:

1. Прокопайте между сверлениями неглубокую транчею для укладки проводных продовенов.
2. В каждое отверстие опустите по 2 петли из полиэтиленовых трубок и залейте отверстия бетоном.
3. Подведите магистраль к месту подключения и смонтируйте общий коллектор с помощью фитингов ПНД.
4. Трубопроводы, проложенные в земле, изолировать и засыпать грунтом.

На фото слева – опускание зонда в обсадную пластиковую трубу, справа – укладка труб в траншею

Важный момент. Перед бетонированием и заливкой обязательно проверьте герметичность контура. Например, подключить к коллектору воздушный компрессор, накачать давление до 3—4 Бар и оставить на несколько часов.

При комплектовании магистралей ориентируйтесь по схеме, представленной ниже. Сливы с кранами необходимы, когда система заполнена рассолом или этиленгликолем. Две основные трубы от коллектора подводятся к тепловому насосу и подключаются к «холодному» теплообменнику-испарителю.

В самых высоких точках обоих водяных контуров необходимо разместить воздухоотводчики, на схеме не показанные

Не забудьте установить насосный агрегат, отвечающий за циркуляцию жидкости, направление потока – в сторону фреона в испарителе. Среды, проходящие через конденсатор и испаритель, должны двигаться навстречу друг другу. Как правильно заливать «холодную» сторону трассы, смотрите видео:

Аналогичным образом конденсор подсоединяется к домовой системе теплых полов. Смесительный узел с трехходовым клапаном необязателен к установке из-за низкой температуры подачи. Если необходимо совместить ТН с другими источниками тепла (солнечными коллекторами, котлами), используйте буферную емкость на нескольких выходах.

Как рассчитать мощность оборудования

Для того, чтобы произвести часть теплового напасо самостоятельно, необходимо определить все потребности в отоплении каждого помещения. Основные тепловые потери происходят:

• Из-за разницы температур между комнатой и улицей через стены.
• Через естественные несовершенства окон и дверей.
• Через систему вентиляции.

Чтобы не утомлять вас сложными расчетами и лишними расчетами, в среднем теплопотери жилого помещения составляют от 60 до 100 Вт. В качестве примера можно взять небольшой частный дом, общая площадь которого составит 150 квадратных метров. Тогда при теплопотерях 60 Вт потребуется мощность устройства на уровне 9 кВт. Но сюда необходимо добавить около 700 Вт для нагрева воды в системе отопления. В итоге, что на коттедже, общности площадью 150 м.кв. Вам понадобится устройство мощностью 9,7 кВт.

Читайте также: Дверь для бани – выбираем материал и делаем своими руками пошагово + Видео