Как сделать тепловой насос своими руками

Вопрос отопления дома — один из первых пунктов, который нужно тщательно продумать, начиная строительство собственного жилья. При выборе источника отопления и приготовления горячей воды обращают внимание на ряд факторов:

Геотермальное отопление: как это работает

Для швейцарцев, отопительные системы зданий на основе геотермальных теплонасосных установок, являются такой же обыденной вещью как для нас холодильники. Правила работы этого устройства схожи с кондиционером реверсного типа. Это означает, что тепловой насос способен не только отапливать помещение, но и давать холод в жаркие дни.

Главное отличие устройства от систем кондиционирования — адаптация изделия для эксплуатации при отрицательных температурах. Если кондиционер при минусе за окном существенно снижает производительность тепла, вплоть до остановки, то геотермальный насос продолжает с должным эффектом выполнять свои функции в любой обстановке. Даже в самые сильные морозы отопление тепловым насосом высокоэффективно обеспечивает комфортный уровень температуры внутри всех помещений.

Как работает тепловой насос «воздух-вода»

Тепловой насос – ещё один шаг технологий в сторону энергоэффективности. Система отопления, построенная на его использовании, способна преобразовывать низкопотенциальную энергию внешнего мира (воздух, земля, вода) в высокопотенциальную тепловую, для обогрева дома. За основу взят принцип работы холодильников, но наоборот. Тепловая установка не занимается выработкой тепла, а транспортирует его извне в помещение.

Внимание! 1кВт электрической энергии, которую агрегат тратит на вращение вала компрессора, на выходе (в конденсаторе) даёт примерно 3,5 — 5,0 кВт тепла для обогрева дома.

Установка типа «воздух-вода» функционирует таким образом:

Как работает тепловой насос «воздух-вода»
  1. Мощный вентилятор наполняет аппарат уличным воздухом.
  2. Воздух вступает в контакт с испарителем. Внутри него циркулирует хладагент.
  3. Под действием воздуха хладагент (температура 6°С) закипает, испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор.

    Система отопления дома

  4. Компрессор сжимает газ, нагревая его примерно до 75-85°С.
  5. Газообразный хладагент под давлением переходит в компрессор, конденсируется, а полученное тепло через теплообменник он передаёт отопительной системе.
  6. Жидкий хладагент возвращается в испаритель, проходя по пути через расширительный клапан (температура падает ещё больше). Цикл повторяется.

Совет. Тепловые насосы любого вида специалисты советуют устанавливать в отопительной системе, оснащенной не классическими радиаторами. Лучше подойдут те, которые не нуждаются в высокотемпературном подогреве теплоносителя: воздушное отопление, тёплый пол, радиаторы большой площади и т.п. Подобных приборов в системе должно быть не менее 65%.

Воздушное отопление – что это?

Воздушное отопление – что это?

При использовании практически любой конструкций обогрева жилища последним элементом передающим тепло от теплогенератора ко всем объектам в комнате, в том числе человеку является воздух, который был нагрет выступающими в роли посредников радиаторами, трубами, теплыми полами и прочими агрегатами.

Воздушное отопление – что это?

Чаще всего, в этих посредниках и кроются все проблемы, неудобства и львиная доля потерь энергии. Исключить это слабое звено, можно используя обогрев воздухом, благодаря чему тепловая энергия передается напрямую в пространство обогреваемого помещения, потому что терморегуляция происходит за счет нагнетания прогретого воздуха в комнату.

Воздушное отопление – что это?

В такую систему входят следующие компоненты:

Воздушное отопление – что это?
  • Сеть воздухоотводящих каналов, позволяет для обогрева нагнетать теплый воздух в комнаты во всем доме.
  • Водяной калорифер или теплогенератор для подогрева воздуха.
  • Распределяющие головки вентилятора, для управления движением воздушных потоков по дому.
Воздушное отопление – что это?

Принцип работы

Воздушное отопление – что это?

Воздушное отопление – что это?

Основной составляющей теплогенератора является камера сгорания, горелка и калорифер. Холодный воздух подается в теплообменную камеру нижним вентилятором. При сгорании топлива генерируется тепловая энергия, нагревающая теплообменник и циркулирующий сквозь него воздух, который потом идет вверх по воздуховодам, распределяясь по комнатам здания.

Воздушное отопление – что это?

В соответствии с конкретным типом агрегата, теплогенераторы могут функционировать на магистральном и сжиженном газе в баллонах, или дизеле. Горелки отличаются неприхотливостью и работают при сжигании любого топлива. Кроме того их можно менять на новые устройства даже в стандартных нагревателях.

Воздушное отопление – что это?

Правда, совместно с ними устанавливается и вся подводящая конструкция. Отработанные газы удаляются из системы посредством стального дымохода.

Воздушное отопление – что это?

Теплоноситель в виде теплого воздуха транспортируется по специальным воздуховодам, которые могут иметь как круглое, так и квадратное сечение. Первый вариант выигрывает по аэродинамическим характеристикам и обеспечивает более свободное движение теплоносителя по трубе диаметром от 10 до 30 см.

Воздушное отопление – что это?

Второй более прост при монтаже и легко размещаем за счет коробов квадратной формы 10х15 или 32х40 см.

Воздушное отопление – что это?

Заключение, выводы, рекомендации

На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что отопление дома с помощью системы воздушного отопления – это прекрасное решение. Таким образом можно обеспечить тщательный прогрев всех имеющихся в доме помещений, обеспечить при этом оптимальный важно, что подобные коммуникации могут обеспечить не только обогрев в холодный период года, но и кондиционирование в жаркий. При этом не понадобится установка дорого оборудования. Альтернативой данному способу может стать обогрев дома другими способами: с помощью печей, горячей воды. Горячий воздух имеет ряд преимуществ перед ними.

К ним можно отнести высокий коэффициент полезного действия, низкие теплопотери при эксплуатации системы, приятный внешний вид, долговечность, возможность регулирования работы оборудования и многое другое. К недостаткам можно отнести затраты на приобретение установки, низкую не менее, все больше владельцев домов используют именно воздушное отопление, особенно это касается больших коттеджей. Нужно помнить, что при проектировании большое внимание нужно уделить расчетам требуемой мощности установки, объему подаваемого воздуха, а также соблюдению пожарной безопасности, поэтому сперва понадобится разрешение пожарной инспекции.

Варианты внешних контуров теплового насоса

Внешний контур может представлять собой трубопровод-теплообменник, который забирает тепло из скважины, почвы или водоема. Каждый из этих вариантов имеет свои особенности, преимущества и недостатки, как при монтаже, так и при эксплуатации. Поэтому рассмотрим их подробнее.

Источник тепловой энергии – скважина

Для того, чтобы использовать такой источник тепла, необходимо пробурить скважину (одну глубокую или несколько мелких) или использовать уже имеющуюся. Считается, что из одного погонного метра скважины можно получить 50-60 Вт тепловой энергии. Поэтому для 1 кВт мощности теплового насоса потребуется около 20 м скважины.

Варианты внешних контуров теплового насоса

Внешний контур теплового насоса в скважине

Преимущество: скважина не занимает много места на участке и отличается большой теплоотдачей.

Недостаток: скважину, особенно глубокую, необходимо бурить с помощью с помощью специальных механизмов или машины.

Источник тепла – грунт на участке

В этом случае трубу внешнего контура необходимо уложить на глубину, превышающую максимальную глубину промерзания в данном районе. При этом может быть два варианта укладки: вынуть весь грунт на определенной площади и уложить трубу в виде зигзагов, а потом засыпать все грунтом или можно уложить трубу в вырытые для этого траншеи.

Тепловой насос «грунт-вода»

Варианты внешних контуров теплового насоса

Для 1 кВт мощности теплового насоса, в зависимости глубины укладки, плотности и обводненности грунта, может понадобится 35-50 м контура. Минимальное расстояние между трубами контура – 0, 8 м.

Недостатки такого вида внешнего контура:

  • для его размещения необходима достаточно большая площадь, на которой впоследствии нельзя будет высаживать деревья или кустарники, а только газон, цветы или однолетние растения;
  • большой объем земляных работ.

Внешний контур в воде

Еще один вариант внешнего контура – труба укладывается на дно ближайшего водоема, если он есть рядом с домом. При этом водоем должен быть достаточно глубоким, чтобы не промерзать до дна зимой. Из одного погонного метра такого внешнего контура можно получить максимум около 30 Вт тепловой энергии ( минимум 30 м трубы на 1 кВт мощности теплового насоса). Для того, чтобы уложенный на дно трубопровод не всплывал, на него устанавливается груз – около 5 кг на каждый погонный метр.

Внешний контур теплового насоса в водоеме

Варианты внешних контуров теплового насоса

Преимущество: нет необходимости бурить скважину или выполнять земляные работы на большой площади.

Главный недостаток такого внешнего контура: не всегда рядом с домом есть подходящий водоем.

Сооружение и установка теплового насоса своими руками

Тепловые насосы для отопления своими руками — целесообразный и быстро окупаемый проект. Для собственного конструирования агрегата нужно:

  1. Купить компрессор.
  2. Соорудить испаритель (из пластиковой бочки объемом около шестидесяти литров) со змеевиком внутри
  3. Смастерить конденсатор, используя медный змеевик (толщина не менее одного миллиметра), помещенный в металлический или пластмассовый бак (лучше применять нержавеющий). Емкость разрезается на две равные части, в него вставляется змеевик и после этого бак запаивается.
  4. Привлечь специалиста по запаиванию трубки и наполнению емкости фреоном.
  5. Полученную конструкцию присоединить к тепловой системе помещения.
  6. Подключить наружный контур. Особенности этой работы зависят от типа ТН.

Перед началом конструирования такой системы обогрева жилых помещений желательно сделать точный термодинамический расчет, чтобы потом не разочароваться, ведь не всегда затраты на создание ТН своими руками оправданы. Инженер-проектировщик справится с поставленной задачей и учтет многочисленные параметры (затраты на установку мощного оборудования, «способности» здания к потере тепла и др.)

Особенности водяной отопительной системы

Принцип функционирования водяной отопительной системы построен на физических законах. Подогретый теплоноситель поднимается, охлажденный – спускается. Иными словами, лучшая циркуляция жидкости в системе отопления будет при большой температурной разнице выхода и возврата в котел теплоносителя. Оптимальная разница 25°.

Чтобы знать, как правильно сделать отопление в частном доме, необходимо ознакомиться со следующими правилами.

Особенности водяной отопительной системы
  • Установка котла должна быть выполнена на 2 метра ниже уровня трубной системы и батарей, в самой нижней точке отопительного контура;
  • При необходимости следует провести теплоизоляцию стояка, по которому жидкость поднимается в помещения;
  • при естественном циркуляции теплоносителя длина труб должна быть менее 30 метров;
  • для одноэтажного строения с естественным движением теплоносителя необходимо выполнить обратку с уклоном;
  • для многоэтажных строений необходимо устанавливать дополнительно насосное оборудование.

Укладка труб под уклоном

Недостатки тепловых насосов

Территория для бурения, шум в котельной, 3-х фазная электросеть — это скорее всего особенности установки/эксплуатации тепловых насосов. Тепловые насосы австрийкой компании Heliotherm сумели избавиться от этих особенностей.

Для бурения почти всегда можно найти территорию возле дома, даже если он уже построен. Наши специалисты покрывают пленкой территорию, которую могут загрязнить во время бурения скважин, чтобы везде было максимально чисто. Если буриться нет возможности, тогда можно установить воздушный тепловой насос.

Воздушные тепловые насосы компании Heliotherm — самые тихие на рынке тепловых насосов Европы (18 Дб на расстоянии 3 метров от наружного блока теплового насоса Воздух-Вода серии Sensor Solid).

Самый тихий тепловой насос Воздух-Вода на рынке.

Недостатки тепловых насосов

Внутренний блок теплового насоса, что устанавливается в котельной оборудован самым современным компрессором, который максимально изолирован, чтобы снизить уровень шуму к минимуму.

В модельном ряде тепловых насосов Heliotherm есть модели, которые не требуют 3-х фазного подключения и не столь требовательны к электросети.

Так что, тепловые насосы не обладают никакими недостатками? Нет. Основной и самый главный недостаток тепловых насосов это …

Тепловой насос «Вода-вода»: принцип работы

Также не стоит сразу отбрасывать возможность использования кинетической энергии воды. Дело в том, что на большой глубине температура остается достаточно высокой и изменяется в небольших диапазонах, если это вообще происходит. Вы можете пойти несколькими путями и использовать:

  • Открытые водоемы, такие как реки и озера.
  • Грунтовые воды (скважина, колодец).
  • Сточные воды (обратное водоснабжение).

С экономической и технической точки зрения проще всего наладить работу геотермального насоса в открытом водоеме. При этом существенных конструктивных отличий между насосами «грунт-вода» и «вода-вода» нет. В последнем случае погружаемые в открытый водоем трубы снабжаются грузом. Что касается использования грунтовых вод, то конструкция и монтаж более сложные. Необходимо выделить отдельную скважину для сброса воды.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.

Воздушный тепловой насос.

Читайте также:  Варианты отопления дачного дома своими руками