Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленню

Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленню

Вигода від використання системи опалення на базі теплового насоса (ТН) цілком очевидна. Проте, широкого застосування цей спосіб обігріву житла у нас поки не отримав, головним чином – через дорожнечу обладнання.

Проблемою зацікавилися народні умільці. Дехто з них вирішив не відмовлятися від такої прогресивної ідеї і придумав, як спорудити тепловий насос для опалення будинку своїми руками.

Зміст

  • 1 Принцип дії
  • 2 Різновиди
  • 3 Переваги і недоліки технології
  • 4 Робимо тепловий насос своїми силами
    • 4.1 Придбання компресора (можна б/у)
    • 4.2 Виготовлення конденсатора
    • 4.3 Завершальний етап
  • 5 Способи розміщення зовнішнього контуру
  • 6 Про бівалентних системах опалення
  • 7 Відео на тему

Принцип дії

Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленнюНазва «тепловий насос» характеризує роботу даного пристрою максимально точно.

Дійсно, цей агрегат цикл за циклом як би викачує теплову енергію, причому вона може вилучатись з досить холодною за нашими мірками середовища, яка називається низькопотенційного джерела.

Під цим терміном звичайно розуміють грунт на глибині більше 2-х метрів, прохолодний зимовий повітря і навіть вкритий крижаною кіркою водойма.

Розглянемо роботу цього технічного дива поетапно:

  • У середу-джерело поміщається контур із труб, по якому циркулює антифриз або розчин солі. За час обходу контуру теплоносія повідомляється температура приблизно в +5 – +7 градусів.
  • Далі теплоносій надходить до випарника ТН, в якому знаходиться особлива речовина – холодоагент. Найчастіше в цій якості виступає фреон. За рахунок теплообміну холодоагент нагрівається до тих же +5 – +7 градусів. При цьому він переходить в газоподібний стан, оскільки закипає при температурі близько -10 градусів.
  • Тепер відбувається найцікавіше: холодоагент перекачується компресором в конденсатор, де стискається під великим тиском, внаслідок чого його температура збільшується до 70 – 80 градусів. Конденсатор омивається водою, що циркулює в системі опалення. Вона нагрівається, а потім передає теплову енергію радіаторів.
  • Через редукційний клапан холодоагент порціями скидається у випарник, де він розширюється і охолоджується. При цьому його температура стає нижче вихідних 5-ти градусів, адже частина внутрішньої енергії була передана робочої середовищі опалювального контуру на попередньому етапі. Знову відбувається нагрів від контакту з розсолом, випаровування, закачування компресором в конденсатор – і так по колу.
  • Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленню

    Принцип дії теплового насоса

    З вищенаведеного опису стає зрозумілим, що для роботи ТН необхідні два теплообмінника: в одному відбувається передача теплової енергії від зовнішнього контуру холодоагенту, в іншому – від холодоагенту повітряної або рідкому середовищі всередині будинку.

    Різновиди

    Коли говорять про види ТН, вказують середовище-джерело і середовище-одержувач, за допомогою якої здійснюється опалення будинку. Таким чином, виділяють наступні різновиди цих пристроїв:

  • ТН типу «грунт — вода»: у цьому варіанті середовищем-джерелом є грунт. Трубопровід з циркулюючим за ним розсолом або антифризом можна розташувати горизонтально від 2-х до 5-ти метрів нижче рівня землі (потрібна ділянка великої площі) – вертикально – в свердловині глибиною 150 – 200 м. Споживачем выкачиваемой теплової енергії виступає робоча середовище водяної системи опалення.
  • ТН типу «вода — вода»: в даному випадку труби зовнішнього контуру не занурюються в грунт, а в розташований поблизу водойма (якщо, звичайно, такий є в наявності). Важливо, щоб водойма навіть в найлютіший мороз не промерзав на всю глибину. Зрозуміло, занурити зовнішній контур у воду набагато простіше, ніж закопувати в грунт, тому при наявності водойми даний варіант є найбільш кращим.
  • ТН типу «повітря — вода»: ТН з самим простим пристроєм, але і найменш продуктивний. Зовнішнього контуру просто немає, випарник закріплений на стіні зовні будинку і обдувається вентилятором. Тоді як температура в грунті і воді не знижується за межі +5 градусів, повітря може охолоджуватися і до -30, тому ТН типу «повітря — вода» або «повітря — повітря» (обігрів будинку здійснюється за принципом повітряної) працює ефективно далеко не завжди.
  • Переваги і недоліки технології

    Найважливішими перевагами ТН є:

  • Економічність: на кожен кіловат спожитої електроенергії ТН видає на-гора від 3 до 5 кВт тепла. Тобто мова йде про практично дармовому опаленні.
  • Екологічність і безпека: робота ТН не пов’язана з утворенням і викидом в атмосферу будь-яких небезпечних для екології речовин, а відсутність полум’я робить цю технологію абсолютно безпечною.
  • Простота експлуатації: на відміну від газових і твердопаливних котлів ТН не потрібно чистити від сажі та кіптяви. Так само не доведеться споруджувати і обслуговувати димар.
  • Суттєвий недолік цієї технології – висока вартість обладнання та монтажних робіт.

    Наведемо простий розрахунок. Для будинку площею 120 кв. м знадобиться ТН продуктивністю 120х0,1 = 12 кВт (з розрахунку 100 Вт на 1 кв. м). Модель Diplomat від компанії Thermia з такою продуктивністю коштує близько 6,8 тис. євро. Трохи дешевше обійдеться модель DUO того ж виробника, але і її вартість не можна назвати демократичною: близько 5,9 тис. євро.

    Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленню

    Тепловий насос Thermia Diplomat

    Навіть якщо порівнювати з найдорожчим видом традиційного опалення – електричним (по 4 крб. за 1 кВт*год, 3 місяці – робота з повним завантаженням, 3 місяці – з половинною), окупність займе більше 4-х років, і це без урахування вартості монтажу зовнішнього контуру. На ділі ж ТН не завжди працює з розрахунковою продуктивністю, відповідно, і термін окупності може виявитися більш тривалим.

    Робимо тепловий насос своїми силами

    В загальних рисах інструкція по виготовленню теплових насосів для опалення своїми руками має наступний вигляд:

    • купується компресор;
    • виготовляються конденсатор і випарник;
    • встановлюється регулюючий клапан і проводиться заправка ТН фреоном.

    Придбання компресора (можна б/у)

    Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленнюКомпресор слід вибирати спіральний, а не поршневий компресор, так як він має більш високий ККД і відрізняється більшою довговічністю.

    Шумить він теж менше, що важливо, адже агрегат буде знаходитися всередині будинку.

    В саморобному ТН замість одного потужного компресора можна встановити кілька малопотужних, які будуть включатися в роботу один за іншим.

    Перевага такого варіанта – зниження величини пускових струмів у порівнянні зі схемою, що включає один компресор. «Серце» ТН слід закріпити на стіні за допомогою кронштейнів.

    Виготовлення конденсатора

    Конденсатор виготовляється у вигляді змійовика з мідної труби. Її діаметр і довжина підбираються таким чином,щоб площа поверхні відповідала значенням:

    S = P / 0.8 x dT

    Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленнюТут:

    • S, кв. м – площа поверхні конденсатора (мідного змійовика);
    • P, кВт – потужність тепловиділення;
    • 0,8 – стандартний коефіцієнт теплопровідності для міді;
    • dT, градуси – різниця температур теплоносія опалювальної системи на вході і виході в теплообмінник.

    Для додання змійовика правильної форми мідну трубу можна обертати навколо газового балона. Її стінка має бути не тонше 1-го мм, інакше при згинанні вона буде займатися.

    Конденсатор розташовують так, щоб фреон вступав до нього зверху.

    Випарник розраховують і виготовляють абсолютно аналогічно. Фреон в нього має надходити знизу.

    Найбільш ефективними є покупні пластинчасті теплообмінники, але коштують вони досить дорого: близько 400 євро. Пропонується встановити випарник і конденсатор у звичайних баках, кожний з яких підключений до відповідного контуру. Ємність бака для конденсатора становить приблизно 120 л, для випарника знадобиться менший обсяг – близько 70 л. Правда, змійовик випарника може виявитися занадто великим, в цьому випадку для нього також можна взяти бак об’ємом 120 л.

    Завершальний етап

    Завершальний етап – монтаж терморегулюючого клапана і заправка ТН фреоном R22 або R422. Для цих операцій доведеться запрошувати фахівця з відповідним обладнанням.

    Тепловий насос для опалення будинку своїми руками: принцип дії, різновиди агрегатів та інструкція по виготовленню

    Схема пристрою саморобного теплового насоса

    В даному випадку самодіяльність дійсно недоречна. Навіть нарізку мідної труби слід виконувати спеціальним інструментом, інакше в систему потрапить стружка, яка швидко виведе з ладу компресор.

    Способи розміщення зовнішнього контуру

    Існує кілька варіантів розміщення зовнішнього контуру:

  • У грунті горизонтально: труби укладаються «змійкою» з кроком близько 1 м на глибині, що перевищує глибину промерзання грунту. Довжина контуру визначається з розрахунку 20 – 30 Вт потрібної теплової потужності на 1 м. п. Пристрій такого контуру не потребує спеціальних навичок, але під нього доведеться виділити досить велику ділянку.
  • У грунті вертикально: труби зовнішнього контуру поміщають в свердловини глибиною до 200 м. В цьому випадку з 1-го м. п. вдається отримати вже 50 Вт тепла. Побудувати вертикальний контур самостійно неможливо, доведеться запрошувати бурильників. Але у нього є і перевага: ідучи вглиб, ви заощадите значну частину власної території.
  • У водоймі: при наявності водойми – самий кращий варіант, так як відпадає необхідність виробництва земляних робіт. Труби контуру укладають на дні спіраллю і притискають вантажем. Продуктивність по теплу – близько 30-40 Вт/м. п.
  • На повітрі: в цьому випадку, як уже зазначалося, зовнішній контур зовсім відсутня. Випарник необхідно закріпити на вулиці, встановивши поруч з ним вентилятор.
  • Рух робочого середовища в зовнішньому контурі забезпечується циркуляційним насосом.

    Про бівалентних системах опалення

    У високих широтах навіть покупної ТН може не забезпечувати достатньої кількості тепла.

    У цьому випадку можна спорудити бивалентную опалювальну систему.

    Від моновалентною вона відрізняється наявністю декількох принципово різних джерел тепла.

    Так, наприклад, тепловий насос можна поєднати з сонячним колектором або твердопаливним котлом.

    Відео на тему

    Сподобалася стаття? Поділитися з друзями: