Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Сжигание классического топлива (газ, дрова, торф) является одним из древних способов получения тепла. Однако истощение традиционных источников энергии побудили человека искать более сложные, но не менее эффективные альтернативные варианты. Одним из ни стало изобретение теплового насоса, работа которого основана на школьных законах физики.

Работа теплового насоса

Очень сложный на первый взгляд принцип работы тепловых насосов базируется на нескольких простых законах термодинамики и свойствах жидкостей и газов:

  1. Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
  2. Когда жидкость переходит в газ (испарение), поглощается тепло

Большинство жидкостей могут закипать при достаточно высоких температурах, близких к 100 градусам. Но встречаются вещества и с достаточно низкими температурами кипения. У фреона она около 3-4 градусов. Превращаясь в газ, он легко сжимается и внутри емкости начинает расти температура.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Теоретически фреон можно сжимать до получения любых желаемых температур, но на практике ограничиваются 80-90 градусами, необходимыми для полноценной работы классической системы отопления.

Видео о технологии работы

Схема теплового насоса

Работоспособность большинства тепловых насосов базируется на тепле грунта, в котором на протяжении года температура практически не колеблется (в пределах 7-10 градусов). Тепло перемещается между тремя контурами:

  1. Контур отопления
  2. Тепловой насос
  3. Рассольный (он же земляной) контур

Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

  1. Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
  2. Сжимающее устройство
  3. Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
  4. Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
  5. Рассольный контур
  6. Земляной зонд
  7. Отопительный контур

Труба, которая выполняет роль первичного контура, помещается в колодец или закапывается непосредственно в землю. По ней перемещается незамерзающий жидкий теплоноситель, температура которого повышается до аналогичной характеристики земли (около +8 градусов) и поступает во второй контур.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Вторичный контур забирает тепло у жидкости. Циркулирующий внутри фреон начинает закипать и преобразовываться в газ, который направляется в компрессор. Поршень сжимает его до 24-28 атм, благодаря чему происходит увеличение температуры до +70-80 градусов.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

На данном рабочем этапе происходит концентрирование энергии в один небольшой сгусток. Благодаря этому увеличивается температура.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Разогретый газ поступает в третий контур, который представлен системами горячего водоснабжения или даже отопления дома. При передаче тепла возможны потери до 10-15 градусов, но они оказываются не существенны.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Когда фреон остывает, происходит уменьшение давления, и он вновь превращается в жидкое состояние. При температуре 2-3 градуса он поступает обратно во второй контур. Цикл повторяется снова и снова.

Основные виды

Устроен принцип работы тепловых насосов так, чтоб они легко эксплуатировались без перебоев в широком диапазоне температур – от -30 до +40 градусов. Наибольшую популярность получили следующие два вида моделей:

  • Абсорбционного типа
  • Компрессионного типа

Абсорбционного типа модели имеют достаточно сложное устройство. Они передают полученную тепловую энергию непосредственно при помощи источника. Их эксплуатация значительно снижает материальные затраты на расходующиеся электричество и топливо. Компрессионного типа модели для переноса тепла потребляют энергию (механическую и электрическую).

В зависимости от применяемого теплового источника насосы подразделяются на следующие виды:

  1. Перерабатывающие вторичное тепло – самые дорогостоящие модели, получившие популярность для обогрева объектов в промышленности, в которых вторичное тепло, вырабатываемое другими источниками, расходуется в никуда
  2. Воздушные – забирающие тепло из окружающего воздуха
  3. Геотермальные – выбирают тепло из воды или земли
  • По видам входного/выходного теплоносителя все модели можно классифицировать следующим образом – грунт, вода, воздух и их различные сочетания.
  • Геотермальные тепловые насосы
  • Популярными являются геотермальные модели насосов, которые подразделяются на два вида: замкнутого или открытого типа.

Простое устройство открытых систем позволяет нагревать проходящую внутри воду, которая в последствии вновь поступает в землю. Идеально она работает при наличии неограниченного объема чистого жидкого теплоносителя, который после потребления не наносят вред среде.

Замкнутые системы геотермальных тепловых насосов делят на следующие разновидности:

  • Водный – коллектор располагается в водоеме на непромерзаемой глубине
  • С вертикальным расположением – коллектор помещается в скважину на глубину до 200 м и применим в местностях с неровным ландшафтом
  • С горизонтальным расположением – коллектор помещается в землю на глубину 0.5-1 м, очень важно обеспечить на ограниченной площади большой контур

Насос типа воздух-вода

Одним из наиболее универсальных вариантов является модель «воздух-вода». В теплые периоды года она весьма эффективна, но зимой производительность может существенно падать.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Преимуществом системы является простой монтаж. Подходящее оборудование может монтироваться в любом удобном месте, например, на крыше. Тепло, которые в виде газа или дыма удаляется из помещения, может использоваться повторно.

Тип вода-вода

Тепловой насос «вода-вода» один из самых эффективных. Но его использование может быть ограничено наличием поблизости водоема или недостаточной глубиной, на которой в зимний период не наблюдается существенного падения температуры.

Низко потенциальная энергия может выбираться из следующих источников:

  • Грунтовые вода
  • Водоемы открытого типа
  • Сточные промышленные воды

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Наиболее прост принцип работы тепловых насосов у моделей, отбирающих тепло в водоеме. Если принято решение использовать подземные воды, может потребоваться бурение колодца.

Тип грунт-вода

Тепло из грунта можно получать на протяжении всего года, так как на глубинах от 1 м температура практически не меняется. В качестве носителя тепла используют «рассол» — незамерзающую жидкость, которая циркулирует по пластиковым трубам.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Один из недостатков системы «грунт-вода» — необходимость большой площади для достижения желаемой эффективности. Нивелировать его стараются укладкой труб кольцами.

Коллектор можно располагать в вертикальном положении, но потребуется скважина глубиной до 150 м. На дне монтируются зонты, отбирающие тепло грунта.

Плюсы и минусы отопительных систем с тепловым насосом

Тепловые насосы нашли широкое применение в системах отопления частной жилой площади или промышленных площадей. Они постепенно вытесняют более классические источники энергии благодаря надежности и экономичности.

Среди многочисленных преимуществ, которые предоставляет эксплуатация теплового насоса, выделяют:

  • Экономия материальных средств на техническом обслуживании систем и теплоносителе
  • Насосы работают полностью в автономном режиме
  • В окружающую среду не выделяются вредные продукты горения и прочие токсичные вещества
  • Пожаробезопасность монтируемого оборудования
  • Возможность легко реверсировать работу системы

Несмотря на массу преимуществ, необходимо принять во внимание и отрицательные стороны эксплуатации теплового насоса:

  • Большие первоначальные вложения на обустройства отопительной системы – от 3 до 10 тысяч долларов
  • В холодные периоды, когда температура отпускается ниже -15 градусов, необходимо подумать об альтернативных вариантах отопления
  • Отопление, основанное на работе теплового насоса, наиболее эффективно только в системах низкотемпературным теплоносителем

Еще одно схематичное видео:

Подводим итоги

Узнав и освоив принцип работы теплового насоса, можно подумать и принять решение о целесообразности его установки и использования. Первоначальные затраты, которые могут показаться очень масштабными, в скором времени окупятся и начнут приносить своеобразную прибыль в виде экономии на классическом топливе.

Принцип действия теплового насоса для отопления: как работает, схема системы, виды

Отопление частного дома является очень затратным, когда для повышения температуры в помещении сжигаются дорогостоящие энергоносители или используются электрические приборы.

Чтобы снизить расходы владельцы недвижимого имущества стараются использовать современные наработки в области рационального расходования топлива.

Тепловой насос является устройством, позволяющим снизить издержки на 50 и более процентов, что при значительных расходах на отопление, является очень ощутимым способом экономии финансовых средств. Далее будет подробно описано устройство, а также приведены достоинства и недостатки отопительных установок этого типа.

Что это такое

Тепловой насос — это устройство, в котором передача тепла, осуществляется нестандартным способом. Если при обычных условиях нагрев объектов осуществляется от более горячих предметов, то в этом приборе реализован на практике обратный процесс.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Обратите внимание! Частным примером теплового насоса является обычный холодильник, в котором посредством циркулирующего в камерах хладагента, тепло передаётся внешнему радиатору.

Принцип действия

Принцип работы теплового насоса можно объяснить следующим образом:

  1. Хладагент поступает в испарительный контур и изменяет своё агрегатное состояние. При переходе из жидкого состояния в газообразное и из среды поглощается тепло.
  2. С помощью компрессора газ под значительным давлением перемещается вместо, где необходимо отдать тепло. При этом температура самого хладагента многократно увеличивается.
  3. Сжатый газ в теплообменнике конденсируется, отдавая при этом накопленную энергию.
  4. Высвободившееся тепло передаётся жидкости, которая циркулирует в системе отопления дома.

Установка, способная поддерживать процесс передачи тепла таким образом, называется тепловым насосом.

Энергия способна без ограничения постоянно перемещаться от устройства, где осуществляется её отбор, к радиаторам отопления, поэтому этот процесс напоминает способ перекачки каких-либо жидких или газообразных веществ.

Даже несмотря на то, что тепловой насос, применяемый для отопления дома, потребляет значительное количество электроэнергии, в итоге такой способ обогрева обойдётся значительно дешевле использования традиционных печей и котлов.

Читайте также:  Сливная яма из покрышек cвоими руками: руководство по возведению

Основные элементы конструкции

Разобравшись с принципом действия электрического теплового насоса, для получения более точного представления о функционировании этого типа устройства, необходимо знать из каких основных элементов состоит конструкция. Тепловые насосы, используемые для отопления, состоят из следующих элементов:

  • Компрессора. Это устройство служит для значительного повышения температуры хладагента. В современных теплообменных приборах. Наиболее часто используются спиральные модели нагнетателей.
  • Испарителя. Этот элемент представляет собой ёмкость, в которой жидкое рабочее вещество переходит в газообразное, при этом, температура хладагента существенно увеличивается за счёт поглощения тепловой энергии.
  • Конденсатора. Это устройство предназначено для передачи тепла от разогретого хладагента отопительному контуру.
  • Дроссельный клапан. Механизм, который способен перекрывать доступ хладагента из одной части установки к другой, тем самым, разделяя систему на участки с низким и высоким давлением.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Этот принцип работы присущ всем системам отопления этого типа. В зависимости от вида тепловых насосов меняется только местоположение и тип испарителя.

Виды тепловых насосов

Тепловые установки этого типа принято разделять по среде, из которой происходит «добыча» тепловой энергии. Основными приборами, эффективность которых наиболее высока, являются:

  • Воздушный. В устройствах этого типа отбор тепловой энергии осуществляется из воздуха. Наиболее эффективны такие установки в местности с мягким климатом, но работоспособность отопительной установки может сохраняться до температуры −40˚С. При этом эффективность системы значительно снижается. То есть на 1 кВт потраченной электроэнергии можно будет получить лишь до 1,5 кВт тепла. Естественно, при небольшом «минусе» и при положительных температурах такие отопительные установки будут наиболее эффективными.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

  • Грунтовый. Установка этого типа является наиболее эффективной, но и стоимость приобретения, а также монтажа системы, установленной в землю, значительно больше, по сравнению с воздушным тепловым насосом. Расположение испарителя в таких приборах может быть глубинным и поверхностным. В первом случае, делаются глубокие скважины, в которых размещаются теплообменные устройства. На большой глубине температура грунта не меняется в течение всего года, что позволяет сделать систему абсолютно независимой от погодных условий. Схема поверхностных установок значительно проще, но и эффективность существенно ниже. Для обустройства такой системы необходимо расположить большое количество труб на глубине ниже промерзания земли. Если участок, примыкающей к дому не слишком велик, то такую систему невозможно будет разместить и потребуется делать скважину для глубинного размещения теплообменника.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

  • Водяной. Обогрев с помощью этого типа устройств является более эффективным по сравнению с воздушными системами. Даже при очень низких температурах воздуха вода на дне озера или реки не замерзает, поэтому теплоту жидкости можно эффективно использовать для теплообмена. Монтаж таких систем не так сложен. В большинстве случаев достаточно подключить теплообменник и погрузить его на необходимую глубину, чтобы полностью обеспечить теплом небольшой частный дом. Для эффективного обогрева больших площадей не обойтись без дополнительной установки электрического нагревательного элемента, который в случае низкой эффективности теплового насоса позволит компенсировать недостачу тепловой энергии.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Кроме перечисленных систем для отопления частного дома могут использоваться установки, размещённые в горной породе. Монтаж такой системы потребует больших усилий, поэтому его рекомендуется использовать только в том случае, когда другие варианты монтажа теплового насоса невозможны.

Применение теплового насоса для обогрева частного дома

Несмотря на значительные первоначальные капитальные затраты, такая система полностью себя окупит себя в течение 10 — 15 лет. По окончании этого периода можно будут ежегодно экономить значительное количество денег.

Достоинства и недостатки

Кроме финансовой составляющей монтаж теплового насоса позволит обрести независимость от других видов теплоносителей. Если в населённом пункте отсутствует возможность подключить к газовой трубе, то с помощью теплового насоса и источника резервного накопления электроэнергии можно обеспечить неплохую автономность системы.

Обратите внимание! Если электроэнергия для снабжения компрессора будет вырабатываться за счёт энергии ветра или солнца, то таким образом можно добиться полной «бесплатности» каждого киловатта тепловой энергии.

Учитывая тот факт, что при использовании теплового насоса не сгорает топливо, экологический класс отопительной системы является очень высоким. Кроме этого, отсутствие элементов с сильным нагревом поверхности снижает пожарную опасность таких систем практически до нуля.

Несомненным преимуществом системы теплового насоса является её «обратимость». То есть в жаркое время года установку можно использовать для кондиционирования помещения.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Основными недостатком системы является её высокая цена и необходимость проведения сложных монтажных работ, особенно при геотермальном исполнении. Если для нагрева жидкости в отопительной системе используется только тепловой насос, то требуется устанавливать значительно большее количество секций радиаторов, по причине относительно низкого нагрева теплоносителя (50 — 60˚С).

Тепловой насос своими руками

При наличии желания сэкономить на отоплении дома, при минимальных финансовых затратах можно сделать тепловой насос своими руками. Для этой цели рекомендуется использовать обычный холодильник, но при условии, что компрессор такой системы является полностью исправным.

Наиболее эффективным в домашних условиях устройством будет система грунтового размещения. Для этой цели достаточно установить на глубине ниже промерзания земли змеевик из медных труб, который и будет выполнять функцию испарителя. Аналогичную деталь потребуется разместить в ёмкости из нержавеющей стали, чтобы тепловая энергия свободно передавалась от хладагента к теплоносителю.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Затем в систему устанавливается компрессор и дроссельный клапан, который позволит предотвратить обратное движение хладагента.

Вся система должна быть собрана таким образом, чтобы исключалась вероятность утечки фреона. Все трубки, расположенные на пути от испарителя к конденсатору должны быть качественно теплоизолированы. Затем система заправляется хладагентом. Только после проведения всех вышеуказанных мероприятий можно произвести включение и проверку системы.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Если возникнут проблемы с самостоятельной заправкой системы фреоном, то помощь могут оказать профессиональные мастера, которые занимаются ремонтом холодильных установок.

Устроенный своими руками тепловой насос позволит уже с первых дней работы снизить затраты на обогрев частного дома.

Практически все детали самодельной отопительной установки можно получить бесплатно либо приобрести по минимальным расценкам.

Такая система будет эффективно работать даже при очень низких температурах воздуха, ведь основной теплообменник будет залегать на глубине, где почва не промерзает всю зиму.

Обратите внимание! Наибольшей эффективности можно добиться, если разместить испаритель на глубине залегания грунтовых вод. В этом случае характеристика самодельной установки практически не будет отличаться от заводских систем.

Отзывы

Как уже было сказано выше, такая система позволяет значительно сэкономить денежные средства на обогреве частного дома. Люди, которые установили тепловой насос, охотно делятся положительными впечатлениями от работы отопительной установки.

Николай. г. Тамбов: «Установка теплового насоса и приобретение оборудования обошлось в сотни тысяч рублей. За год эксплуатации удалось сэкономить немалое количество денег, которые раньше тратились на оплату счетов за электроэнергию. Такими темпами планирую выйти на окупаемость оборудования в течение 7–8 лет».

Иван. ст. Вознесенская: «Установка теплового насоса позволила полностью обойтись без использования дополнительных обогревательных устройств. Установку оборудования доверил профессиональным мастерам. Благодаря системе „вода-воздух“ даже во время сильного понижения температуры, система оказывается полностью работоспособной».

Николай. г. Ялта: «Приобрели систему геотермального отопления в этом году, но уже видно, что такой способ обогрева в условиях мягкого климата позволяет полностью отказаться от использования традиционных энергоносителей. Расходы на электроэнергию также являются минимальными, тем более, если есть возможность установить ветряк или солнечные панели».

Монтаж системы отопления «Тепловой насос» позволяет значительно сэкономить, но заводские модели таких установок могут стоить довольно дорого. Оптимальным вариантом является изготовление устройства из старого холодильника. Несмотря на низкую эффективность самодельных устройств, монтаж нескольких независимых контуров позволит полностью обеспечить тепловой энергией небольшой загородный домик.

Тепловой насос для отопления дома, принцип работы и виды

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Тепловой насос — это альтернативный источник создания тепла для обогрева дома. Данное устройство преобразует низкопотенциальную тепловую энергию источника (земли, воды, воздуха) в высокотемпературное тепло. Тепловые насосы, преобразующие энергию земли являются наиболее распространенными.

Теорию теплового насоса разработал в 1852 году лорд Кельвин. В 1866 на основе данных изысканий Иоахимстале Петер фон Риттингер создал устройство, и использовал его для повышения эффективности выпаривания соли.

 В современной форме тепловой насос создал американец Роберт Уэббер в середине ХХ века. Он начал использовать тепловую энергию земли для отопления дома. Для этого под грунтом укладывались медные трубы, где циркулировал забирающий при испарении земное тепло фреон.

Тепло это газ отдавал в доме, и, конденсируясь, опять шел на циркуляцию в землю.

В данном обзоре рассмотрены основные виды систем с использованием теплового насоса и принцип их работы.

Принцип действия тепловых насосов схож с работой холодильных машин, где производиться получение холода путем отбора теплоты из какого-либо объема испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду. В тепловом насосе же процессы происходят в обратном порядке — в этом и заключается основное различие.

Устройство теплового насоса:

Тепловой насос состоит из двух теплообменников — испарителя и конденсатора. В испарителе с помощью испаряющегося хладагента поддерживается температура ниже температуры того тела (грунт, вода или атмосферный воздух), от которого требуется отобрать тепло. В конденсаторе поддерживается температура выше температуры другого тела (система отопления дома), которому тепло передается.
Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы
Разные уровни температур в первом и втором теплообменниках обеспечиваются с помощью циркулирующего между ними хладагента, способного изменяться от жидкого к газообразному состоянию и обратно при различных температурах.
Читайте также:  Как сделать биокамин своими руками: инструкция по сборке

Тепловым насосам для работы требуется электроэнергия. Ориентировочно, затратив 1 кВт электроэнергии на работу компрессора и насосов, можно получить 3 — 5 кВт тепловой энергии. В летний период, при наличии реверсивного режима работы, тепловой насос может охлаждать воздух в помещении.

Эффективность тепловых насосов зависит от способа обогревания и качества утепления дома. Наиболее рациональным является применение низкотемпературных систем отопления (один из примеров — система теплый пол). Связано это с низкотемпературным режимом нагревания воды тепловым насосом. И, если бы в данном случае использовались традиционные радиаторы, то они должны быть увеличенных размеров.

Преимущества тепловых насосов

У тепловых насосов есть ряд существенных преимуществ:

  • В первую очередь стоит отметить долговечность таких систем. Тепловые насосы могут работать 20-25 лет, после чего компрессор насоса может быть заменен и система продолжит свою работу.
  • Кроме того, системы тепловых насосов безопасны, поскольку отсутствуют топливо, открытый огонь и опасные газы.
  • Следующий положительный фак — экологическая чистота системы, которая в процессе функционирования не образует вредные окислы, а применяемые в них фреоны не содержат хлороуглеродов.

Основным недостатком системы является высокая стоимость. В связи с этим, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощности.

Это неоправданно дорого и не имеет смысла, так как фактическое количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год. Оптимальный тепловой насос должен иметь мощность, равную 60 — 80% от максимальной.

А для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традиционным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы.

Виды тепловых насосов

Естественным источником энергии для теплового насоса может быть:

  • Тепло земли (тепло грунта).
  • Подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные).
  • Наружный воздух.

Искусственные источники низкопотенциального тепла:

  • Удаляемый вентиляционный воздух.
  • Канализационные стоки (сточные воды).
  • Промышленные сбросы.
  • Тепло технологических процессов.
  • Бытовые тепловыделения

И в зависимости от источников энергии тепловые насосы подразделяются на следующие типы:

  • Вода — вода.
  • Вода — воздух.
  • Грунт — вода.
  • Грунт — воздух.
  • Воздух — вода.
  • Воздух — воздух.

Тепловые насосы типа «грунт – вода», «грунт – воздух»

На глубине ниже 10 м температура грунта практически постоянна в течение всего года.

Насосы типа «грунт – вода» используют тепловую энергию земли и передают ее для обогрева дома через систему водяного отопления.

 В тепловых насосах, работающих по принципу «грунт – воздух», тепловая энергия также отбирается у грунта и через компрессор напрямую передается воздуху, который используется для отопления зданий.

Механизм теплообмена следующий:

  • Энергия, отобранная от земли, аккумулируется носителем, в качестве которого чаще всего используется незамерзающая жидкость — антифриз («рассол»).
  • Опускаясь вниз по теплообменнику, «рассол» отбирает у грунта тепло (примерно 3 — 4 °С) и передает его фреону, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса.
  • Фреон, проходя через каналы испарителя, закипает и испаряется.
  • Образовавшийся при этом пар поступает в компрессор, сжимается там (при этом температура его повышается), после чего горячий и сжатый пар направляется в теплообменник конденсатора, где охлаждается, передавая тепло воде.
  • Вода используется в системе отопления и горячего водоснабжения, а жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через дроссель возвращается в испаритель.
  • Данный порядок цикличен — повторяется снова и снова.

Теплообменник в тепловых насосах типа «грунт – вода» бывает двух видов:

  1. Горизонтальный коллектор.
  2. Вертикальный коллектор.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Горизонтальный коллектор

При данной реализации отбирается тепло, накопленное в верхних слоях почвы в результате солнечного излучения, и коллектор представляет собой несколько контуров пластиковых труб, уложенных под слоем грунта.

Для эффективной работы системы, исходя из особенностей грунта, его теплопроводности и геометрии участка, выбирается определенная схема укладки труб – петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм. Также, эффективность теплообмена увеличивается на влажных грунтах и уменьшается на сухих песчаных участках.

Для отопления дома площадью 70 — 100 м² достаточно уложить приблизительно 200 — 320 м трубопровода несколькими петлями-контурами. Для этого нужен участок площадью примерно 150 — 200 м², то есть в 1,5 — 2 раза больше, чем отапливаемая площадь дома. Дальнейшее использование такого участка над коллектором возможно только в качестве лужайки или цветника.

Главное преимущество использования горизонтального коллектора в связке с тепловым насосом — простота монтажа и то, что при прочих равных условиях работы по монтажу оборудования обойдутся немного дешевле, чем бурение скважин.

Вертикальный коллектор

Грунтовые зонды вертикального коллектора представляют собой систему длинных труб, опускаемых в скважины глубиной 50-200 м.

Пространство в скважине вокруг зонда заполняется буровым раствором или цементно-бетонной смесью для защиты труб от повреждений и улучшения теплопередачи.

Для дома площадью 70 — 100 м² понадобится 2 — 3 скважины глубиной около 50 м. Располагать скважины следует не ближе 2 м от стены дома, чтобы не повредить фундамент.

Также скважины не должны находиться на одной линии течения подземных вод — иначе эффективность теплового насоса уменьшится.

Для вертикального коллектора не требуется большой участок, а на глубинах от 50 м температура грунта выше, потому эффективность теплообмена при использовании данной системы выше на 15 — 20%, чем у горизонтального коллектора.

Тепловые насосы типа «воздух – вода», «воздух – воздух»

Тепловой насос типа «воздух – воздух» и «воздух – вода» схожи по принципу работы с кондиционерами. Они стоят дешевле, но проигрывают другим видам насосов по универсальности, применяясь преимущественно для нагревания горячей воды.

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

Такие устройства имеют два варианта исполнения:

  1. Сплит система состоит из двух блоков, соединенных инженерными коммуникациями. В состав наружного входят мощный вентилятор и испаритель, а внутренний содержит конденсатор и автоматику. При этом компрессор может располагаться как во внутреннем блоке, так и в наружном, чтобы избежать шума в помещении.
  2. В моно системе все элементы собираются в одном корпусе и монтируются либо в доме, соединяясь с улицей гибким воздуховодом, либо снаружи.

Тепловые насосы типа «вода – вода»

При соседстве с домом реки или пруда можно использовать тепловой насос, работающий по схеме «вода – вода». Для этого из водоема отбирается мощным насосом вода, которая прокачивается через первичный теплообменник теплового насоса, отдавая свою тепловую энергию фреону, и сбрасывается обратно в водоем.

Тепловой насос типа вода — вода наиболее экономичный. Однако, из-за загрязненности используемой воды необходимо предпринимать дополнительные меры для ее предварительной очистки перед подачей в тепловой насос.

Пример схемы обвязки теплового насоса вода — вода:

Тепловой насос для отопления дома своими руками: устройство, принцип работы, схемы

  1. Теплообменник для пассивного охлаждения
  2. Расширительный бак внешнего контура теплового насоса
  3. Коллектор потолочного охлаждения
  4. Расширительный бак системы отопления
  5. Группа безопасности котла (теплового насоса)
  6. Расширительный бак для ГВС
  7. Резервный котел (высокотемпературный) с насосом и группой безопасности
  8. Узел подмеса системы отопления
  9. Термостатический клапан радиатора отопления
  10. Буфер (тепловой аккумулятор)
  11. Основной насос системы отопления
  12. Тепловой насос вода-вода со встроенными циркуляционными насосами
  13. Бойлер косвенного нагрева для ГВС
  14. Насос рециркуляции ГВС
  15. Коллектор водоснабжения
  16. Коллектор теплых полов
  17. Коллектор радиаторов

Подведем итог. Первоначальные затраты на систему отопления с тепловым насосом и ее обустройство достаточно высоки. Но, с учетом низких расходов на отопление, со временем можно покрыть первоначальные вложения и продолжить использование альтернативных источников для обогрева дома.

Создание теплового насоса для отопления дома: расчеты, изготовление, монтаж своими руками

Если рядом с участком проходит магистральный газопровод, то в этом случае выбор очевиден. Чтобы провести газ в дом, достаточно подать документы на газификацию, и через некоторое время специалисты подключат жилище к природному газу. Однако в нашей стране, несмотря на высокие темпы газификации областей и районов, немало людей не имеют возможности провести газ в свой частный дом. Поэтому им приходится пользоваться газом в баллонах.

Что же делать в такой ситуации? Использовать для обогрева обычную печь, работающую на дровах и угле — хлопотное занятие. А если установить оборудование, работающее за счет электрической энергии, то это обойдется довольно дорого, хотя в этом случае и будет в меньшем количестве поступать холодный воздух.

Однако есть новые решения, которые недавно появились на рынке. Установка оборудования, которое при работе использует альтернативные источники энергии – это возможность обеспечить тепло в жилище при минимальных затратах.

В случае с подобным вариантом обогрева тепло получают из земли, воды и воздуха.

Оно дает возможность извлекать тепло из земли, воды и воздуха.

Читайте также:  Что делать если плохо работает вытяжка в ванной и туалете: возможные неисправности и лучшие способы решить проблему

Одно из новых решений, которое доступно на рынке – система отопления, предусматривающая в качестве главного рабочего элемента тепловой насос. Необязательно покупать это оборудование, если вы решили использовать его в составе своей системы отопления. Своими руками вполне возможно изготовить такой насос. Главное — иметь желание.

Принцип работы теплового насоса

Система отопления, основанная на тепловом насосе, включается в свой состав кроме этого оборудования еще и устройства для забора и распределение тепла. Если говорить о составе внутреннего контура такого насосного оборудования, то выделим следующие компоненты:

  • компрессор, который получает питание от электросети;
  • испаритель;
  • дроссельный клапан;
  • конденсатор.

Заметим, что основные принципы работы этого оборудования были разработаны еще два столетия назад и известны как цикл Карно. Работа теплового насоса осуществляется следующим образом:

  • В качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость, которая подается в коллектор. Незамерзайка может представлять собой:
    • воду, разведенную со спиртом;
    • соляной раствор;
    • гликолевую смесь.
    • Эти вещества обладают способностью поглощать тепловую энергию и транспортировать ее к насосу.
  • Оказавшись в испарителе, тепло направляется к хладагенту. Это вещество отличается низкой температурой кипения. Под воздействием тепловой энергии хладагент вскипает. В результате образуется пар.
  • Работающий компрессор поднимает давление пара, из-за чего происходит рост температуры воздуха.
  • Передача тепла от воды системе отопления осуществляется через другой элемент — конденсатор. Хладагент с целью выжима дополнительного тепла еще раз охлаждается, превращается в жидкость, а затем отправляется в коллектор.
  • Далее этот процесс повторяется по такому же циклу.

Если говорить простыми словами, то тепловой насос представляет собой оборудование, которое работает почти по такому же принципу, что и холодильник, только наоборот.

Если взять обычный холодильник, то в нем хладагент, движущийся по контуру, получает тепло от продуктов питания, размещаемых на хранение. В конце цикла он выводит его на заднюю стенку.

То же самое тепло используется и в случае с тепловым насосом, только оно применяется для подогрева теплоносителя, благодаря которому обеспечивается нагрев воздуха.

Система отопления на основе теплового насоса, конечно же, потребляет электрическую энергию. Но, заметим, что ее количество, требуемое для работы, неизмеримо меньше, чем для обычного электрического котла. Так, расходуя 1 кВт электрической энергии, котел, нагревающий воду, производит 5 кВт тепловой энергии.

Расходы и окупаемость

Расходы, которые возникают при приобретении этого оборудования и при работах по монтажу теплового насоса, достаточно высокие. Они больше, чем затраты при установке нагревательного котла, работающего за счет электрической энергии. Здесь у каждого, кто задумался о создании своей автономной системы отопления в доме, может возникнуть вопрос: выгодно ли устраивать такую систему? По этому поводу можно сказать следующее: если система устанавливается в дом площадью 100 квадратных метров, то дополнительные затраты, понесенные на установку оборудования, окупятся в течение 2 лет. Дальше владелец жилища будет только экономить на отоплении.

Система отопления на основе теплового насоса имеет одно важное преимущество: она может не только обогревать помещение, но и охлаждать воздух, то есть, работать как кондиционер. Поэтому в летнее время, чтобы избавиться от ненужного тепла в помещениях дома, можно включить специальный режим работы теплового насоса.

Как выполнить расчет оборудования?

При расчете мощности теплового насоса в первую очередь необходимо ориентироваться на уровень теплопотерь в своем жилище. Естественно, перед тем как устраивать в жилище такую систему отопления, необходимо провести работы по теплоизоляции дома. Утеплить следует не только стены и пол, но и крышу и окна.

  • Если помещение не утеплено, что особенно характерно для старых строений, то при расчете мощности нужно исходить и следующей нормы: 75 ватт на 1 квадратный метр.
  • Для новых построек, которые уже имеют в конструкциях теплоизоляционный слой, нужно ориентироваться на следующую норму: 50 ватт на один квадратный метр.
  • Для сооружений, которые были возведены с применением специальных технологий, норма составляет 30 ватт на один квадратный метр.

Оптимально, если такая система отопления закладывается еще на стадии проектирования здания. Это позволит создать систему отопления, которая обеспечивает наиболее эффективный обогрев помещений строения в зимний период.

Практический опыт показывает, что лучший вариант отопительной системы на основе теплового насоса — водяной теплый пол. При его устройстве во внимание необходимо принимать тип напольного покрытия.

Керамическая плитка является идеальным материалом для оформления напольного пола.

А вот ковры, ламинат и паркет обладают низкой теплопроводностью, Поэтому при использовании подобной системы температура воды должна быть выше 8 градусов.

Как сделать тепловой насос своими руками?

Достаточно высокой является стоимость теплового насоса, даже если не учитывать оплату услуг специалиста, который будет производить его монтаж. Не все имеют достаточные финансовые возможности, чтобы сразу оплатить установку такого оборудования. В этой связи многие начинают задаваться вопросом, а можно ли сделать тепловой насос своими руками из подручных материалов? Это вполне возможно. К тому же при работах можно использовать не новые, а б/у запчасти.

Итак, если вы решили создать тепловой насос своими руками, то прежде чем приступать к работам, необходимо:

  • проверить состояние проводки в вашем доме;
  • убедиться в работоспособности электросчетчика и проверить, чтобы мощность этого прибора была не менее 40 ампер.

Первым делом необходимо приобрести компрессор. Купить его можно в специализированных компаниях или обратившись в мастерскую по ремонту холодильного оборудования. Там вы можете приобрести компрессор от кондиционера. Для создания теплового насоса он вполне подойдет. Далее его необходимо закрепить на стене, используя кронштейны L-300.

Теперь можно переходить к следующему этапу — изготовлению конденсатора. Для этого необходимо найти бак из нержавейки для воды объемом до 120 литров. Он разрезается пополам, а внутри него устанавливают змеевик. Изготовить его можно своими руками, используя для этого медную трубку от холодильника. Или же можно создать его из медной трубы небольшого диаметра.

Чтобы не испытывать проблем с изготовлением змеевика, необходимо взять обычный газовый баллон и намотать на него медную проволоку. Во время этой работы необходимо обращать внимание на расстояние между витками, которое должно быть одинаковым.

Чтобы трубка была зафиксирована в таком положении, следует воспользоваться алюминиевым уголком с перфорацией, который применяют для защиты углов шпаклевки. Используя витки, трубки следует расположить так, что витки проволоки находились напротив отверстий в уголке.

Это позволит обеспечить одинаковый шаг витков, а помимо этого конструкция будет достаточно прочной.

Когда змеевик установлен, две половинки подготовленного бака соединяют при помощи сварки. При этом нужно позаботиться об вваривании резьбовых соединений.

Для создания испарителя можно использовать пластмассовые емкости для воды общим объемом 60 – 80 литров. В неё монтируется змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма. Обычные водопроводные трубы можно использовать для доставки и слива воды.

На стене при помощи L-кронштейна нужного размера выполняется закрепление испарителя.

Когда все работы завершены, остается только пригласить специалиста по холодильному оборудованию. Он соберет систему, выполнит сварку медных трубок и закачает фреон.

Монтаж теплового насоса своими руками

Теперь, когда основная часть системы готова, остается выполнить её подсоединение к устройствам забора и распределения тепла. Эта работа может быть выполнена самостоятельно. В этом нет ничего сложного. Процесс установки устройства забора тепла может быть разным и во многом зависит от типа насоса, который будет использоваться в составе системы отопления.

Вертикальный насос типа грунт вода

Здесь тоже потребуются определенные затраты, поскольку при установке такого насоса без использования буровой установки просто не обойтись. Все работы начинаются с создания скважины, глубина которой должна составлять 50-150 метров. Далее опускается геотермальный зонд, после чего выполняется его подключение к насосу.

Горизонтальный насос типа грунт вода

Можно воспользоваться и другим способом — прокладка отдельных труб для воды в заранее выкопанной траншее. Решив воспользоваться им, сначала необходимо вырыть траншеи, у которых глубина должна быть ниже уровня промерзания.

Заключение

Если для вас использование для обогрева жилища электрического котла — дорогое удовольствие, то вы можете сделать выбор в пользу системы отопления на основе теплового насоса. Чтобы сэкономить, можно сделать тепловой насос самостоятельно.

Его конструкция проста. Вам лишь нужно выделить немного своего времени на проведение этой работы и приобретение необходимых деталей и компонентов.

Сделав его, вы получите систему отопления, которая позволит создать теплую атмосферу с минимальными затратами.

  • Дмитрий Сергеевич Кириллов
  • Распечатать
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector