Тепловой насос для отопления дома: классификация, схема работы. Тепловой насос схема

Тепловой насос своими руками для отопления дома: схема вода-вода, воздух-воздух

В центре нашей планеты располагается мощный источник тепла — раскаленное ядро. Благодаря этому, на протяжении всего существования цивилизации у человечества всегда будет возможность использовать это тепло в своих целях. Помимо этого, окружающая среда (воздушные массы, вода в водоемах) аккумулирует энергию Солнца. Тепловые насосы для отопления дома — геотермальные, воздушные и водяные функционируют, используя тепловую энергию природы.

Тепловой насос для отопления дома

Базовый принцип функционирования

Тепловой насос извлекает низкотемпературную энергию тепла из окружающей среды и преобразует ее в высокотемпературную, которая идет на нагрев жидкости в контуре отопительной системы или напрямую греет воздух в помещении. Функционирование теплонасоса базируется на физических и химических законах, давно открытых наукой.

Чтобы разобраться, как работает тепловой насос для отопления дома, нужно вспомнить принцип работы обычного холодильника. Отличие заключается в том, что процессы идут в обратной последовательности. В случае с холодильником рабочее вещество испаряется, за счет чего продуцирует холод. А в тепловом насосе рабочее вещество конденсируется и отдает при этом тепло.

Конструкция холодильника включает испаритель (морозильную камеру) — это источник холода в системе. Излишки тепла попадают на конденсаторную решетку (она расположена с тыльной стороны корпуса) и выбрасываются в воздух.

Теплонасос также нуждается в испарителе, который должен контактировать с природным источником низкотемпературной энергии. К ним относятся:

воздушные массы снаружи дома;
глубинная часть незамерзающих водоемов;
земная кора ниже точки промерзания грунта.

В системе присутствует конденсатор — устройство, которое обеспечивает теплообмен. По сути, тепловой насос напоминает холодильник, в котором тепло целенаправленно уходит на прямой или косвенный обогрев помещения, а не выбрасывается в атмосферу за ненужностью.

Тепловой насос — система, которая работает циклически, ее рабочее вещество, как и в холодильнике — хладагент. В состав теплонасоса входит три контура:

внешнего сбора — проложен во внешней среде, по нему перемещается теплоноситель с подходящими характеристиками, обычно это антифриз;
коллектора — в его состав входит коллектор, теплообменники, клапаны и т.д.;
внутреннего снабжения — для отопления помещений или поставки горячей воды в систему ГВС.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Принцип работы тепловых насосов для отопления дома достаточно прост. Пока теплоноситель движется по рабочему контуру (он может находиться на воздухе, в воде, в грунте), он получает низкую энергию тепла. Далее теплоноситель поступает в первый теплообменник — это испарительная камера, где он отдает аккумулированное тепло хладагенту, который циркулирует по внутреннему контуру системы.

Хладагент в жидком виде перемещается в испарительную камеру, где под воздействием низкого давления и температуры +5°С переходит в газообразное состояние. Газ поступает в компрессор, и в результате сжатия его температура скачкообразно возрастает. Газ движется дальше, в конденсатор, и отдает эту тепловую энергию системе отопления. Избавившись от излишков тепла, газ переходит в жидкое состояние, и цикл начинается заново.

Первичные контуры и функциональность системы

Для работы теплонасоса требуется источник тепловой энергии, которым может служить любая среда при условии, что в зимнее время ее температура стабильно будет превышать +1°С. Таким образом, практикуется установка агрегатов, получающих тепловую энергию из воды, воздуха и земли (из грунта или пород глубокого залегания).

Вода

Для прокладки первичного контура подходит любой естественный или искусственный водоем, при условии, что он не промерзает до дна. Длина трубопровода, погруженного на дно, определяется при расчете мощности теплового насоса — один метр смонтированного змейкой или кольцами трубопровода позволяет получить до 30 Вт тепловой энергии. То есть, теплонасос с трубопроводом длиной 500 метров способен обогреть дом, у которого потребность в тепле составляет 15 кВт.

Горизонтальный трубопроводный контур, уложенный кольцами

Принцип работы теплового насоса вода-вода заключается в том, что полученное тепло используется на нагрев жидкого теплоносителя в радиаторной системе отопления или контуре теплого пола. Функциональность теплового насоса вода-вода достаточна, чтобы обеспечивать стабильный напольный обогрев, так как позволяет поддерживать температуру теплоносителя на уровне 45-60 градусов. Для полноценного радиаторного отопления с таким температурным режимом дом требуется серьезно утеплить.

Воздух

У теплового насоса вода-вода коэффициент преобразования в среднем составляет 1,5-2,2. В то время как тепловой насос воздух-воздух или воздух-вода превышают этот показатель приблизительно в два раза — коэффициент преобразования более 4.

Тепловые насосы, работающие по схеме «воздух-воздух» широко распространены, поскольку они не нуждаются в монтаже больших контуров. Любой инверторный кондиционер, сплит-системы, работающие на обогрев помещения, по сути, являются тепловыми насосами с небольшой эффективностью.

Принцип работы воздушного теплового насоса

Воздушный тепловой насос имеет существенный недостаток — в морозную погоду ему негде брать тепло. Некоторые модели агрегатов рассчитаны на работу при -20°С, в остальных случаях предел не опускается ниже -10°С.

Помимо агрегатов «воздух-воздух» существует тепловой насос системы воздух-вода. Его отличие в том, что полученная тепловая энергия греет не воздух в помещении, а теплоноситель в отопительном контуре.

Принцип действия теплового насоса воздух-вода стандартный. При этом испаритель, дополнительно оснащенный вентилятором, устанавливают снаружи дома, а компрессор и конденсатор внутри. Подсоединив к теплообменнику водяной контур, можно обустроить напольный обогрев помещения.

Земля

Самым стабильным природным источником тепла являются горные породы на глубине свыше 20 метров, так как они постоянно подогреваются теплом от земного ядра. Но под установку контура из U-образной трубы приходится бурить глубокие скважины, что сказывается на цене установки. Геотермальные установки эффективны, но окупаются только через 10-15 лет эксплуатации при условии качественного утепления дома.

Тепловой насос "Земля-Вода"

Более дешевый в монтаже вариант подразумевает укладку контура на полметра ниже уровня промерзания грунта. Схема укладки — змейкой или кругами. Монтаж такой системы требует большого объема земельных работ, кроме того, внешний контур может быть поврежден в процессе эксплуатации.

Самодельные установки

Агрегат, добывающий тепло из окружающей среды, можно создать самому, если взять за основу бытовой холодильник или кондиционер. Рассмотрим подробнее, как смонтировать тепловой насос своими руками. Подходящей альтернативой отоплению загородного дома послужит такая система, поскольку она не требует дорогостоящего подключения к газовой сети или постоянной заботы о покупке и доставке топлива.

Теплонасос из холодильника

Использование холодильника в качестве базиса для изготовления теплового насоса напрашивается по очевидной причине — конструкция агрегата включает такой ключевой элемент как компрессор.

На первом этапе работ следует изготовить конденсатор в виде емкости с теплообменным контуром в виде змеевика. Самодельный контур для циркуляции теплообменника лучше всего выполнить из тонкой медной трубки, предназначенной для монтажа инженерных сетей. Толщина стенки должна составлять не менее 1 мм. Трубку наматывают ровными витками на цилиндрический предмет подходящего диаметра. Затем готовый змеевик снимают с цилиндра. Для жесткости поверх витков змеевика можно установить перфорированные алюминиевые уголки, чтобы с равным шагом фиксировать витки к их отверстиям.

Тепловой насос из холодильника

Самодельный конденсатор представляет собой емкость из прочного материала, устойчивого к высоким температурам. Лучше всего выбрать бак из нержавеющей стали емкостью порядка 100 литров. Чтобы в ходе монтажа змеевик не деформировался, рекомендуется разрезать резервуар, установить туда контур, и сварить разрезанную емкость обратно. При этом в баке следует прорезать выходные отверстия для концов змеевика — сверху и снизу. В отверстия ввариваются резьбовые патрубки.

На следующем этапе необходимо установить компрессор от старого бытового холодильника. Предварительно проверьте его исправность. Компрессор монтируют на стену помещения при помощи кронштейнов, и рядом с ним устанавливают остальное оборудование.

Трубы внутреннего контура заводят в испаритель — пластиковую емкость, объем которой должен соответствовать объему конденсаторного бака. Внутрь испарителя ставят змеевик из трубы, диаметр которой составляет ¾ дюйма. Для монтажа водяного контура применяются трубы ПВХ. На заключительном этапе систему заправляют фреоном — это должен сделать специалист, располагающий соответствующим оборудованием.

Тепловой насос из холодильника способен обогревать небольшое помещение или постройку — гараж, мастерскую.

Теплонасос из кондиционера

Самодельный тепловой насос из кондиционера изготавливается несколькими способами. К особенностям кондиционера можно отнести схожесть принципов его работы с функционированием теплового насоса. Но есть и ряд отличий, в том числе касающийся температурного режима работы — сплит-системы не приспособлены для функционирования при низких температурах. Чтобы из кондиционера выполнить тепловой насос, требуется самостоятельно модифицировать имеющуюся конструкцию.

Работа теплонасоса из кондиционера

Способ 1. Наружный блок кондиционера меняют местами с внутренним, в котором расположен испаритель. Функция испарителя в тепловом насосе — передавать низкопотенциальное тепло. Во внешнем блоке находится конденсатор, передающий тепловую энергию. Теплоносителем в системе служит вода или воздух. Если выбрана вода, конденсатор требуется смонтировать внутри резервуара, где будет передаваться тепло.

Способ 2. Климатическая техника полностью разбирается, а ее детали идут на сборку классической схемы, в которой задействованы испаритель, компрессор и конденсатор.

Из этого следует

Теплонасосы зарекомендовали себя как удобный и экономичный дополнительный источник тепла, подходящий в первую очередь для низкотемпературного обогрева домов — теплого пола, потолочной или плинтусной системы.

Такая установка может взять на себя обеспечение дома теплом в течение всего отопительного периода за исключением экстремально холодных дней, если речь идет не о геотермальном теплонасосе, функциональность которого не зависит от капризов природы. Поэтому параллельно отопительная система должна быть подключена к обычному котлу.

Чтобы по максимуму использовать получаемую тепловую энергию, необходимо позаботиться о качественном утеплении дома, обогреваемого такой установкой. Недостатком является высокая стоимость монтажа по-настоящему эффективной установки.

Видео по теме:

profiteplo.com

Тепловой насос для отопления дома: классификация, схема работы

Использование теплового насоса для отопления дома

Содержание статьи

Впервые надежно функционирующий экземпляр теплового насоса разработал австрийский инженер Петер Риттер фон Риттингер еще в 1855 году, но долгое время не был востребован. В 1940-х годах появились первые серийные образцы, но толчок к его широкому распространению дало нефтяное эмбарго 70-х годов, когда стал возникать интерес к энергосбережению. Тепловой насос для отопления дома становится все более популярным из-за своих малых расходов на эксплуатацию. Он стал практически идеальным агрегатом для использования в автономном отоплении.

Схема работы

Упрощенно можно представить себе работу теплового насоса как работу «холодильника наоборот». Задняя стенка холодильника всегда теплая, а временами горячая, а внутри него поддерживается низкая температура. Теперь, если представить, что теплый змеевик обогревает дом, а холодильная камера расположена вне его, то и получим приблизительную схему работы теплового насоса.

Схема теплового насоса

Коэффициент полезного действия теплового насоса составляет не менее 150 процентов, то есть, затратив 1 киловатт электроэнергии, возможно получить как минимум 1,5 киловатта энергии тепловой. И в этом нет никаких чудес и нарушения законов физики: электрическая энергия не преобразуется в тепловую, а расходуется на ее добывание из бесплатных источников. Бесплатный источник в этом случае – не соседний фонарный столб, а та энергия, которую накопила среда, где размещен внешний контур теплового насоса.

Тепловой насос для отопления дома имеет три рабочих контура:

Во внешнем находится обычный незамерзающий теплоноситель, который нагревается от той среды, где размещен этот контур.
Во внутреннем циркулирует особая жидкость с низкой температурой кипения.
Третий контур предназначен для размещения внутри дома.

Первый контур отбирает тепло у различных объектов, которые зимой имеют постоянную положительную температуру. Это может быть:

вода в близлежащем водоеме;
грунт;
воздух;
подземные воды и т.п.

Охлажденный теплоноситель циркулирует по этому контуру, постоянно отбирая тепло у окружающей его среды и нагреваясь.

Во внешнем контуре теплоноситель нагревается от окружающей его среды

Далее этот контур передает тепло второму. При этом хладагент, движущийся по нему, нагревается, закипает, превращается в газ и попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. Любой газ при сжатии выделяет тепло, и используемый хладагент в этом не исключение. Он нагревается до температуры 30-60 градусов Цельсия.

Во втором контуре хладагент нагревается до высокой температуры

Затем это тепло передается третьему контуру, который и разносит его по комнатам загородного дома, обеспечивая его отопление.

Отдавший значительную часть своей тепловой энергии хладагент после этого попадает в расширительный бачок, где его давление резко снижается и опять превращается в жидкость, снова готовую принимать тепло из первого контура.

Третий контур разносит тепло по комнатам отапливаемого дома

Работая по этому принципу, тепловой насос тратит электроэнергию не на нагрев теплоносителя в последнем контуре, а на работу циркуляционных насосов и компрессора. По сути, она расходуется только на забор внешнего тепла и преобразование его в тепло помещений.

Чем выше температура нагрева первого контура, тем более эффективно будет работать тепловой насос. Поэтому важно определиться с тем, от какого источника вся система это тепло будет получать.

Классификация тепловых насосов

Тепловые насосы различаются по типу забора энергии и передачи её в систему отопления

В технической литературе в зависимости от вида того источника тепла, откуда берется энергия, и того теплоносителя, который передает тепло непосредственно в помещения, тепловые насосы разделяются на следующие виды:

земля-вода;
вода-вода;
воздух-вода;
земля-воздух;
вода-воздух;
воздух-воздух.

Например, система вода-вода забирает энергию во внешнем водоеме и передает ее в водяную систему отопления, система воздух-воздух забирает тепло у внешнего воздуха и отдает его воздуху внутри помещений.

Источники тепла для работы теплового насоса

Как уже было сказано, получать энергию тепловой насос может только от той среды, которая имеет постоянную температуру выше 1 градуса Цельсия:

грунт;
глубинные породы;
вода;
воздух.

Отбор тепла от грунта

Это достаточно простой способ размещения первичного контура, который может быть легко осуществлен своими руками.

В различных регионах зимой почва промерзает на разную глубину, но, как правило, на глубине полутора-двух метров температура уже никогда не опускается ниже ноля градусов Цельсия. Эта глубина и может стать той минимально допустимой, на которой можно размещать первичный контур для отбора тепла.

Глубина закладки первичного контура начинается от 1.5 метров

Расчеты показывают, что для получения 15 киловатт тепловой энергии потребуется не менее 250 метров контура. Контур укладывается витками, чтобы максимально сэкономить площадь земельного участка. Для того чтобы отбор тепла проводился наиболее эффективно, необходимо, чтобы расстояние между двумя соседними витками было не менее одного метра. Расположить горизонтально такую большую длину на большинстве земельных участков весьма проблематично, поэтому допускается размещение трубопровода спиральными витками с диаметром витка 1-1,5 метра и таким же шагом.

Чтобы максимально сэкономить площадь земельного участка, контур укладывается витками

В разных грунтах отбор тепла будет идти с различной эффективностью: песчаные сухие грунты могут дать отопление в 30-40 ватт с каждого квадратного метра, а влажные – до 70 ватт с квадратного метра.

Несмотря на достаточную простоту и высокую эффективность, этот способ применяется достаточно редко. Дело в том, что расположенный на небольшой глубине контур легко повредить при последующем строительстве вспомогательных зданий, над ним нельзя сажать деревья, которые могут порвать его корнями. Да и объемы земельных работ при монтаже очень велики.

Тепло от глубинных пород

Породы, располагающиеся на глубине более 20 метров – самый надежный источник энергии для теплового насоса. В любое время года температура там абсолютно стабильна – 10-18 градусов Цельсия.

Тепло от глубинных пород добывается на глубине более 20 метров

Для размещения труб первичного контура бурятся скважины диаметром не менее 150 миллиметров и глубиной 30-40 метров. Количество скважин зависит от того, какая тепловая мощность необходима для отопления дома. Расчет исходит из того, что каждый погонный метр скважины дает 50 Ватт тепловой энергии. Для получения 15 киловатт потребуется общая длина скважин в 300 метров, значит необходимо пробурить 10 скважин, которые обеспечат дом необходимым теплом.

Бурить скважины можно двумя способами:

Вертикальным. Скважины располагаются строго вертикально с расстоянием между собой не менее 1,5 метров.
Наклонным кластерным. В целях экономии места на участке и при наличии соответствующей техники бурение можно вести под небольшим углом в виде веера практически из одной верхней точки. Это значительно экономит место на участке.

Бурить скважины можно либо вертикальным, либо наклонным кластерным способами

Бурение скважин можно выполнять перед этапом строительства дома, на месте его будущего размещения, тогда при тщательной планировке они будут занимать минимум свободного места на участке.

Вода как источник тепла

Вода в качестве источника тепла для первичного контура может использоваться, если поблизости есть водоем, который даже в самые суровые зимы не промерзает до дна. В этих незамерзающих придонных слоях температура всегда выше ноля и там можно эффективно производить отбор тепла для обогрева дома.

Водоем, который не промерзает до дна может стать тепловым источником

Один метр трубопровода в таких условиях может дать около 30 Ватт тепловой энергии. Поэтому расчет показывает, что для получения 15 киловатт тепла потребуется 500 метров контура. Как и в случае с отбором тепла от грунта, размещать трубы контура можно змейкой или спиралью, насколько позволяет глубина и дно водоема. Каждый виток снабжается грузом, который не позволяет ему всплыть или закрепляется на дне. Второй способ, естественно, намного трудозатратнее.

Укладывать трубы контура в воду можно змейкой или спиралью

И участок контура, выходящий на берег, и весь его путь от водоема до дома необходимо хорошо теплоизолировать, чтобы не допустить преждевременной потери температуры теплоносителя. Для этого его лучше размещать на глубине не менее 1,5-2 метров от поверхности земли.

Получение тепла из воздуха

В качестве источника тепла можно использовать воздушные массы

Если существует доступ к каким-либо воздушным массам, которые сохраняют зимой достаточно высокую температуру (выхлопы генераторов электроэнергии, системы вентиляции), то их можно использовать в качестве источника тепла. Даже окружающий воздух до температуры в минус 7-10 градусов подойдет для работы теплового насоса. Более низкие температуры значительно снижают его эффективность, хотя промышленные модели могут извлечь тепло и при морозе в минус 20 градусов.

Для работы теплового насоса подойдет воздух до температуры в минус 7-10 градусов

Несмотря на отсутствие способности извлекать тепло при низких температурах, такие системы очень широко распространены. По этому принципу работают сплит-системы, способные нагревать воздух при своей работе. Они не нагревают воздух при помощи электричества, как думают многие, а работают именно по схеме теплового насоса.

Контур отопления

Главным фактором при выборе типа системы отопления дома, работающей в паре с тепловым насосом, – насколько он сможет нагреть теплоноситель. Чаще всего, тепловой насос не способен разогреть теплоноситель в третьем контуре выше 50-55 градусов Цельсия. Поэтому отопление радиаторами в комплекте с тепловым насосом работает недостаточно эффективно.

Тепловой насос не способен разогреть теплоноситель выше 50-55 градусов Цельсия

Для того чтобы качественно обогреть дом, потребуются гораздо большие размеры приборов отопления, чем при использовании обычных нагревательных котлов. Они выдают теплоноситель температурой 60-80 градусов, ведь именно при такой температуре (а то и более высокой) радиаторы отопления отдают то расчетное количество тепла, которое написано в их технических паспортах. Для того чтобы прогреть дом до комфортной температуры, их размеры потребуется увеличить не менее, чем на 30-40%.

Гораздо лучше сочетается тепловой насос с системами теплых полов. Для их работы требуется как раз та невысокая температура, которую и генерируют тепловые насосы. Поэтому, планируя отопление тепловым насосом, необходимо оборудовать в доме системы теплых полов.

Планируя отопление тепловым насосом, необходимо оборудовать систему теплых полов

В любом случае необходимо предусмотреть качественное утепление дома. Невысокие температуры теплоносителя способны только поддерживать накопленную ранее температуру. Если же отопление вынуждено компенсировать многочисленные утечки тепла и холодные сквозняки, то тепловой насос вряд ли справится с этой задачей.

Преимущества и недостатки технологии

Вечного двигателя не существует, а значит, что всякая технология извлечения энергии имеет свои преимущества и недостатки. Не является исключением и тепловой насос. Только изучив все нюансы его установки, можно принимать решение – подходит вам такое отопление или нет.

Достоинства тепловых насосов:

Экономичность. Коэффициент полезного действия может достигать 500%, что недостижимо ни при какой другой технологии отопления.
Доступность. Это отопление можно установить везде, где есть доступ к электрической сети, необходимой для работы вспомогательного оборудования. При невозможности подключения к электросети можно воспользоваться бензиновым или дизельным генератором, мощность которого будет значительно ниже той, которая потребовалась бы при отоплении электричеством.
Возможность работы в режиме охлаждения. Система легко переключается в режим кондиционирования помещения. В этом случае дом отдает излишнее тепло тепловому насосу, а тот возвращает его в окружающую среду, чтобы снова воспользоваться им зимой.
Безопасность и экологичность. То, что при работе системы не происходит сгорания никакого топлива, гарантирует практически высокую пожарную безопасность при работе тепловых насосов. Отсутствие продуктов сгорания обеспечивает и полную экологичность оборудования.

Недостатки присущи работе всех систем, в том числе и тепловым насосам:

Высокая по сравнению с другими системами первоначальная стоимость установки. На настоящее время затраты составляют от $300 до $1000 на киловатт требуемой мощности на отопление.
Работа только с низкотемпературными системами отопления. Идеальным сочетанием является связка теплового насоса с теплыми полами.
Зависимость от стабильности работы электросети. Этот недостаток нивелируется установкой автономного источника электроэнергии.
Большие требования к теплоизоляции дома. Но, утепленный дом хорош и для любой системы, просто тепловые насосы чуть требовательнее остальных.

Производители тепловых насосов

В Европе тепловые насосы распространены достаточно давно, и эти производители зарекомендовали себя с лучшей стороны.

Тепловой насос Viessmann

Японские модели производятся с таким же высоким качеством, корейские ниже по цене, но и по качеству чуть уступают именитым производителям. С вездесущими китайцами ситуация обычная – «как повезет». Есть надежные модели, а есть и такие, которые при серьезных нагрузках выходят из строя.

Заслуженным авторитетом на рынке пользуются следующие фирмы:

Практически все шведские производители. Системы недешевые, но надежные – срок эксплуатации – 20 лет.
Немецкие Viessmann и Stiebel Eltron.
Японская Mitsubishi Electric.

Есть в продаже системы и российского производства. По качеству и цене они занимают место между китайскими и европейскими агрегатами. Как пример можно привести тепловые насосы «Henk system». Эта компания выпускает 82 модели различной производительности, среди которых вполне можно подобрать подходящую для своего дома.

Заключение

Тепловые насосы последних поколений – это высокоэффективные системы, способные на один киловатт затраченной энергии выдать три-четыре киловатта тепла. Стоимость систем достаточно велика, область применения многих видов тепловых насосов, особенно забирающих энергию у окружающего воздуха, весьма ограничена, но технология эта перспективна и развивается с каждым годом, становясь все универсальнее и доступнее.

Самые интересные статьи из рубрики:

domiotoplenie.ru

Устройство и принцип работы теплового насоса ремонт теплового насоса

Как устроен тепловой насос и как он работает?

Теплонасос функционирует как холодильник, только наоборот. Холодильник переносит тепло изнутри во вне. Тепловой насос переносит тепло, накопленное в воздухе, почве, недрах или воде, в ваш дом.

Тепловой насос состоит из 4 основных агрегатов:

- испаритель, - конденсатор, - расширительный вентиль (разряжающий вентиль-дроссель, понижает давление), - компрессор (повышает давление).

Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой - газ.

Теплового насоса

Точка кипения для разных жидкостей меняется посредством давления, чем выше давление, тем выше точка кипения. Вода закипает при нормальном давлении при температуре +100 °С. При повышении давления вдвое, температура кипения воды достигает +120 °С, а при уменьшении давления в 2 раза, вода закипает при +80 °С. Хладагент в тепловом насосе имеет ту же тенденцию - его температура кипения изменяется при изменении давления. Точка кипения хладагента лежит низко, приблизительно - 40 °С при атмосферном давлении, поэтому может использоваться даже с низкотемпературным тепловым источником.

Земные недра как глубинный теплоисточник

Земные недра являются бесплатным теплоисточником, поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией обеспечивания теплом и горячим водоснабжением всех типов зданий, больших и малых, общественных и частных.Уровень капиталовложений достаточно высокий, но взамен Вы получите безопасную в работе, с минимальными требованиями к сервисному обслуживанию альтернативную обогревательную систему с максимально длительным сроком эксплуатации. Коэффициент преобразования тепла высок, достигает 3. Установка не требует много места и может быть внедрена на участке земли малой плошади. Объем восстановительных работ после бурения незначителен, влияние пробуренной скважины на окружающую среду минимально. На уровень грунтовых вод воздействие не оказывается, так как грунтовые воды не потребляются. Тепловая энергия переносится к конвекционной системе водяного отопления и применяется для горячего водоснабжения.

Грунтовое тепло - близкозалегающая энергия

В поверхностном слое земли накапливается тепло в течение лета. Использование этой энергии для обогрева целесообразно для зданий с высокими энергорасходами. Наибольшее количество энергии извлекается из почвы с большим содержанием влаги.

Грунтовый теплонасос

Тепло из почвы поставляется посредством пластикового шланга. Экологически чистая, морозостойкая жидкость циркулирует в шланговой системе и переносит тепло к тепловому насосу, где оно преобразуется в высокотемпературное тепло для обогрева и горячего водоснабжения.

Тепловой насос что это

Водные теплоисточникиСолнце нагревает воду в морях, озерах и других водных источниках. Солнечная энергия накапливается в воде и донных слоях. Редко температура снижается ниже +4 °С. Чем ближе к поверхности, тем температура больше варьируется в течение года, а в глубине - она относительно стабильна.

Тепловой насос с водным источником тепла

Шланг для передачи тепла укладывается на дне или в грунте дна, где температура еще немного выше, чем температура воды. Важно, чтобы шланг снабжался отягощающим грузом для предотвращения всплытия шланга на поверхность. Чем ниже он залегает, тем меньше риск повреждения. Водный источник как источник тепла очень эффективен для зданий с отно сительно высокими потребностями в теп лоэнергии.

Кроме вышеперечисленных источников теплонасосная установка может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Данная комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшает проблемы с плесенью, сыростью, радоновой загазованностью.

Принцип работы теплового насоса

”Бросовые” источники тепла

Работа теплового насоса

Кроме вышеперечисленных источников тепловой насос может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Данная комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшает проблемы с плесенью, сыростью, радоновой загазованностью.

Экономическая эфективность теплового насоса

Коэффициент преобразования тепла

Теплонасосные Установки

Эффективность определяется так называемым коэффициентом преобразования тепла или коэффициентом температурной трансформации, который представляет собой отношение количества энергии, генерируемой теплонасосом, к количеству энергии, затрачиваемой на процесс переноса тепла.

В большинстве случаев коэфициент температурной трансформации равен 3. Это означает, что тепловой насос поставляет в 3 раза больше энергии, чем потребляет. Другими словами, 2/3 получено «бесплатно» от теплоисточника. Чем выше энергопотребности Вашего жилища, тем больше вы экономите денежных средств.

Тепловые насосы наиболее эффективны в отопительных системах с низкотемпературными характеристиками, например, в системах напольного отопления.

При подборе теплонасоса к Вашей обогревательной системе невыгодно ориентировать мощностные показатели теплонасоса на максимальные требования к мощности (на покрытие энергорасходов в отопительном контуре в самый холодный день года).

Принцип работы теплового насоса

Опыт показывает, что теплонасос должен генерировать около 50-70% от этого максимума, тепловой насос должен покрывать 70-90% (в зависимости от теплоисточника) от общей годовой потребности в энергии для отопления и горячеговодоснабжения. При низких внешних температурах теплонасос применяется с имеющимся в наличии котельным оборудованием или пиковым доводчиком, которым укомплектован тепловой насос.

Виды теплонасосов, применяемые в системе отопления в России

В нашей стране свое применение нашли следующие типы тепловых агрегатов:

1. Грунтовый теплонасос.

Земные недра являются неисчерпаемым и бесплатным теплоисточником, который поддерживает одинаковую температуру на протяжении целого года. Использование такого тепла – это надежная, экологически чистая и безопасная технология обеспечения теплом всех типов зданий. Конечно, уровень капиталовложений при установке такого насоса достаточно высокий, но при этом Вы получаете неприхотливую к сервисному обслуживанию обогревательную систему с длительным сроком эксплуатации. Установка насоса не требует много места, к тому же он может быть внедрен на земельном участке малой площади.

2. Водный теплонасос.

Солнце щедро нагревает воду в озерах, реках и морях. Чем ближе к поверхности, тем больше варьируется температура воды, а на глубине ее величина относительно стабильна.

Шланг насоса, предназначенный для передачи тепла, желательно установить в грунте дна, поскольку там температура еще выше. При этом важно снабдить шланг отягощающим грузом, во избежание его всплытия на поверхность. Такой источник тепла эффективен для обогрева зданий с относительно невысокими тепловыми потребностями.

3. «Бросовый» теплонасос.

Принцип работы теплового насоса может также основываться и на использовании тепловых сбросов жилья: вентиляционные выбросы, использованная вода, дымовые газы и пр. Такая технология устраняет проблемы с плесенью и радоновой загазованностью, улучшая при этом вентилирование дома. ремонт теплового насоса

www.termocool.ru

Тепловой насос — ТеплоВики - энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Тепловой насос Bosch

Тепловой насос - это устройство, позволяющее аккумулировать тепло низкопотенциальных источников тепла, использующее эффект фазового перехода жидкостей в пар при низких температурах.

История

Схема «умножителя тепла» Томсона

Девятнадцатый век

Принцип теплового насоса вытекает из работ Карно и описания цикла Карно, опубликованного в его диссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил Вильям Томсон (в последствии — лорд Кельвин) в 1852 г. Она была названа умножителем тепла и показывала, как можно холодильную машину эффективно использовать для целей отопления. В обосновании своего предложения Томсон указывал, что ограниченность энергетических ресурсов не позволит непрерывно сжигать топливо в печах для отопления и что его умножитель тепла будет потреблять меньше топлива, чем обычные печи.

Как видно из рисунка, предложенный Томсоном тепловой насос использует воздух в качестве рабочего тела. Окружающий воздух засасывается в цилиндр, расширяется и от этого охлаждается, а затем проходит через теплообменник, где нагревается наружным воздухом. После сжатия до атмосферного давления воздух из цилиндра поступает в обогреваемое помещение, будучи нагретым до температуры выше окружающей. Есть данные о том, что фактически реализована подобная машина была в Швейцарии. Томсон заявил, что его тепловой насос способен давать необходимое тепло при использовании только 3% энергии, затрачиваемой на прямое отопление.

Двадцатый век

Холодильные машины развивались уже в конце XIX в., но тепловые насосы получили быстрое развитие лишь в 20-х н 30-х годах, когда в Англии была создана первая теплонасосная установка. Холдэйн описал в 1930 г. испытание домашнего теплового насоса, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения и использующего тепло окружающего воздуха. После этого начались работы в США, приведшие к созданию демонстрационных установок, но до этой стадии было доведено сравнительно немного проектов, так как все они имели лишь частное финансирование.

Первая крупная теплонасосная установка в Европе была введена в действие в Цюрихе в 1938—1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладагент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60°С при мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. В летние месяцы установка работала на охлаждение. Цель создания этих установок — сокращение потребления угля в стране. Некоторые из них успешно работают более 30 лет.

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос (принцип работы)

Тепловой насос может представлять собой парокомпрессионную холодильную установку, которая состоит из следующих основных компонентов:

Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются (универсальный газовый закон Менделеева—Клапейрона). Горячий газ подается в теплообменник, называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется — переходит в жидкое состояние. Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления. Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется и температура потока понижается. Далее этот поток поступает в теплообменник (испаритель), связанный с окружающей средой (например, воздушный теплообменник на улице). При низком давлении жидкость испаряется (превращается в газ) при температуре ниже, чем температура наружного воздуха или грунта. В результате часть тепла наружного воздуха или грунта переходит во внутреннюю энергию хладагента. Газообразный хладагент вновь поступает в компрессор — контур замкнулся. Можно сказать, что работа компрессора идет не столько на «производство» теплоты, сколько на ее перемещение. Поэтому затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора, можно получить теплопроизводительность конденсатора около 5 кВт. Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть использовать его для охлаждения воздуха в помещении летом.

Термодинамический цикл теплового насоса

Термодинамическая схема теплового насоса и теплового двигателя 1 - тепловой насос; 2 - тепловой двигатель; :TH - высокая температура; :TL - низкая температура.

В 1824 году Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания процесса, и этот цикл остается фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффективности тепловых насосов.

Тепловой насос можно рассматривать как обращенную тепловую машину. Тепловая машина получает тепло от высокотемпературного источника и сбрасывает его при низкой температуре, отдавая полезную работу. Тепловой насос требует затраты работы для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при более высокой.

Можно легко показать, что если эти обе машины обратимы (то есть термодинамические процессы не содержат потерь тепла или работы), то существует конечный предел эффективности каждой из них, и в обоих случаях это есть отношение Qн/W. Если бы это было не так, то можно было бы построить вечный двигатель, просто соединив одну машину с другой. Это отношение очень важно. В случае тепловой машины оно записывается в виде W/Qн и называется термическим КПД, а для теплового насоса оно остается в виде Qн/W и называется коэффициентом преобразования (КОП). Его следует отличать от аналогичного отношения QL/W, применяемого в холодильной технике и называемого КОПохл. Поскольку Qн = W + QL, получается КОПохл = КОП — 1.

Цикл Карно на рисунке изображает рабочий процесс идеальной машины, работающей в заданном интервале температур. Стрелки показывают направление процесса для теплового насоса. Тепло изотермически подводится при температуре TL и изотермически отводится при температуре TН. Сжатие и расширение производятся при постоянной энтропии, а работа подводится от внешнего двигателя. Используя определение энтропии и законы термодинамики, можно показать, что коэффициент преобразования для цикла Карно имеет вид:

КОП = TL/(TН — TL) + 1 = TН/(TН — TL).

Никакой тепловой насос, созданный в пределах нашей Вселенной, не может иметь лучшей характеристики, и все практические циклы реализуют стремление максимально приблизится к этому пределу.

Источники

ru.teplowiki.org

Тепловой насос своими руками. Виды, преимущества и недостатки

Занимаясь оснащением дома подачей горячей воды и отоплением, чаще всего человек сталкивается с множеством препятствий. Одно из первых – выбор энергоносителя. В случае, если рядом проложен газопровод, вопрос решается сам собой. Оформляете все необходимые документы на газификацию и обогреваете помещение. А что же делать, если газификации нет, и в ближайшее время не будет?

Несомненно, можно купить газовый баллон или же использовать дрова и уголь, но это не очень эффективно. Также можно воспользоваться к электрообогревом, но полученная в конце месяца сумма в квитанции будет довольно внушительная.

Тепловой насос в котельной загородного дома

Наиболее правильным решением — использование тепла, добываемого с недр земли, воздуха и воды, получить которые можно с помощью тепловых насосов.

Создать тепловой насос своими руками очень легко. Все, что для этого необходимо — знать его разновидности и конструкционные особенности. Рассмотрим все это более подробно.

Разновидность насосов

Деление насосов на виды осуществляется по средам, из которых добывается тепловая энергия. Существуют следующие разновидности:

Воздух – вода. Тепловой насос воздух – вода своими руками является наиболее дешевым, так, как может функционировать без довольно сложной системы наружного контура и подключения стандартного типа. Но, он также обладает и некими недостатками, основной из которых – понижение энергоэффективности при снижении температуры. Такой насос прекрасно подойдет для подогрева бассейна, а вот для обогрева зданий он нерентабельный, так, как не даст необходимой мощности.
Схема работы теплового насоса воздух-вода
Вода – вода. Тепловой насос вода — вода своими руками сделать довольно легко, его конструкция очень проста. Вода – наилучшая теплоотдающая среда. Практика показывает, что водоемы совершенно нерентабельны, так, как в зимний период их температура падает ниже нуля, и они замерзают. Наиболее рентабельно использовать грунтовые воды, доступ к которым осуществляется путем создания специальных скважин. Отлично подойдет для подогрева бассейна и жилых домов не большой площади.
Схема работы теплового насоса вода-вода

Рассол – вода. Забор тепла производится с земли (грунта), что предусматривает строение неглубоких скважин или коллекторов. Может использоваться практически везде, начиная от обогрева бассейна и заканчивая отоплением помещения довольно большой площади. Система практична, проста и универсальна, так, как в ее трубы заливается фриз, который способен не замерзать под воздействием низких температур.
Схема работы теплового насоса вода-рассол
Грунт – вода. Основной источник тепла – грунт, температура которого практически неизменна. Подойдет для обогрева любого назначения, будь то бассейн или частный дом, довольно распространена и пользуется некой популярностью.
Схема работы теплового насоса грунт-вода

Воздух – воздух. Основное задание данного насоса – забрать теплый и преобразовать его в более прохладный. Тепловой насос воздух-воздух своими руками может каждый, так как он довольно прост и не требует наличия каких-то особых знаний.
Схема работы теплового насоса воздух-воздух

Как работает тепловой насос?

Тепловой насос для отопления дома своими руками имеет довольно простой принцип работы. Основные составляющие системы следующие:

Насос тепловой.
Заборное устройство.
Устройство, занимающееся распределением тепла.

Все насосы работают по «цикл Карно», который заключается в следующем: в коллектор податься температуростойкая жидкость, которая не будет замерзать при снижении температурных показателей. Она забирает тепловую энергию и перемещает ее к насосу.

Принцип работы теплового насоса

Попадая в испаритель, энергия взаимодействует с хладогеном, в результате чего образуется пар. Давление увеличивается, температурные показатели подымаются. Тепловая энергия передается в помещение, хладаген становится жидким и вновь направляется в коллектор, таким образом, получается замкнутая система.

Как провести расчёт оборудования?

Любой самодельный тепловой насос своими руками требует проведения некоторых расчётов, показатели для которого берутся с учетом теплопотерь рассчитываемого дома. Само собой, перед установкой такого оборудования необходимо утеплить стены, пол, окна и крышу помещения. Показатели тепловой потребности для отдельно взятых зданий следующие:

для старых хрущовок — 75 Вт/м».
для более новых построек – в районе 50 Вт/м».
для зданий с использованием последних технологий – 30 Вт/м».

Важно! Расчет и заказ подобной установки лучше всего проводить еще до строительства здания. Это даст возможность подобрать наиболее подходящую систему отопления.

Большинство пользователей считают, что наиболее подходящей системой является пол с водяным подогревом, расчет мощности которого производится с учетом напольного покрытия. Наиболее подходящий вариант – плитка керамическая.

Создание теплового насоса своими руками

Изготовление теплового насоса своими руками довольно просто, однако потребует наличие хорошего компрессора, купить который можно в любой ремонтной мастерской. Идеальный конденсатор — бак из нержавеющей стали объёмом 100 л. и более. Тепловой насос для отопления дома своими руками имеет следующие этапы изготовления:

Крепим компрессор, используя для этого уголки или кронштейн.
Берем медные трубки и делаем змеевки путем его обматывания вокруг цилиндра нужного размера.
Спираль из медной трубки
Разрезаем бак пополам, вставляем внутрь изготовленный ранее змеевик и свариваем его обратно. Крайние трубки змеевика выводим через резьбовые отверстия, которые делаются параллельно с его установкой в бак.
Вызываем специалиста, который произведет закачку фреона.

Для изготовления теплового насоса Френетта нам понадобится:

Цилиндр со стали, диаметр которого прямопропорционально зависит от мощности насоса.
Диски со стали, диаметр которых будет на 5-10 % меньше, нежели d цилиндра.
Электродвигатель. Желательно покупать привод с удлинённым валом, на который в дальнейшем будут установлены диски.
Теплообменник.

Выдаваемая на выходе температура будет напрямую зависеть от мощности двигателя. Для подогрева воды до температуры 100 С0 обороты привода должны находиться в пределах 7,5-8 тысяч в минуту. Место вхождения вала уплотняется, так, как наличие любого люфта быстро износит механизм. Рабочие диски монтируются на вал двигателя, расстояние между которыми регулируется путем установки гаек.

Конденсатор из титана

В цилиндре делается два отверстия, к которым будут подведены трубы. После полной сборки цилиндр заполняется маслом, проводится подключение всех патрубков и их герметизация. Если у вас еще остались вопросы по его конструкции, то пропишите в поисковой системе – «тепловой насос своими руками чертеж» и ознакомитесь со всем этим более подробно.

Достоинства тепловых насосов

Преимуществ данного вида насосов довольно много. Основное из них – наличие блока управления, дающего возможность производить контроль всего процесса. Кроме этого, с его помощью можно регулировать степень разогрева, делая его большим или меньшим. Установленные специальные датчики постоянно следят за уровнем температуры, при необходимости подавая соответствующие сигналы. После достижения минимума или максимума, работа насоса прекращается или же наоборот, он запускается.

Важно! Современные насосы имеют большую функциональность. Теперь с их помощью можно не только обогревать дом, но и обеспечивать постоянное присутствие горячей воды в нем.

Самодельный тепловой насос

Кроме этого, отопление с использованием подобного насоса может, как нагревать, так и охлаждать воздух в помещении. Для этого в нем устанавливается реверсный клапан, позволяющий делать как одну, так и другую операции. Таким образом, выполнив установку такой системы у себя в доме, вы можете получить установку, которая будет полезна круглый год.

Да, несомненно, большинство пользователей указывают на его основной недостаток – довольно высокий ценовой диапазон. В этом случае стоит помнить тот факт, что потратившись всего один раз, вы долгие годы не будите ничего докупать и о чем-либо беспокоиться, тоесть далее — только экономия.

Монтажные работы

После изготовления основной части системы необходимо подключить ее к устройству распределения и забору тепла. Первый процесс довольно легок, а вот второй – достаточно трудоемкий. Разумеется, что человек, собравший устройство теплового насоса своими руками, подключит его самостоятельно, без посторонней помощи. Монтажные работы напрямую зависят от типа насоса, так, как каждый из них имеет некие особенности.

Затраты и окупаемость

Само собой, установка данного оборудования подразумевает внушительные затраты, так, как на приобретение ее комплектующих понадобится намного больше денежных средств, нежили на покупку электрического котла подобной мощности. Многих интересует вопрос, а выгодно ли это? Да, выгодно. Так, к примеру, установка в доме площадью 100 м2 подобного типа системы окупится за полтора-два года, а в дальнейшем будет сплошная экономия. Кроме этого, тепловой насос может быть использован как кондиционер, позволяющий значительно понизить уровень температуры в помещении.

Безопасность и экологичность

Для тех людей, которые заботятся об экологичности и безопасности своего помещения, наиболее подходящий вариант для отопления помещения – тепловой насос. Это обусловлено тем, что он совершенно безвреден и не выбрасывает в атмосферу совершенно никаких вредных веществ. Возможность возгорания и взрыва практически исключены, так, как перегрев входящих в состав системы деталей практически невозможен.

Видео — тепловой насос своими руками

Вас могут заинтересовать:

prokommunikacii.ru

Тепловой насос своими руками - как сделать

Тепловые насосы позволяют забирать рассеянную энергию из окружающей природы: воздуха, воды и земли, аккумулировать и направлять ее на отопление дома. Энергию также используют на нагрев воды для мытья или кондиционирование воздуха в помещениях. Это дает возможность экономить средства, уменьшая расход традиционных источников тепла: электричества, газа, дров. В статье мы расскажем, как сделать тепловой насос своими руками.

Что такое геотермальный насос

Принцип работы теплового насоса

Для начала нужно понять, что такое геотермальный насос, и по какому принципу работает, ведь именно он является сердцем всего описываемого нами устройства.

Ни для кого не секрет, что в толще земли всегда поддерживается плюсовая температура. В таком же состоянии находится и вода подо льдом. В этой, относительно теплой среде, размещается замкнутый трубопровод с жидкостью.

Схема работы у тепловых насосов достаточно проста и основана на обратном принципе Карно:

Теплоноситель, продвигаясь по внешнему контуру, нагревается от выбранного источника и попадает в испаритель.
Там он обменивается энергией с хладагентом (обычно это фреон).
Фреон закипает, переходит в газообразное состояние и сжимается компрессором.
Горячий газ (он нагревается в пределах 35–65oC) поступает в другой теплообменник, в котором отдает свое тепло системе отопления или горячего водоснабжения дома.
Остывший хладагент снова становится жидким и возвращается на новый круг.

Насос из холодильника

Тепловой насос из холодильника

Основной частью системы является компрессор. Его лучше купить готовым в магазине или использовать имеющийся от холодильника или кондиционера. Все остальные компоненты – испаритель, конденсатор, трубопровод – под силу собрать самому. Энергию такой аппарат будет потреблять только на сжатие и перенос тепла, вырабатывая при этом в 5 раз больше.

Используя старый компрессор, нужно рассчитывать на то, что его срок службы может быть недолгим, а мощность системы снизится. Кроме того, мощности изношенного компрессора может не хвать для полноценной работы системы.

Некоторые умельцы пошли дальше и сделали тепловой насос из холодильника, поместив внутри него радиаторы, подогреваемые теплом земли. Внутри постоянно поддерживается плюсовая температура, которая заставляет холодильник постоянно работать, нагревая радиатор, находящимся сзади него. Используя родной радиатор, делают из него теплообменник (или изготавливают самодельный), отбирают выделяемое им тепло.

Эффективность работы такого теплового насоса подходит больше для демонстрации работы устройства, так как его КПД очень низкое. Кроме того, холодильник не рассчитан на такой режим работы и может быстро выйти из строя.

Виды тепловых насосов

Различают три типа насосов, в зависимости от источника получения тепла:

«почва-вода»

Насос грунт-вода

«вода-вода»

Насос вода-вода

«воздух-вода»

Насос воздух-вода

Установка вида «почва-вода» использует теплоту недр. Температура земли на горизонтах более 20 м остается неизменной всегда, поэтому и насос может круглогодично вырабатывать нужную энергию. Вариантов монтажа два:

вертикальная шахта;
горизонтальный коллектор.

В первом случае бурится скважина глубиной около 50–100 м и в нее помещаются трубы с циркулирующим теплоносителем – особой незамерзающей жидкостью.

На глубине 5 м прокладывают коллекторы, по которым также движется теплоноситель. Для обогрева дома площадью 150 м2 необходим участок не меньше 250 м2, причем применять его под сельскохозяйственные посадки нельзя. Допустимо только устройство декоративного газона и клумбы.

Насос «вода-вода» использует энергию воды из озер, колодцев или скважин. Некоторым удается извлекать тепло даже из стоков. Главное – чтобы не забивался фильтр и не разрушался металл.

Этот тип обычно показывает самый высокий КПД, но установить его удается не на каждом загородном участке, а на эксплуатацию грунтовых вод нужно получать разрешение. Подобные устройства больше характерны для промышленных производств.

Конструкция «воздух-вода» менее эффективна по сравнению с первыми двумя, поскольку выработка зимой значительно снижается. С другой стороны, при ее монтаже не надо ничего бурить или копать. Установка просто крепится на крыше дома.

Советы

Самостоятельный монтаж теплового насоса

Как уже говорилось, компрессор предпочтительнее купить готовый. Пригодна любая модель, применяемая в кондиционерах.

Все остальные составляющие собираем самостоятельно:

В качестве корпуса конденсатора берется нержавеющий бак емкостью около 100 л. Его разрезают пополам и внутри монтируют змеевик из медной трубки толщиной стенки не меньше 1 мм. В оболочку впаиваются резьбовые соединения для подключения к контуру. После этого части бака можно сваривать.
Для испарителя отлично подойдет полиэтиленовая бутыль объемом 80 л или отрезок трубы. В нее также вставляется змеевик и подводятся входы и выходы воды. Теплоносители изолируются от внешней среды поролоновой «шубой».
Теперь необходимо поставить всю систему, спаять трубки и залить хладагент. Количество фреона очень важно для правильной работы насоса, этот расчет лучше поручить инженеру по теплотехнике. Он же сможет окончательно подключить установку и настроить компрессор.
Осталось только присоединить наружный контур. Его сборка будет зависеть от типа насоса.

Вертикальная установка «почва-вода» требует скважины, в нее опускается геотермальный зонд.

Для горизонтального аппарата собирается коллектор и закапывается в землю на глубине, исключающей промерзание.

В системе «вода-вода» контур состоит из сети пластиковых труб, по которым будет протекать теплоноситель. Затем все это надо закрепить в водоеме на необходимой глубине.

Солнечная батарея

Коллектор насоса «воздух-вода» выполняется также и монтируется на крыше дома или поблизости от него.

Для стабильной работы и защиты от поломки машину желательно дополнить возможностью ручного запуска компрессора на случай внезапного отключения электричества. Стоимость подобной установки достаточно высока. Еще дороже стоит заводской насос. Однако практика показывает, что приобретение окупается за несколько лет эксплуатации.

Видео

kakpravilnosdelat.ru

схема и расчет теплового насоса

≡ 28 Июль 2017 · Рубрика: Насосы

А А А Размер текста

Содержание статьи:

Использование низкопотенциального тепла окружающей среды для подогрева воды и отопления становится экономически выгодным при длительном использовании системы. Преградой широкому распространению подобных устройств является высокая начальная стоимость оборудования и его установки. Поэтому всегда актуален полный или частичный монтаж теплового насоса своими руками, позволяющий сэкономить значительные средства.

Рис. 1 Тепловой насос вода-вода в доме

Принцип работы и схема теплового насоса вода-вода.

При создании тепловых насосов для отопления используется природное низкопотенциальное тепло воздушных масс, почвы и воды. Водяные виды поглощают тепловую энергию из скважин, колодцев, прудов и других открытых водоемов. Тепловой насос работает подобно холодильнику, который забирает тепло из холодильной камеры и выводит его наружу через внешний радиатор.

При монтаже первичный теплообменник с циркулирующим теплоносителем помещают в емкость с водой, из которой забирается тепло. Вода всасывается водяной помпой, проходит по системе труб и далее поступает в испаритель — в устройстве при нагреве жидкости происходит ее испарение. В испарителе теплоноситель передает тепло фреону, для которого небольшая положительная температура 6 — 8 С является точкой кипения, и газообразный хладагент поступает в компрессор.

Рис.2.Схема теплового насоса вода-вода

Там происходит его сжатие, приводящее к повышению температуры газа, и дальнейшая подача в конденсатор. В конденсаторе тепловая энергия от газа с температурой 40 — 70 С передается воде в системе отопления, охлажденный газ конденсируется и попадает в редукционный клапан (дроссель). Его давление понижается — это приводит к большему охлаждению газа до жидкообразного состояния, в котором он снова подается в испаритель. Система работает в круговом замкнутом циклическом режиме.

Расчет теплового насоса

Для конструкции системы своими руками в первую очередь необходимо выполнить расчет с учетом потребностей в тепловой энергии (насосы могут дополнительно использоваться для обеспечения горячего водоснабжения дома) и возможных потерь. Алгоритм расчета состоит из следующих операций.

Вычисляется площадь отапливаемого помещения.
Основываясь на полученных значениях определяется общее количество энергии, необходимой для отопления исходя из расчета 70 — 100 ватт на квадратный метр. Параметр зависит от высоты потолков, материала изготовления и степени теплопроводности дома.
При обеспечении горячего водоснабжения полученное значение увеличивают на 15 — 20 %.
Исходя из полученной мощности выбирается компрессор, производится расчет и проектирование основных узлов системы: трубопроводной магистрали, испарителя, конденсатора, электрической помпы и других узлов.

Комплектующие для системы отопления с тепловым насосом при самостоятельном изготовлении

Обычному домовладельцу довольно сложно конкурировать с промышленными тепловыми насосами отечественного и зарубежного производителя, тем не менее его монтаж и изготовление отдельных узлов не являются невыполнимыми работами. Основной задачей при устройстве теплового насоса остается правильность расчетов, ведь при ошибке система может иметь низкий КПД и стать неэффективной.

Компрессор

Для монтажа понадобится новый или б.у. компрессор в рабочем состоянии с невыработанным ресурсом подходящей мощности. Обычная мощность компрессора должна составлять 20 — 30% от расчетной, можно использовать стандартные заводские агрегаты для холодильников или кондиционеров спирального принципа действия, обладающие более высоким КПД по сравнению с поршневыми устройствами.

Испаритель и конденсатор

Для охлаждения и нагрева жидкостей их обычно пропускают через медные трубы, помещенные в емкость с теплообменником. Для увеличения площади охлаждения медная труба располагается в виде спирали, необходимая длина рассчитывается по формуле вычисления площади с делением на сечение. Объем теплообменного бака рассчитывается исходя из реализации эффективного теплообмена, обычное среднее значение — около 120 л. Для теплового насоса рационально использовать трубы для кондиционеров, которые изначально имеют спиральную форму и реализуются в бухтах.

Рис. З Медная труба и бак для теплообменника

Данный способ конструкции теплообменников многие изготовители тепловых насосов своими руками заменили на более компактный, используя теплообмен по принципу «труба в трубе». Стандартный диаметр пластиковой трубы для испарителя — 32 мм., в нее помещается медная труба диаметром 19 мм., испаритель термоизолируется, общая длина теплообменника около 10 — 12 м. Для конденсатора можно использовать 25 мм. металлопластиковую трубу и 12,7 мм. медную.

Рис 4. Сборка и внешний вид теплообменника из медных и пластиковых труб

Для увеличения площади и эффективности работы теплообменника некоторые умельцы скручивают косу из нескольких медных труб малого диаметра, перекладывают их тонкой проволокой и помещают конструкцию в пластик. Это позволяет получить на 10-метровом отрезке площадь теплообмена около 1 кубического метра.

Терморегулирующий вентиль

Правильно подобранное устройство регулирует степень заполнения испарителя и в большой степени отвечает за производительность всей системы. К примеру, если поступление хладагента слишком велико, он не успеет полностью испариться, и в компрессор будут попадать капли жидкости, приводящие к нарушению его работы и понижению температуры газа на выходе. Слишком малое количество фреона в испарителе после увеличения температуры в компрессоре будет недостаточно для прогрева необходимого объема воды.

Рис. 5 Основное оборудование для теплонасоса

Датчики

Для удобства пользования, контроля работы, обнаружения неисправностей и настройки системы необходимо наличие встроенных температурных датчиков. Информация важна на всех этапах функционирования системы, только с ее помощью по формулам можно установить важнейший параметр смонтированного оборудования для водяных тепловых насосов — показатель эффективности СОР.

Насосное оборудование

При работе тепловых насосов забор и подача воды из скважины, колодца или открытого водоема происходит при помощи водяных помп. Могут использоваться погружные или поверхностные виды, обычно их мощность невелика, для подачи воды достаточно 100 — 200 Вт. Для контроля работы, защиты насосов и системы дополнительно монтируются фильтры, манометр, водяные счетчики и простейшая автоматика.

Рис. 6 Внешний вид собранного своими руками теплонасоса

Сборка теплового насосного оборудования своими руками не представляет больших трудностей при умении обращаться со специальным инструментом для сварки и пайки меди. Выполненная работа поможет сэкономить значительные средства – затраты на комплектующие составят около 600 у. е., покупка промышленного оборудования обойдется в 10 раз дороже (около 6000 у. е.). Собранная своими руками конструкция при правильном расчете и настройке имеет эффективность (СОР) около 4, что соответствует промышленным образцам.

Советуем почитать: Тепловой насос своими руками рабочие варианты

Поделиться с друзьями: Поделиться с друзьями:

oburenie.ru