Тепловой насос для отопления дома своими руками – рабочие варианты

Принцип работы тепловых насосов

Схема работы теплового насоса

Для лучшего понимания работы теплового насоса можно рассмотреть его самый распространенный вариант применения – в обычных холодильниках. В принципе воздушные тепловые насосы для отопления немного отличаются от них. Разница заключается в получении тепловой энергии, а не холода.

Узнать, как работает тепловой насос для отопления дома можно после рассмотрения общей схемы функционирования. Для генерирования тепла в конструкции имеется внутренний контур, по которому протекает хладагент. Он соединяется с трубами отопления дома с помощью теплообменника. Получение тепла от внешнего источника происходит за счет дополнительного контура. Рассмотрим, как работает отопление при помощи теплового насоса:

1. Хладагент находится в газообразном состоянии. Он получает тепловую энергию от внешнего контура. При этом достаточно, чтобы температура газа поднялась до +10°С.
2. Повышение давления хладагента для перехода его в жидкое состояние. Для этого воздушные тепловые насосы для отопления дома в обязательном порядке имеют компрессор. При этом температура жидкости повышается до +65°С.
3. С помощью теплообменника происходит передача тепла воде системе отопления в доме.
4. Дроссельный клапан и капельник снижают давление и тем самым провоцируют обратный переход хладагента из жидкого состояния в газообразное для повторения процесса.

Эффективно ли отопление дома с помощью теплового насоса? Во многих случаях эту систему устанавливают в качестве дополнительной для снижения затрат на основное теплоснабжение. Одним и недостатков является невозможность сделать тепловые насосы для отопления дома своими руками с нормальным показателем КПД и надежностью. Для изготовления понадобится сделать сложные расчеты и правильно подобрать материалы. Можно провести аналогию с бытовыми холодильниками – практически никто не делает их самостоятельно, предпочитая надежные заводские модели.

Практически все отзывы о тепловых насосах для отопления дома указывают на прямую зависимость источника тепла от первичного контура на показатель КПД устройства.

Типы тепловых насосов

Принцип работы насоса заключается в следующем:  тепловой источник, энергопотенциал которого достаточно низок, передает свое тепло носителю с высшей температурой. Как это работает на практике, можно увидеть на рисунке. К слову, холодильные устройства работают по тому же принципу, поэтому летом тепловой насос успешно может функционировать в роли кондиционера.

Схема теплового насоса

Классификаций насосов может быть несколько, но правильно было бы разделить их по типу теплоносителя, в роли которого могут выступать:

• Вода;
• Грунт;
• Воздух.

Принцип работы теплового насоса

Энергия, полученная с использованием такой системы, может быть использована для различных целей: обогрева помещения, кондиционирования, нагрева воды. Сочетание типов теплоносителей и выполняемых функций тоже может быть разным. Исходя из этого, насосы делятся на три группы.

1. Оборудование класса «вода-вода». Весьма эффективный способ получения тепла, ведь при значительной глубине вода может достаточно долго оставаться в перманентном состоянии, сохраняя необходимую температуру. В данном случае источником тепловой энергии являются открытые водоемы, подземные или сточные воды, а теплоносителем выступает специальное экологическое вещество.

   Стоит отметить, что проще будет соорудить насос для использования в озерах и реках (водоемов открытого типа), в то время как для подземных потребуются дополнительные работы и затраты. Конструкция устройства будет усложненной, потребуется специальный резервуар для сосредоточения влаги  из теплообменника.  Для контура используются пластиковые трубы, которые можно установить как в вертикальном, так и в горизонтальном положении под землей. Вертикальный коллектор является более эффективным, поскольку для него бурятся скважины по 100-150 метров глубиной, а там температура может держаться дольше.

   Как устроить тепловой насос вода-вода

   Важно! Горизонтальные коллекторы запрещается применять в хозяйственных целях, только для посадки растений и газона. На один киловатт мощности устройства может потребоваться примерно 20-50 метров квадратных.

2. Оборудование класса «грунт-вода» являются самыми удобными, ведь уже на глубине 5 м можно наблюдать постоянную температуру почвы, а погодные изменения на нее практически не влияют. Конструкция данных насосов практически та же, что в предыдущем варианте.

   Принцип работы тепловых насосов грунт-вода

3. Тепловые насосы класса «вода-воздух» менее эффективны потому, что зимой их мощность существенно падает. Зато при монтаже никаких трудностей нет – не потребуются ни глубокие скважины, ни земляные работы. Все, что нужно сделать – установить оборудование в подходящее место. Это может быть, к примеру, крыша дома. Преимущество такой системы в том, что использованную тепловую энергию можно применять повторно, она будет покидать здание в виде газа, дыма, воздуха или даже воды. Но полноценного обогрева дома она дать не может ввиду низкой мощности, поэтому на зимнее время нужно позаботиться об альтернативном отоплении.

   Тепловой насос своими руками

Типы тепловых насосных систем 

несколько вариантовсъема тепла из грунтагоризонтальный коллекторгеотермальный зондГоризонтальный грунтовый коллекторЭто система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль. Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:

• потребной мощности насоса, 
• грунта данного места (влажный — лучше), 
• уровня солнечной радиации и т.д. 

В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика. В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.   На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена. Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву. Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.Вертикальный коллектор, или геотермальный зондВертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника. Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник. У него есть и другое название — геотермальный зонд. Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.  Велика ли эффективность теплового насоса? Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора. В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.   Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.  Второе назначение Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения. У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений. Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные  отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные». Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования. Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.  

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:

• экономит электричество;
• для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
• если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.

Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.

Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование не целесообразно.

Тепловая насосная система, извлекающая энергию из воздушной массы, может использоваться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара

Специфика применения и работы

Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.

Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха. Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа. Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

Тепловой насос лучше всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя свыше 40 — 45º С

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов. Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений и др.

Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева. Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.

Тепловые насосы поставляют достаточное количество энергии для обогрева воды в крытых частных бассейнах (+)

Принцип действия системы

Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом. Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.

Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии. Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.

На рисунке схематически показана реализация принципа элементарного теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура — высокого и низкого давления

Срок окупаемости системы отопления с теплонасосом

Приобретение (изготовление) и установка отопительного оборудования обходятся в приличную сумму. Точная цифра зависит от качества теплоизоляции жилища, типа насоса и потребностей жильцов. Как уже отмечалось выше, минимальная стоимость готового теплонасоса равна примерно $4 тыс. плюс расходы на проведение монтажных работ. Но практика показывает, что в большинстве случаев затраты окупаются уже за 2-3 года, а если изготовить и установить оборудование самостоятельно — и того быстрее. Приятным дополнением при эксплуатации отопительной системы на базе теплового насоса является возможность его использования в летний зной в качестве кондиционера.

Поделиться в соц. сетяхНравитсяПолучайте новости о скидках и акциях от компании на ваш email:Узнать цены на промышленные настенные – потолочные обогреватели Большие настенно – потолочные нагреватели промышленные Узнать цены на инфракрасные потолочные обогреватели (с характеристиками под заказ) Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ

Разновидности систем

Устройство такого отопления может иметь разные схемы циркуляции воздушных масс: гравитационную и принудительную.

Особенности устройства отопления в доме: воздушное отопление прямоточного типа

При организации обогрева своими силами стоит рассмотреть прямоточные конструкции принудительного типа. Они функционируют по следующему принципу: вентилятор прогоняет воздух через калорифер, после которого он, будучи нагретым, по системе воздуховодов раздается в каждое помещение, а затем выводится через систему вытяжной вентиляции или специальную шахту.

Принцип работы прямоточной установки

Рециркуляционная система

Более высокой производительностью и экономичностью отличается рециркуляционная система. Она функционирует следующим образом: воздух нагревается калорифером и подается во все помещения. При этом тепло отдается окружающему пространству, а остывший воздух по специальным рециркуляционным каналам снова направляется к калориферу.

Схема функционирования рециркуляционной установки

Назначение

Отопление – основная функция тепловых насосов. При этом не каждая модель способна дать необходимую тепловую мощность для полноценного отопления.

Охлаждение – предусмотрено в большинстве воздушных моделей. А вот многие грунтовые устройства не способны работать на охлаждение без дополнительной техники, которая приобретается отдельно. Вертикальные ТН обеспечивают лучшее охлаждение, чем горизонтальные тепловые машины.

Горячее водоснабжение (ГВС) – реализовано за счет встроенного водонагревателя или возможности подсоединения к внешнему бойлеру. Подобные насосы относятся к воздушному типу и встречаются редко.

Отопление и ГВС – сочетание двух режимов. Универсальный вариант.

Тепловой насос и его разновидности

Тепловой насос — это специализированное оборудование, которое собирает термоэнергию, а затем передает ее на отопительные либо нагревательные приборы. Классифицируют насосы по источнику энергии. Название типа дополняется двумя элементами: источником и носителем. Первый из них обозначает среду, из которой получают тепло, а второй — среду, которая переносит тепло.

Основные типы насосных систем для домашнего использования:

• Грунт-вода. Источником термоэнергии служит грунт, а носителем служит жидкость (соляной раствор либо гликолевая смесь, либо спиртово-водный раствор).
• Вода-вода. Источником служит водоем либо грунтовые воды, а носителем — жидкость.
• Воздух-вода. В качестве источника тепла используется атмосферный либо вентиляционный воздух, в качестве носителя — жидкость.
• Вода-воздух. Источник — водоем, носитель — воздух.
• Воздух-Воздух. Источник и носитель — воздух.

Производительность насосной системы зависит от стабильности температуры источника энергии. В этом отношении выигрывает грунт, потому что он нагревается не только от солнца, но и от энергии ядра земли. Вторыми по эффективности являются водные системы. В течение года температура этих источников варьируется от +7 до +12 градусов, и этого достаточно для выстраивания автономной системы отопления.

Но все равно самым популярным вариантом является воздушная тепловая насосная система. Она имеет невысокую производительность, которая напрямую зависит от сезона, но подкупает своей простотой. Если вы ищете дополнительный источник обогрева, то тепловой насос воздух-вода для отопления дома подойдет идеально.

основных выгод для владельцев установок

К преимуществам систем обогрева с тепловыми насосами относят такие:

1. Экономическая эффективность. При затратах 1 кВт электрической энергии можно получить 3-4 кВт тепловой. Это усредненные показатели, т.к. коэффициент преобразования тепла зависит от типа оборудования и особенностей конструкции.
2. Экологическая безопасность. При работе тепловой установки в окружающую среду не попадают продукты сгорания или другие потенциально опасные вещества. Оборудование озонобезопасно. Его применение позволяет получить тепло без малейшего вреда для экологии.
3. Универсальность применения. При установке систем отопления, работающих от традиционных источников энергии, владелец дома попадает в зависимость от монополистов. Солнечные батареи и ветрогенераторы не всегда рентабельны. Зато тепловые насосы можно устанавливать где угодно. Главное – правильно выбрать тип системы.
4. Многофункциональность. В холодное время года установки отапливают дом, а в летнюю жару способны работать в режиме кондиционеров. Оборудование применяют в системах ГВС, подключают к контурам теплых полов.
5. Безопасность эксплуатации. Теплонасосам не требуется топливо, при их работе не выделяются токсичные вещества, а предельная температура узлов оборудования не превышает 90 градусов. Эти отопительные системы не опаснее холодильников.

Идеальных приборов не существует. Тепловые насосы надежны, долговечны и безопасны, но их стоимость напрямую зависит от мощности.

Качественное оборудование для полноценного обогрева и горячего водоснабжения дома 80 обойдется примерно в 8000-10000 евро. Самоделки маломощны, их можно использовать для отопления отдельных комнат или подсобных помещений.

Теплонасосы способны прослужить 30 лет и более. Особенно рентабельно их применение для ГВС, а также в комбинированных отопительных системах, включающих теплые полы.

Оборудование надежно и редко ломается. Если оно самодельное, то важно подобрать качественный компрессор, лучше всего – от холодильника или кондиционера проверенной марки.

Инструкция по сборке теплового насоса своими руками

Это классическая схема теплообменного элемента, работающего по принципу обратной машины Карно (описан выше). Совместима с воздушными, водными и геотермальными установками. Процедура не слишком сложна, ведь большинство деталей можно найти в готовом виде, единственная проблема для неспециалиста – расчеты оптимальных характеристик: мощности компрессора, состава хладагента, диаметра трубок, количество витков змеевика – параметров множество и каждый по своему влияет на качество и срок службы.

На сайтах, занимающихся продажей подобных отопительных систем, традиционно размещены онлайн калькуляторы для расчета необходимой техники. Отдельно можно найти в Сети и специальные приложения для инженеров, занимающихся теплоэнергетикой – программы CoolPack, Copeland и подобные. Разумеется, настоящий специалист даст более точную оценку поэтому, если есть возможность воспользоваться его услугами, то следует прибегнуть к такому варианту незамедлительно.

На сайтах, занимающихся продажей подобных отопительных систем, традиционно размещены онлайн калькуляторы для расчета необходимой техники.

Основные детали и расходные материалы (для теплового насоса мощностью 10-15 кВт)

• Бак (нержавейка) – 100 литров.
• Медная трубка – для змеевика, с толщиной стенок более 1 мм.
• Компрессор – полностью идентичен используемому в кондиционере. Учитывая, что традиционно, срок службы конденсатора больше чем у кондиционных установок в целом, стоит порыться среди поломанных и нерабочих моделей или поискать готовую деталь отдельно. Высокая мощность и возможность работать летом в обратную сторону, на охлаждение помещения, дополняет низкий уровень шума (если повезет найти запчасть от качественной сплит-системы).
• Пластиковый бак – хотя бы 80 литров. Станет корпусом испарителя.
• Крепежные устройства, отвоздушиватель, кран сливной, шланги и клапаны. Прокладки, муфты, уплотнители и сантехнические переходники ко всему перечисленному.
• Электрооборудование: реле, электроды, прочее.
• Фреон. Средний хладагент имеет температуру кипения -10 и переходит в конденсированное состояние примерно -50. Модель R422 пока соблюдает все экологические стандарты и полностью отвечает требованиям.
• Манометры, амперметр (пусковой ток включения компрессора может давать кратковременную, но сильную нагрузку на сеть. Стоит заранее убедиться, что все распределители выдержат до 40 ампер).

Порядок сборки

• Компрессор прочно и надежно устанавливается с помощью кронштейнов на стену. Над входом приваривается клапан для заправки системы охлаждения.
• Собирается спиральный змеевик. Нужно разобраться с необходимой площадью трубок – формула расчета прилагается: Общая мощность установки делится на произведение разницы температур системы и коэффициента теплопроводности меди в воде (постоянное число, равное 0,8).
• Любая прямая труба непринужденно превращается в змеевик после намотки вокруг плотного цилиндра – отлично подойдет как каркас газовый баллон (поможет сохранить одинаковую форму и шаг каждого витка). Важно соблюдать полную герметичность на каждом соединении, не брезгуя уплотнителями, кольцами и прокладками.
• Готовая деталь монтируется внутрь металлического бака. Для этого он разрезается пополам, внутрь входит змеевик (вход в конденсатор происходит сверху, чтобы внутри не скапливались пузырьки), все плотно германизируется и разрез заваривается.
• Основой испарителя станет пластиковый бак (желательно с широкой горловиной). Удобнее брать как можно больший объем. Здесь медный змеевик рассчитывается, скручивается и устанавливается полностью согласно вышеприведенной схемы. Вода подается и выводится обычными пластиковыми канализационными трубами, обязательна установка терморегулирующего клапана.

Компрессор прочно и надежно устанавливается с помощью кронштейнов на стену

• Собрав, сваривая концы труб между собой, отдельные детали в единую систему. Важно проверить герметичность швов и стыков, например, вакуумным насосом.
• Самостоятельная заправка фреоном не рекомендуется. Но если нет возможности обратиться к мастеру, то нужно закачать не менее 2 кг охлаждающей жидкости. Спешит незачем, после заправки несколько дней проводится постоянная проверка давления и натирание мыльным раствором всех подозрительных участков (поможет выявить утечку).
• Электроначинка включает в себя однофазное реле, предохранитель, щиток и рейку – на нее вывести два термодатчика – у выхода (до 40 градусов), у испарителя (около нуля – не выключение теплового насоса своими руками или автоматически при замерзании выведет и сроя всю систему).

Важно помнить, что эффективность любого отопления полностью упирается в энергоэффективность изоляции здания.

Применение совместно с стандартным газовым или твердотопливным котлом даст синергетический эффект. Система, построенная собственноручно, нуждается в регулярной профилактике и обслуживании для долгой и экономной эксплуатации – больше чем заводские сборки.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

опубликовано   Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet

Отопление от тепловой энергии земли своими руками

Многие наши соотечественники не понимают, о чем конкретно идет речь, когда говорят об отоплении жилища благодаря теплу земли. В это время западные страны уже давно практикуют такой вид обогрева дома, а его популярность все больше растет. Отопление с помощью газа и электроотопление у нас все еще наиболее популярно.

Отопление дома теплом земли

Богатства земли, по которой мы ходим, заключаются не только в драгоценных камнях и металлах, хранящихся в ней, и не в плодородной почве, но и в том, что глубина ее имеет огромные запасы геотермальной энергии. Извержения вулканов и гейзеры являются доказательством этого. Ядро нашей планеты имеет невероятно высокую температуру. Хоть и с приближением к поверхности земли грунт остывает, однако у нее есть геотермальное тепло, которое она может отдавать дальше.

Отопление собственными руками в частном доме

Система отопления загородного дома должна быть правильно подготовленной, чтобы ее проект стал экономически выгодным, легко выполнялся и являлся технологически современным. Давно используемые нами варианты отопления, где теплый воздух образуется при сгорании топлива, на сегодняшний день стоят довольно дорого, а все из-за постоянного роста цен на газ и электроэнергию. Помимо этого, традиционные методы обогрева помещения плохо отражаются на окружающей среде. Поэтому актуальным является вопрос геотермального отопления дома.

Отличным устройством для обогрева зданий из земли является тепловой насос и работающая вместе с ним система. Его установкой и всем процессом устройства отопительной системы можно заняться самому. Данный прибор может перерабатывать энергию воздуха, воды и земли. Для получения тепла применяют хладагент, который, находясь в жидком состоянии, течет по системам труб, установленным в почву.

На уровне полутора метров в глубине температура земли имеет одинаковый показатель, как летом, так и в зимний период – 8 градусов. Этого достаточно для «закипания» хладагента и его превращения в газ. Полученный состав всасывается специальным насосом компрессорного типа – выполняется его уменьшение в объеме и идет отдача тепла. На устройство приходит тепловая энергия, происходит нагревание теплоносителя системы обогрева дома. Из-за того, что охлаждающее вещество отдает тепло, он понижает свою температуру и благодаря специальному клапану снова становится жидким. Так происходит замыкание цикла.

Обогрев дома с помощью тепловой энергии земли

Безусловно, словосочетание «своими руками» к подаче тепла от геотермальных источников относится не полностью, а только лишь к креплению теплового прибора и отопительной системы в самом доме. Только два из существующих видов такого рода обогрева помещения вполне реально выполнить своими руками.

Главный принцип работы теплового насоса для обогрева дома заключается в передаче тепловой энергии, воздуха и подземных вод отопительной системе с большими показателями температуры. Благодаря такому способу в 4-10 раз становятся ниже отопительные расходы. К преимуществам геотермального обогрева дома относятся

• продолжительный период службы;
• функционирование осуществляется автоматически.

Схема альтернативного отопления дома

Насос, перекачивающий тепло, может функционировать без поломок примерно 15-25 лет.

Показатели при получении энергии от земли выглядит так: благодаря 1 кВт электроэнергии можно получить 5 кВт мощности. Если вы решили сами провести систему отопления от земли в своем дома, нужно знать некоторые нюансы его обустройства.

Принципы установки систем:

• С теплообменником вертикального типа и скважинным насосом. На глубину от 50 до 200 м такие устройства погружают в землю. Это наиболее эффективный метод получения тепла, а такую систему удобно подводить в дом. Здесь требуется на нужный уровень глубины пробурить скважину.
• Горизонтального типа теплообменник для обогрева дома. В этом случае коллекторные системы находятся на том уровне, где грунт может промерзать. Недостаток его в значительном использовании территории: около 500 квадратных метров для обогрева дома, площадь которого примерно 200 квадратных метров. Здесь также имеется отличительное свойство: запрещается монтировать коллекторные системы рядом с деревьями, на расстоянии менее, чем полтора метра от ствола.
• Теплообменник для отопления дома, размещаемый в водоеме. Из всех он считается относительно недорогим, поскольку не нуждается в значительном объеме работ с грунтом. Такой вариант подходит только в том случае, когда рядом с домом находится водоем, на расстоянии 100 м и ближе. В свою очередь необходимо, чтобы источник воды был нужной глубины и в холодный период не замерзал.

Тепловой насос Воздух-Воздух для отопления дома

Тепловой насос Воздух-Воздух — электромеханическое устройство, назначение которого: забрать тепловую энергию из окружающего его воздуха и, преобразовывая ее, прогревать помещение, то есть воздух помещения. Отсюда и название «Воздух-Воздух».

Первый бытовой вариант теплового насоса Воздух-Воздух появился в Англии в розничной продаже еще в 60-е годы.

Сплит система теплового насоса Воздух-Воздух Организация централизованного отопления тепловым насосом Воздух-Воздух

Принцип работы теплового насоса

В основе работы такого устройства лежит комплекс процессов, очень напоминающий «обратную» работу обычного кондиционера, которые, кстати, сегодня уже «умеют» обогревать помещения.

Принцип работы теплового насоса Воздух-Воздух

Согласно второго начала термодинамики, невозможен самопроизвольный переход теплоты от менее нагретых тел к более нагретым. Для такого «переноса» теплоты необходимо затратить дополнительную энергию, то есть выполнить работу.

Совет

В тепловых насосах, которые обеспечивают такой «перенос» теплоты, дополнительной энергией является электрическая энергия, а работу выполняет компрессор.

Тепловой насос является парокомпрессионной холодильной установкой, в составе которой 4 основных функциональных блока:

• испаритель;
• компрессор;
• конденсатор;
• вентиль расширительный.

Внешний блок, в котором находятся: испаритель, компрессор, расширительный вентиль и вентилятор для принудительного обдува ребристого испарителя.

Вентилятор производит интенсивный забор воздуха с окружающей среды, обдувая ребристый радиатор испарителя. Внутри испарителя находится хладагент с очень низкой температурой кипения, который способен испаряться даже при низких отрицательных значениях температуры вне помещения.

Газ, полученный в результате испарения хладагента, подается в в результате сжатия его давление и, соответственно, температура повышаются (кто помнит школьный курс физики, это уравнение Менделеева-Клапейрона).

Горячий газ по теплоизолированному трубопроводу подается в следующий теплообменник-конденсатор внутреннего блока, который находится внутри помещения. Вентилятор внутреннего блока принудительно охлаждает конденсатор, прогоняя через его ребристый радиатор воздух из помещения, и «отбирая» тепло у хладагента.

Хладагент в результате понижения его температуры конденсируется, то есть переходит в жидкое состояние.

А затем по трубопроводу возвращается во внешний блок, проходит через расширительный вентиль, назначение которого — резкое понижение  давления хладагента.

Пройдя через вентиль, жидкость (часть ее) испаряется, понижая температуру потока, который поступает вновь в испаритель, где при низком давлении опять испаряется, за счет энергии воздуха «улицы».

Цикл замкнулся!

Цикл работы теплового насоса Обратите внимание

Условно можно сказать, что компрессор и вентиль расширительный делят весь контур на части высокого и низкого давления. А сам тепловой насос Воздух-Воздух не производит тепло, а просто осуществляет его перенос с одного места в другое. Практик показывает, что в среднем затратив 1 кВт электроэнергии, можно «переместить» в помещение до 5 кВт тепла.

Переключением четырехходового клапана тепловой насос переходит в режим кондиционирования, то есть начинает работать и в обратном направлении, охлаждая в жаркое время воздух внутри помещения. Направление движения хладагента изменяется четырехходовым клапаном.

Организация отопительной системы

Тепловой насос обладает всеми техническими качествами для его практического применения в отопительных коммуникациях дома и его обеспечения горячей водой. Этот процесс отличается высокой экологической «чистотой» и экономичностью, так как около ¾ энергии, необходимой для обогрева, насос получает из окружающей среды, а ¼ берет у электросети.

Распределение потребления энергии тепловым насосом Воздух-Воздух

Экономический фактор сказывается еще и в отсутствии необходимости подводить к дому газовую магистраль, организовывать системы безопасности при использовании жидкостных или твердотопливных котлов.

Для работы в условия очень низких температур (от -15ОС — -25ОС) используются бивалентные системы. В таких системах предусмотрен дополнительный источник нагрева внешнего блока. Это может быть контур другого котла отопления дома или электрический нагреватель.

Бивалентный тепловой насос Вариант установки теплового насоса «Воздух-Воздух» Использование теплового насоса Воздух-Вода

Видео: отзыв о тепловом насосе Воздух-Воздух

Воздушное отопление своими руками. Комплектующие.

Подающие узлы были заказаны на специальном заводе, изготавливающем воздуховоды для вентиляции и для воздушного отопления. Стандартные изделия – дроссельные заслонки, решетки, врезки и прочие были приобретены в компании, продающей вентиляционное оборудование. Там же были приобретены и гибкие утепленные шумоглушащие воздуховоды. Впрочем, их можно купить и на строительном рынке.

Еще на строительном рынке были куплены фольгированный самоклеющийся утеплитель, монтажная лента, алюминиевый скотч, саморезы. Хотя их можно купить и в хозяйственном магазине или через Интернет.

Поскольку хозяин хотел в будущем установить себе кондиционер, то все подающие воздуховоды нужно было утеплить – иначе на них будет образовываться влага. Стоит сказать, что гибкие воздуховоды уже сами по себе являются утепленными, в отличие от жестких оцинкованных.

Жесткие магистральные воздуховоды можно заказать изготовить из оцинкованной жести на заводе, а затем утеплить своими руками – оклеить фольгированным самоклеющимся утеплителем толщиной не менее 5 мм. Но можно попробовать сэкономить и склеить магистральные воздуховоды из вспененного фольгированного полиэтилена толщиной не менее 10 мм. Обычно он продается в рулонах.

Проектирование систем воздушного отопления в частном доме

В том случае, когда домовладелец принимает решение установить систему воздушного отопления в своем будущем доме, ему необходимо разработать ее детальный проект, который в обязательном порядке должен предваряться тщательным расчетом следующих моментов:

• мощность теплогенератора, которая должна быть достаточной для обогрева всех помещений с учетом возможных теплопотерь;
• скорость подачи подогретого воздуха;
• тепловые потери на всех конструктивных элементах каждого помещения (потолках, полах, стенах, дверях и окнах);
• аэродинамические характеристики системы и диаметр воздуховодов, что позволяет в итоге определить величину потерь воздушного напора.

Данные расчеты должны производиться компетентными специалистами, что позволит избежать:

• перегрева теплогенератора;
• вибраций и шума во время работы системы;
• сквозняка в комнатах.

По окончании расчетов выбирается место установки подогревателя воздуха. Выбор для каждого дома производится индивидуально, общих рекомендаций в этом вопросе не существует. Теплый воздух, подводимый через специально проложенные воздуховоды, поступает в помещения через вентиляционные решетки, которые проектируются в нижней части каждой отапливаемой комнаты или в ее полу в тех местах, где жильцы дома будут проводить больше всего времени.

При проектировании, особое внимание необходимо обращать на качество функционирования вентиляционной системы, обеспечивающей подачу в помещение свежего воздуха. Следует учитывать, что около четверти свежего воздуха подается именно через систему вентиляции

Геотермальный тепловой насос

В самом начале было сказано, что у нас в доме установлено два типа тепловых насосов: воздушный и геотермальный. Как так получилось? Да очень просто. Спустя два года после устанвоки воздушного теплового насоса решили подводить воду в дом, пробурили скважину. На редкость она оказалась щедрой, воды очень много, она чистая и теплая, +8-9 градусов круглый год. На основании этого появилась идея сделать геотермальный тепловой насос, который будет отапливать дом.

Теперь у нас при температуре до +5 градусов используется воздушный тепловой насос, а когда наступают холода, начинаем использовать геотермальный тепловой насос. Получается, что первый используется четыре месяца в году, а второй – пять месяцев в году. Работают они вместе слаженно, без высоких нагрузок на каждый насос, дом отапливается хорошо и стабильно без помощи электрокотла.

Самоделка из старого холодильника

Из отдельных компрессоров и конденсаторов своими руками собрать тепловой насос воздух-воздух без специализированных инженерных познаний достаточно сложно. Но для небольшой комнаты или теплицы можно воспользоваться старым холодильником.

Простейший воздушный теплонасос можно смастерить из холодильника, протянув в него с улицы воздуховод и навесив вентилятор на заднюю решетку теплообменника

Для этого необходимо в передней дверке холодильника проделать два отверстия. Через первое в морозилку будет поступать уличный воздух, а по второму нижнему – выводиться обратно на улицу.

При этом за время прохождения по внутренней камере он будет отдавать часть имеющегося в нем тепла фреону.

Также можно холодильную машину попросту встроить в стену открытой дверью наружу, а теплообменником сзади – в помещение. Но при этом следует учитывать, что мощность такого обогревателя будет небольшой, а электроэнергии он потребляет немало.

Воздух в помещении нагревается от теплообменника сзади холодильника. Однако подобный тепловой насос способен работать только при наружных температурах не ниже плюс пяти по Цельсию.

Эта бытовая техника предназначена для эксплуатации исключительно в помещениях.

В большом коттедже систему воздушного отопления придется дополнять воздуховодами, распределяющими теплый воздух равномерно по всем помещениям

Монтаж теплонасоса воздух-воздух предельно прост. Необходимо установить внешний и внутренний блоки, а потом соединить их меж собой контуром с теплоносителем.

Первая часть системы устанавливается на улице: прямо на фасаде, кровле либо рядом со зданием. Вторую в доме можно разместить на потолке или стене.

Наружный блок рекомендуется монтировать в нескольких метрах от входа в коттедж и подальше от окон, не стоит забывать о производимом вентилятором шуме.

А внутренний устанавливается так, чтобы поток теплого воздуха из него равномерно распространялся по всей комнате.

Если тепловым насосом воздух-воздух планируется отапливать дом с несколькими комнатами на разных этажах, то придется обустраивать систему вентиляционных каналов с принудительным нагнетанием.

В этом случае лучше заказать проект у компетентного инженера, иначе мощности ТНа может не хватить на все помещения.

Электросчетчик и защитное устройство должны выдерживать пиковые нагрузки, создаваемые тепловым насосом. При резком похолодании за окном компрессор начинает потреблять электричества в разы больше, чем обычно.

Лучше всего для подобного воздушного обогревателя проложить отдельную линию снабжения от распределительного щитка.

Особое внимание следует уделить монтажу трубок для фреона. Даже малейшая стружка внутри может повредить компрессорное оборудование.

Здесь без навыков пайки меди не обойтись. Заправку хладогена вообще стоит доверить профессионалу, чтобы избежать потом проблем с его утечками.

Изготовление геотермальной установки

Изготовить геотермальную установку своими руками вполне возможно. При этом для обогрева жилища используется тепловая энергия земли. Конечно, это трудоемкий процесс, но и выгода при этом получается существенная.

Расчет контура и теплообменников насоса

Площадь контура для ТН составляется из расчета 30 м² на каждый киловатт. Для жилого помещения площадью 100 м² нужно около 8 киловатт/час энергии. Значит площадь контура будет составлять 240 м².

Теплообменник можно сделать из медной трубки. Температура на входе 60 градусов, на выходе 30 градусов, тепловая мощность 8 киловатт/час. Площадь теплового обмена должна быть 1,1 м². Медная трубка диаметром 10 миллиметров, коэффициент запаса 1,2.

Длина окружности в метрах: l = 10 × 3,14 / 1000 = 0,0314 м.

Количество медной трубки в метрах: L = 1,1 × 1,2 / 0,0314 = 42 м.

Необходимое оборудование и материалы

Во многом успех при изготовлении ТН зависит от степени подготовленности и знаний самого исполнителя, а также от наличия и качества всего необходимого для монтажа теплового насоса.

Перед началом работ нужно приобрести оборудование и материалы:

• компрессор;
• конденсатор;
• контроллер;
• полиэтиленовые фитинги, предназначенные для сборки коллекторов;
• труба на земляной контур;
• циркуляционные насосы;
• водопроводный шланг или труба ПНД;
• манометры, термометры;
• трубка медная диаметром 10 миллиметров;
• утеплитель для трубопроводов;
• комплект уплотнений для герметизации.

Как собрать теплообменный блок

Теплообменный блок состоит из двух составных частей. Испаритель нужно собрать по принципу «труба в трубе». Внутренняя медная трубка заполняется фреоном или другой быстро закипающей жидкостью. По наружной циркулирует вода из скважины.

Перед сборкой конденсатора необходимо медную трубку намотать в виде спирали и поместить в металлическую бочку емкостью не менее 0,2 м³. Медная трубка заполняется фреоном, а бочка с водой подключается к системе отопления дома.

Обустройство грунтового контура

Для того чтобы подготовить необходимую площадь для грунтового контура, требуется выполнить большой объем земляных работ, которые желательно проводить механизированным способом.

Можно использовать 2 метода:

1. При первом способе необходимо снять верхний слой грунта на глубину ниже его промерзания. На дно получившегося котлована уложить змейкой свободную часть наружной трубы испарителя и произвести рекультивацию почвы.

2. Во втором способе нужно сначала прокопать траншею по всей планируемой площади. В нее укладывается труба.

Затем нужно проверить герметичность всех соединений и заполнить трубу водой. Если протечек нет, можно засыпать конструкцию землей.

Заправка и первый запуск

После окончания монтажа необходимо заполнить систему хладагентом. Данную работу лучше всего поручить специалисту, потому что для заправки внутреннего контура фреоном применяются специальные приборы. При заполнении нужно замерить давление и температуру на входе компрессора и на выходе.

После окончания заправки нужно включить оба циркуляционных насоса на самую низкую скорость, затем запустить компрессор и контролировать работу всей системы по термометрам. При прогреве магистрали возможно обмерзание, но после полного прогрева системы обмерзание должно растаять. Циркуляционный насос grundfos вы найдете ответ по ссылке.

Советы экспертов

• Для фиксации и стыковки разводки трубопровода оптимально зарекомендовал себя алюминиевый скотч с армированным покрытием.
• Прикреплять трубу к потолочным перекрытиям лучше всего с помощью хомутов.
• Воздуховоды, предназначенные для подачи прогретого воздуха необходимо располагать максимально низко возле пола, иначе он останется относительно холодным.
• При наличии в доме кондиционера, необходимо утеплять все конструкции из труб, чтобы на них не оседали пары, образующие конденсат влаги.
• При применении заборных рукавов с множеством колен, изгибов и неодинаковым сечением труб рекомендуется использовать дополнительные заслонки.
• Установка дополнительных фильтров для очистки воздуха увеличивает затраты на всю систему.

Насосы «воздух-воздух» и кое-что еще

Подобные установки встречаются еще реже, нежели «Воздух-вода», на что есть целый ряд причин. Как вы уже догадались, в нашем случае в качестве теплоносителя используется воздух, который нагревается от более теплой воздушной массы из окружающей среды. Есть большое количество недостатков такой системы, начиная от низкой производительности и заканчивая высокой насос «воздух-воздух», принцип работы которого вы знаете, неплох только в теплых регионах.

Тут есть и сильные стороны. Во-первых, дешевизна теплоносителя. Скорее всего, вы не столкнетесь с проблемой течи воздухопровода. Во-вторых, эффективность такого решения крайне высока в весенне-осенний период. Зимой же использовать воздушный тепловой насос, принцип работы которого мы рассмотрели, нецелесообразно.