Тепловой насос своими руками — Самостоятельная установка и расчет оборудования до мелочей


Тепловой насос своими руками

Рано или поздно владельцу дома приходится решать вопрос отопления и горячего водоснабжения своего дома. Если хозяину дома повезло и на его участке проходит газопровод то все решается довольно-таки легко и быстро. Необходимо просто подготовить документы на газификацию дома и вопрос решен.

Но что делать, если дом находится в том месте, где газопровода нет, а приобрести его можно только в баллонах? Как вариант, можно использовать электричество, но это слишком дорого и вряд ли ваш бюджет не пострадает от такого способа отопления. Хорошо, а какие варианты есть подешевле? А дешевле будет топить печку дровами или углем, но это весьма затруднительно и не эффективно, да и не варвар же вы какой-то, чтобы в 2019 году (момент написания этой статьи) обогревать свой дом таким способом. Поэтому мы с вами рассмотрим альтернативные источники энергии, которые могут извлекать тепло хоть из воздуха, хоть из воды, хоть из земли. К этим источникам энергии относится тепловой насос. Установить тепловой насос своими руками задача не из простых, но сделать это по силам каждому. В этой статьи мы и рассмотрим все тонкости и нюансы данного процесса. Поехали.



1. Разновидности тепловых насосов

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


1.1. Грунт-Вода

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


1.2. Воздух-вода

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


1.3. Вода-вода

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


2. Принцип работы теплового насоса

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

Принципиальная схема работа теплового насоса (Кликайте на картинку, чтобы увеличить)


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

1. В коллектор подается незамерзающая смесь – это может быть вода со спиртом, соляной раствор или гликолевая смесь – которая поглощает тепловую энергию и транспортирует ее к насосу.

2. В испарителе энергия переходит к хладагенту (веществу с низкой температурой кипения) от чего последний вскипает и превращается в пар.

3. Компрессор увеличивает его давление, а, следовательно, повышается и температура.

4. Через конденсатор тепловая энергия передается теплоносителю внутридомовой системы отопления, а хладагент дополнительно охлаждается для «выжима» оставшегося тепла, переходит в жидкое состояние и отправляется обратно в коллектор.

5. Дальше процесс повторяется по той же схеме.

Если говорить совсем просто, тепловой насос это некий «холодильник наоборот». В холодильнике тепло, отдаваемое продуктами питания, нагревает хладагент, циркулирующий по трубам, и, в конце концов, выводится на заднюю стенку. Вот это самое тепло и используется в системе с тепловым насосом для подогрева теплоносителя. Во время работы система потребляет электрическую энергию, но в значительно меньших количествах, чем обычный электрокотел. Так, потребляя 1кВ электроэнергии, тепловой котел отдает в систему отопления 5 кВ тепловой энергии.


3. Расходы и окупаемость

К сожалению, установка подобного оборудования неизбежно повлечет за собой достаточно серьезные расходы. На ее покупку и монтаж придется потратить значительно больше, чем на обычный электрический котел такой же мощности. Естественно возникает вопрос, а стоит ли оно того? Да, стоит. При установке такой системы отопления в новый дом, площадью 100м2, дополнительные затраты окупятся за 1,5-2 года, а дальше вы будете только экономить. Кроме того, тепловой насос способен работать еще и как кондиционер, то есть в жару охлаждать помещение. В этом случае происходит обратный процесс, тепло из дома передается хладагенту и выводится через теплообменник наружу.


4. Как выполнить расчет оборудования?

Расчет мощности теплового насоса необходимо производить исходя из уровня теплопотерь вашего дома. Безусловно, перед установкой подобного оборудования необходимо принять всевозможные меры по утеплению стен, крыши, пола и окон здания. Как правило, для старых, плохо утепленных домов тепловая потребность составляет 75 Вт/м², для относительно новых построек с современной теплоизоляцией – около 50 Вт/м², а для низкоэнергетических зданий, построенных с применением специальных технологий — 30 Вт/м². Необходимо отметить, что такую установку лучше всего закладывать в проект еще строящегося здания. Это позволит устроить наиболее пригодную для этого вида обогрева систему отопления. Как показывает опыт, наилучшим вариантом внутридомовой отопительной системы с использованием теплового насоса является водяной теплый пол. НО при расчете его мощности необходимо обязательно учитывать тип напольного покрытия. Идеальным вариантом станет керамическая плитка, а вот ковровые покрытия, ламинат и паркет из-за своей низкой теплопроводности требуют увеличения температуры теплоносителя на 5-8 градусов.


5. Экологичность и безопасность

Для тех, кто заботится об экологической безопасности своего жилища, идеальным вариантом комфортной отопительной системы может стать именно тепловой насос, принцип работы которого не предусматривает выброса в атмосферу таких вредных соединений, как CO, СO2, SO2, PbO2, NOх. Что же касается возможности взрыва или возникновения пожара, то, при нормальной изоляции электрических проводов, ее нет. Чего, к сожалению, нельзя сказать о котлах на жидком топливе или природном газе. Система теплового насоса сконструирована таким образом, что перегрев ее деталей, достаточный для взрыва или воспламенения, невозможен.


6. Как сделать тепловой насос самостоятельно?

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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. После установки змеевика свариваем половинки бака, не забыв вварить резьбовые соединения.

Самодельный испаритель для теплового насоса

Самодельный испаритель для теплового насоса

4. 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.

5. 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.


7. Правила установки

Итак, основная часть системы готова, теперь осталось подсоединить ее к устройству забора и устройству распределения тепла. Если со вторым все, то с первым придется повозиться. Понятно, что человек, который умеет собирать тепловые насосы своими руками не станет вызывать для подключения этого оборудования специалистов. Да и купив готовый насос, можно на тратиться на установку, а осуществить ее самостоятельно. Делаем все сами. Процесс установки устройства забора тепла зависит в первую очередь от типа насоса. Рассмотрим тонкости установки каждого из них.


7.1. Вертикальный насос типа «грунт-вода»

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

Расположение зондов теплового насоса грунт-вода

Расположение зондов теплового насоса типа «Грунт-вода»

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


7.2. Горизонтальный насос типа «грунт-вода»

Расположение горизонтального подземного коллектора

Расположение горизонтального подземного коллектора

Вариант №1 В этом случае используется коллектор, образованный системой труб. Его необходимо расположить ниже уровня промерзания почвы. Точная глубина зависит от климатической зоны и составляет, как правило, 1-1,5м. Достаточно просто снять слой почвы (при помощи техники или вручную), уложить трубы и осуществить обратную засыпку.

Вариант №2 Есть и еще один способ – прокладка отдельных труб в траншеях. Для его применения необходимо вырыть несколько траншей, глубина которых опять-таки будет превышать глубину промерзания, и уложить в них трубы петлей.


7.3. Насос типа «воздух-вода»

Расположение коллектора

Расположение коллектора «воздух-вода»

Такой насос извлекает тепло из воздуха, а значит, его монтаж не требует масштабных земляных работ. Достаточно выбрать место для установки коллектора недалеко от дома или на его крыше и соединить с системой внутридомового отопления.


7.4. Насос типа «вода-вода»

Расположение коллектора

Расположение коллектора «вода-вода»

Коллектор для такого насоса собирают на суше из ПНД-труб, заполняют теплоносителем и только потом переносят к водоему. Все трубы необходимо погрузить в воду и аккуратно переместить к центру водоема (или на необходимую глубину).


8. Бивалентная схема отопления

Использование такой схемы поможет сэкономить на этапе изготовления и монтажа насоса. Дело в том, что расчет мощности теплового насоса производится исходя из минимальной возможной температуры. Но ведь пиково низкие температуры стоят на улице только очень короткое время, а значит, большую часть года тепловой насос будет использовать только часть своего потенциала мощности. Для того чтобы иметь возможность установки мене мощного насоса параллельно с ним подключают дополнительный источник тепла – электрический котел. Тогда, в сильные морозы вы можете дополнительно «подтапливать» помещение. Учитывая, что таких дней в году бывает немного, такой подогрев не сильно ударит по кошельку, а на стоимости насоса можно значительно сэкономить. Возможно так же использование в качестве дополнительного оборудования котла на твердом топливе. В этом случае в систему отопления необходимо включить байпас.


9. Обзорное видео

Данное видео поможет закрепить знания:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *