Людям, які переїжджають жити за місто, доводиться вирішувати питання із обігрівом свого будинку. Газопровід є не скрізь, а встановлювати електричне опалення дуже дорого. Крім того, у дачних селищах часто бувають проблеми та перебої з електрикою. Установка теплонасосу може стати виходом із цієї ситуації. Промисловість виробляє обладнання різного типу, до того ж можна виготовити тепловий насос своїми руками.
Принцип роботи теплового насосу для опалення будинку
Тепло зі свердловин
Ґрунтову воду із свердловини для обігріву житла використовують рідко через складність монтажу. Система має складатися із двох свердловин. З одного відбирається вода для отримання тепла. У другу скидається пропущена через систему опалення рідина. Відстань між свердловинами має бути щонайменше 15 метрів.
Перед встановленням теплонасосу визначають напрямок течії ґрунтових вод. Слива свердловина повинна розташовуватися нижче за течією. Крім того, необхідно забезпечити фільтрацію води від механічних та хімічних домішок.
Теплова енергія повітря
Тепловий насос, що використовує енергію повітря, найпростіший за конструкцією. Трубопровід не потрібно, тому що повітря надходить до випарника прямо з навколишнього середовища. Тепло передається холодоагенту і далі теплоносія в приміщення. Теплоносіями можуть бути повітря (через вентилятор доводчика) та вода (у радіаторах опалення та теплої підлоги).
Теплонасос типу повітря – повітря працює за принципом кондиціонера з деякими відмінностями:
- Система функціонує за негативної температури;
- Т епловий насос може бути єдиним джерелом тепла в будинку;
- Е кономічність у порівнянні зі стандартними кондиціонерами, які працюють не лише на охолодження, а й на обігрів.
Конструкцію теплонасоса, що використовує енергію повітря, втілити в життя дуже легко
Плюси і мінуси
До переваг застосування теплонасосу можна віднести:
- Можливість застосування у віддалених селищах, де немає газопроводу.
- Економічне витрати електроенергії тільки на роботу самого насоса. Витрати значно нижчі, ніж під час використання електроприладів для опалення приміщення. Тепловий насос споживає енергії не більше ніж побутовий холодильник.
- Здатність використання як джерела енергії дизельного генератора та сонячних батарей. Тобто, при аварійному відключенні електроенергії обігрів будинку не припиниться.
- Автономність системи, в яку не потрібно доливати воду та контролювати роботу.
- Екологічність встановлення. У процесі роботи насоса не утворюються гази і немає викидів в атмосферу.
- Безпека роботи. Система не перегрівається.
- Універсальність. Можна встановити теплонасос, який працює на нагрівання та охолодження.
- Довговічність експлуатації. Компресор вимагає заміни один раз на 15 – 20 років.
- Визволення приміщення, яке призначалося під котельню. Крім того, немає необхідності купувати та зберігати тверде паливо.
Недоліки теплових насосів:
- Установка коштує дорого, хоч і окупається протягом п'яти років;
- У у північних районах знадобиться використання додаткових опалювальних приладів;
- Г рунтова установка хоч і незначно, але порушує екосистему ділянки: використовувати територію для саду чи городу не вийде, вона буде порожньою.
Тепловий насос своїми руками
Для самостійного складання теплового насоса вибирають найбільше прості схемиз мінімальним використанням найдорожчих деталей. Перш ніж ухвалити рішення виготовити прилад самостійно, потрібно подбати про утеплення будинку.Якщо житло швидко охолоджуватиметься, то тепловий насос не зможе його обігріти.
З холодильника
Прилад, зібраний зі старого холодильника, може бути додатковим джерелом тепла в приміщенні або обслуговувати теплу підлогу, а також обігріє невелику кімнату.
Перед початком роботи вибирають схему майбутньої конструкції та визначаються із джерелом енергії. Зазвичай його вибирають під землею або у водоймі, вирішують щодо вертикального або горизонтального розміщення.
Конструкція теплової системи з холодильника відрізняється простотою та доступністю.
Після вибору схеми роблять креслення. На ньому обов'язково розраховують та позначають розміри, виходячи з індивідуальних даних житла та обійстя.
Приклад креслення для самостійного виготовлення теплової системи з холодильника
Крім самого побутового приладу, потрібно буде придбати такі деталі:
- Ц іркуляційний насос;
- До ронштейни L-подібної форми завдовжки 30 см;
- Б ак із нержавіючої сталі на сто або сто двадцять літрів;
- П ластикову та металеву ємності на 100 літрів;
- М еталопластикові та мідні труби різного діаметру.
Основна частина холодильника, необхідна для збирання насоса – компресор. Деталь має бути у робочому стані.
Інструменти, необхідні для збирання:
- З варильний апарат;
- Болгарка;
- Н абор слюсарних інструментів.
Після підготовки матеріалів та інструментів компресор кріплять до стіни на кронштейни. Потім приступають до збирання вузлів насоса:
- Виготовляють конденсатор. Розрізають навпіл болгаркою підготовлену металеву ємність. В одну із частин встановлюють мідний змійовик. Потім половини з'єднують з допомогою зварювального апарату. У ємності, що вийшла, просвердлюють різьбові отвори для подальшого з'єднання ланцюга приладів.
- Роблять теплообмінник. На бак із нержавіючої сталі накручують мідну трубу. Обидва кінці закріплюють рейками і приєднують до них сантехнічні переходи.
- Збирають випарник. Встановлюють змійовик у пластикову ємність. Пластик підходить, тому що ця деталь не перегрівається.
- Отриманий випарник кріплять кронштейнами до стіни.
Після підготовки вузлів збирають установку та монтують терморегулюючий клапан. У систему закачують хладогент та підключають до джерела енергії.
Не поспішайте викидати старий холодильник: в умілих руках він зможе знайти «друге життя»
Труби системи мають нижче рівня промерзання грунту або у водоймищі, а також на відповідній глибині. Є приклади, коли господар встановлював трубопровід у каналізації. У разі знадобилася серйозна система очищення. До трубопроводу підключають циркуляційний насос.
З кондиціонера
Спорудити теплонасос з кондиціонера можна трьома способами:
- Поміняти місцями зовнішній та внутрішній блоки. Теплоносіями можуть бути вода і повітря. Якщо вибрано воду, то конденсатор встановлюють у ємність.
- Встановити в кондиціонер клапан, який перемикатиметься між чотирма режимами. Це робота для фахівця зі знанням та навичками проведення таких модифікацій. В даному випадку доцільно спочатку використовувати прилад, що працює на холод і тепло з уже встановленим перемикачем.
- Повністю розібрати прилад та змонтувати за стандартною схемою теплового насоса з випарником, компресором та конденсатором.
Для самостійного перероблення спліт-системи в тепловий насос краще використовувати прилад, який вже так влаштований, що працює на тепло та на холод. У деяких випадках не доводиться навіть випускати та заправляти холодоагент. Збирають установку за схемою.
Схема обробки спліт-системи в тепловий насос допоможе створити теплу атмосферу в будинку
Порядок роботи з обробки кондиціонера:
- Добирають металевий бак. По довжині він повинен дорівнювати довжині зовнішнього теплообмінника, по ширині - на десять сантиметрів більше. У бічні стінки врізають трубки (штуцери) для подачі та відведення води.
- Знімають верхній кожух приладу та зовнішній теплообмінник.
- Радіатор відсувають, уникаючи заломів трубочок із холодоагентом. Якщо це зробити обережно, то перезаправлення фреоном не потрібно.
- Знімають зовнішню крильчатку з валу.
- До радіатора додають додаткові пластини. Вони можуть бути мідними та алюмінієвими. Радіатор, поміщений у водне середовище без цих пластин швидко згорає.
- Не пошкоджуючи трубки з холодоагентом, радіатор опускають у раніше підготовлений бак. Герметично закривають та ущільнюють введення контурів.
- До трубок для подачі та виведення води підключають циркулярний насос та перевіряють якість та герметичність системи.
Установка додаткових пластин – обов'язковий етап у переробці кондиціонера
Якщо не вдається через трубки з фреоном коректно помістити радіатор у бак, то їх розрізають на максимальній відстані від випарника, а потім спаюють після повторної заправки холодоагентом.
В даному варіанті переробки спліт-системи змінилося тільки середовище, в якому знаходиться радіатор. У заводській комплектації вона була повітряна, тепер рідка. Таким чином, може бути зібрана система типу вода – вода або вода – повітря.
Варіант спліт-системи з кондиціонера на допомогу тим, хто намагається робити самостійно
Подачу води налаштовують від свердловини. Для цього з'єднують штуцер бака з трубопроводом.
Між свердловинами прокопують неглибоку траншею розміщення труб контуру. Сам трубопровід роблять із поліетиленових труб. У кожну свердловину опускають не менше двох петель із труб. Трубопровід фіксують бетоном та утеплюють ґрунтом. Перш ніж залити бетоном та засипати, перевіряють герметичність з'єднань. Для цього систему підключають до насоса, після набирання води насос зупиняють і залишають на кілька годин. Якщо протікання немає, то роботи завершують.
Схема розташування труб у свердловині
Усі трубки виводять до загальної магістралі, що закінчується колектором. Для герметичних з'єднань використовують фітинги.
Відео: як зробити тепловий насос
Отже, небагато технічних знань та застосування їх на практиці дозволяють впровадити проекти у використання та зробити опалення будинку дешевшим у два і більше разів. Крім того, описані схеми підходять для утеплення садових доріжок та опалення господарських будівель. Установки невеликої потужності можуть бути додатковим джерелом тепла.
Хорошою альтернативою традиційному опаленню заміського будинку, особливо якщо немає можливості підвести газ, може бути тепловий насос. Дія такого насоса полягає в використанні новітніх наукових розробок у сфері використання різних альтернативних джерел енергії. Необхідне тепло виходить вилученням із землі, повітря та води.
У нас в Росії теплові насоси поки що новинка, але в інших розвинених країнах вони випускаються і успішно застосовуються вже понад тридцять років. На нашому ринку низький попит можна пояснити двома основними причинами:
- незнання населенням принципів дії та властивостей теплових насосів через практично повну відсутність відомостей про це у засобах масової інформації та друку;
- високою вартістю теплових насосів.
Перед тим як зробити тепловий насос своїми руками необхідно зупинитися на двох моментах: що це за агрегат і які принципи роботи такого насоса.
Тепловий насос - це машина, яка поглинаючи з довкілля (земля, повітря, вода) низько потенційну теплову енергію може передавати їх у системи теплового постачання як нагрітого повітря чи води. Робочим тілом теплопередачі є фреон.
Практично, тепловий насос - це холодильник із зворотним процесом, замість холоду виробляється тепло. Електроенергія витрачається тільки для переміщення фреону за внутрішнім контуром насоса, тому витрати на неї відносно невеликі.
Вся система працює при опаленні як казан, а при охолодженні як кондиціонер.
Принцип дії
Зверніть увагу!Тепло, що виділяється в літній час, можна успішно використовувати для підігріву басейну.
Виготовлення
Тепловий насос може бути виготовлений з наявних у господарстві деталей або шляхом придбання дешевих вживаних запасних частин. Порядок виготовлення установки наступний:
- Купуємо готовий компресор у спеціалізованих магазинах або використовуємо компресор від звичайного кондиціонера. Закріплюємо його до стіни, де розташовуватиметься наша установка. Надійність кріплення забезпечується двома кронштейнами L-300.
- Виготовляємо конденсатор. Для цього з нержавіючої сталі бак з об'ємом близько ста літрів розрізаємо навпіл. Встановлюємо в бак змійовик із тонкої мідної трубки з товщиною стінки не менше 1 мм. Для змійовика можна придбати сантехнічну трубку або застосувати мідну трубку від старого холодильника. Змійовик виготовляємо наступним чином:
- на кисневий або газовий балоннамотується мідна трубка, важливо витримати невелику відстань між витками, яка має бути однаковою;
- Для фіксації положення витків трубки беремо два перфорованих алюмінієвих куточка і прикріплюємо їх до змійовика таким чином, щоб кожен виток нашої трубки був навпроти отвору в куточку. Куточки забезпечать однаковий крок розташування витків і додадуть геометричну незмінність всієї конструкції змійовика.
- Після встановлення змійовика половинки бака зварюємо між собою, попередньо вваривши необхідні різьбові з'єднання.
- Виготовляємо випарник. Беремо звичайну закриту ємність із пластмаси об'ємом 60 або 80 літрів. У неї вмонтуємо змійовик із трубки діаметром в ¾ дюйма та різьбові з'єднання для труб зливу та надходження води (допускаються звичайні водопровідні труби). Готовий випарник також закріплюємо на стіні за допомогою L-кронштейнів необхідного розміру.
- Запрошуємо майстра для збирання системи, зварювання мідних трубок та закачування фреону. Не маючи досвіду роботи з холодильним обладнанням, не треба намагатися виконати цю роботу самостійно. Це може призвести до виходу з ладу всієї конструкції і може призвести до отримання важких травм.
Після готовності основної частини нашої системи, необхідно виконати її приєднання до пристроїв розподілу та забору тепла.
Складання установки забору тепла залежить від типу насоса та джерела тепла.
Відео
У наступному відеоматеріалі докладно розказано про особливості теплових насосів:
Докладніше про пристрій саморобного насоса в наступному відео:
Фото
Людство з найдавніших часів «звикло» використовувати доступні природні енергоносії, якіпросто спалюються для отримання тепла або для перетворення на інші види енергії. Навчилися люди застосовувати і прихований потенціал водних потоків – почали від водяних млинів та дійшли до потужних гідроелектростанцій. Однак те, що здавалося цілком достатнім ще сотню років тому, сьогодні вже ніяк не може задовольнити потреби Землі, що зростає.
По-перше, природні «комори» все ж таки не бездонні, і видобуток енергоносіїв з кожним роком стає все складнішим, перебираючись у важкодоступні регіони або навіть на морські шельфи. По-друге, спалювання природної сировини завжди пов'язане з викидами продуктів згоряння в атмосферу, що за нинішніх величезних обсягів таких викидів вже поставило планету на межу екологічного лиха. Енергії гідроелектростанцій недостатньо, та й порушення гідрологічного балансу рік також тягне за собою масу негативних наслідків. Ядерна енергетика, на яку колись дивилися, як на «панацею», після низки резонансних техногенних катастроф викликає багато питань, а в багатьох регіонах планети будівництво АЕС просто заборонено законодавчо.
Однак, є й інші, практично невичерпні джерела енергії, які почали широко використовуватися порівняно недавно. Сучасні технології дозволили дуже ефективно застосовувати для отримання електрики або тепла енергію вітру, сонячного світла, океанських припливів тощо. Одним із альтернативних джерел є і теплова енергія земних надр, водойм, атмосфери. Саме на використанні таких джерел ґрунтується робота теплових насосів. Подібне обладнання для нас поки що входить до розряду «екзотичних новинок», а водночас саме таким способом опалюють своє житло дуже багато мешканців Європи – наприклад, у Швейцарії чи країнах Скандинавії кількість будинків із подібними системами перевищила 50%. Поступово починає такий вид отримання тепла практикуватися і на російських просторах, хоча ціни на придбання високотехнологічного комплекту обладнання поки що дуже лякають. Але, як завжди, знаходяться майстри-ентузіасти, які виявляють свої творчі здібності та збирають теплові насоси своїми руками.
Публікація націлена на те, щоб читач зміг ближче розглянути принцип дії та базовий пристрій теплових насосів, дізнатися про ті переваги та недоліки. Крім того, буде розказано про успішні досліди створення діючих установок самотужки.
Принцип дії теплового насосу
Не всі про це замислювалися, але довкола нас – чимало джерел тепла, які «працюють» цілорічно та цілодобово. Для прикладу – навіть у найсильніші холоди температура під льодом замерзлого водоймища все одно залишається позитивною. Та ж картина і при заглибленні в товщу ґрунту – нижче за межу його промерзання температура практично завжди стабільна і приблизно дорівнює середньорічній, характерній для даного регіону. Великий тепловий потенціал несе в собі повітря.
Можливо, когось збентежать зовсім, здавалося б, невисокі температури води, ґрунту чи повітря. Так, вони належать до низькопотенційних джерел енергії, але їхній головний «козир» — стабільність, а сучасні технології, засновані на законах теплофізики, дозволяють навіть незначну різницю перетворювати на необхідне нагрівання. Та й, погодьтеся, коли на вулиці взимку стоїть мороз у 20 градусів, а нижче за рівень промерзання грунт має 5 ÷ 7 градусів, то такий амплітудний перепад вже дуже пристойний.
Саме ця властивість безперервності надходження низькопотенційної енергії закладена у схему теплового насоса. По суті, цей агрегат є пристроєм, який «перекачує» і «концертує» тепло, що забирається з джерела, що не вичерпується.
Можна провести якусь аналогію з усім знайомим холодильником. Продукти, які в нього укладаються для охолодження і зберігання і повітря, що потрапляє в камеру при відкритті дверцят - теж мають не дуже високу температуру. Але якщо торкнутися теплообмінної решітки конденсатора на задній стінціхолодильника, то вона або дуже тепла або навіть гаряча.
Так чому б не використовувати цей принцип для нагрівання теплоносія? Звичайно з холодильником аналогія не пряма - там немає стабільного зовнішнього джерела тепла, і більшою мірою витрачається електроенергія. Але у випадку з тепловим насосом таке джерело можна знайти (організувати), і тоді це вийде "холодильник навпаки" - основна спрямованість агрегату буде саме на отримання тепла.
За яким принципом працює?
Він являє собою систему з трьох контурів з теплоносіями, що циркулюють по них.
- У самому корпусі теплового насоса (поз. 1) розміщено два теплообмінники (поз. 4 і 8), компресор (поз. 7), контур циркуляції холодоагенту (поз. 5), прилади регулювання та керування.
- Перший контур (поз. 1) з власним циркуляційним насосом (поз. 2) розміщений (занурений) у джерелі низькопотенційного тепла (про їх пристрій буде сказано нижче). Отримуючи теплову енергію від зовнішнього безперебійного джерела (показано широкою рожевою стрілкою), підігріваючись лише на кілька градусів (зазвичай, при використанні зондів чи колекторів у ґрунті чи воді – до 4 ÷ 6 ° З), циркулюючий теплоносій потрапляє в теплообмінник-випарник(Поз. 4). Тут відбувається первинна передача тепла, одержаного ззовні.
- Холодоагент, що використовується у внутрішньому контурі насоса (поз. 5), має вкрай низьку температуру кипіння. Зазвичай тут застосовується одне із сучасних, безпечних навколишнього середовища фреонів, чи двоокис вуглецю (насправді – зріджений вуглекислий газ). На вхід у випарник (поз. 6) він підходить у рідкому стані, при зниженому тиску - це забезпечує регульований дросель (поз. 10). Особлива форма вхідного отвору капілярного типу та форма випарника сприяють практично миттєвому переходу холодоагенту в газоподібний стан. За законами фізики, випаровування завжди супроводжується різким охолодженням та поглинанням навколишнього тепла. Так як ця ділянка внутрішнього контуру розташована в одному теплообміннику з першим контуром, фреон відбирає теплову енергію від теплоносія, одночасно охолоджуючи його (широка помаранчева стрілка). Охолоджений теплоносій продовжує циркуляцію, і знову набирає теплову енергію із зовнішнього джерела.
- Холодоагент вже в газоподібному стані, переносячи передане йому тепло, потрапляє в компресор (поз. 7), де під впливом стиснення його температура різко піднімається. Далі він потрапляє в наступний теплообмінник (поз. 8), в якому розташований конденсатор і труби третього контуру теплового насоса. (Поз. 11).
- Тут відбувається повністю протилежний процес - холодоагент конденсується, переходячи в рідкий стан, при цьому віддаючи свій нагрів теплоносія третього контуру. Далі, в рідкому стані при високому тиску він проходить через дросель, де тиск знижується, і цикл фізичних перетворень агрегатного стану холодоагенту повторюється знову і знову.
- Тепер переходить до третього контуру (поз. 11) теплового насоса. Йому через теплообмінник (поз. 8) віддається теплова енергія від розігрітого компресією холодоагенту (широка червона стрілка). Цей контур має власний циркуляційний насос (поз. 12), який забезпечує рух теплоносія по трубах опалення. Однак набагато розумніше використовувати ще й акумулюючу, ретельно ізольовану буферну ємність (поз. 13), в якій накопичуватиметься передане тепло. Накопичений запас теплової енергії витрачається вже для потреб опалення та гарячого водопостачання, витрачаючись поступово, при необхідності. Подібний захід дозволяє підстрахуватися на випадок перебоїв в електроживленні або використовувати більш дешевий тариф на електроенергію, необхідну для роботи теплового насоса.
Якщо встановлюється буферний бак, що акумулює, то до нього вже підводиться контур опалення (поз. 14) з власним циркуляційним насосом (поз. 15), що забезпечує переміщення теплоносія по трубах системи (поз. 16). Як мовилося раніше, можливо і другий контур, який забезпечує подачу гарячої води для побутових потреб.
Тепловий насос не може працювати без електроживлення - воно потрібне для функціонування компресора (широка зелена стрілка), та циркуляційні насоси у зовнішніх контурах також споживають електроенергію. Однак, як запевняють розробники та виробники теплових насосів, споживання електрики не можна порівняти з одержуваним «об'ємом» теплової енергії. Так, при правильному складанні та оптимальних умовах експлуатації, часто ведеться розмова про 300 і більше відсотків ККД, тобто при одному витраченому кіловаті електрики тепловий насос може дати «на-гора» 4 кіловати теплової енергії.
Насправді таке твердження про ККД дещо некоректне. Закони фізики ніхто не скасовував, і ККД вище 100% — така ж утопія, як і perpetummobile" - вічний двигун. Мова в цьому випадку йде про раціональне використання електрики з метою «перекачування» та перетворення енергії, що надходить з невичерпного зовнішнього джерела. Тут доречніше використовувати поняття СОР (від англійської "coefficient of performance") що у російській мові найчастіше називається «коефіцієнтом перетворення теплоти». У цьому випадку дійсно можуть вийти значення, що перевищують одиницю:
CO Р = Qп/А, де:
CO Р - Коефіцієнт перетворення теплоти;
Qп- Кількість теплової енергії, отримана споживачем;
А- Робота, виконана компресорною установкою.
Існує ще один нюанс, про який часто просто забувають – певної витрати енергії для нормального функціонування насоса потребує не лише компресор, а й циркуляційні насоси у зовнішніх контурах. Споживана потужність у них, звичайно, значно менша, але, проте, її теж можна врахувати, а цього часто в маркетингових цілях просто не робиться.
Отримана сумарно кількість теплової енергії може витрачатися:
1 – оптимальне рішення – це система теплої водяної підлоги. Як правило, теплові насоси дають «підйом» температури до рівня приблизно 50 ÷ 60 ° З- Це достатньо для підігріву підлоги.
2 - Гаряче водопостачання будинку. Зазвичай у системах ГВП температура на такому рівні і підтримується – близько 45 ÷ 55 °С.
3 - А ось для звичайних радіаторів такого нагріву буде явно недостатньо. Вихід - збільшувати кількість секцій або використовувати спеціальні низькотемпературні радіатори. Допоможуть вирішити питання та опалювальні прилади конвекційного типу.
4 – одна з найважливіших переваг теплових насосів – можливість їх перемикання на «протилежний» режим роботи. У літню пору такий агрегат може виконувати функцію кондиціонування повітря – відбираючи тепло з приміщень і переносячи його в грунт або водоймище.
Джерела низькопотенційної енергії
Які джерела низькопотенційної енергії здатні використовувати теплові насоси? У цій ролі можуть виступати гірські породи, грунт на різній глибині, вода з природних водойм або підземних водоносних горизонтів, атмосферний. повітряабо теплі повітряні потоки, що відводяться з будівель або промислових технологічних комплексів.
А. Використання теплової енергії ґрунтів
Як уже говорилося, нижче рівня промерзання ґрунту, характерного для даного регіону, температура ґрунту відрізняється стабільністю протягом усього року. Це і використовується для роботи теплових насосів за схемою "грунт - вода".
Принципова схемавідбору енергії «грунт – вода» Для створення такої системи готуються спеціальні поверхневі теплові поля, на яких знімаються верхні шари ґрунту на глибину порядку 1,2 ÷ 1, 5 метрів. У них укладають контури, виконані з пластикових або метало пластикових трубдіаметром, зазвичай, 40 мм. Ефективність знімання теплової енергії залежить від місцевих кліматичних умов і від загальної протяжності контуру, що створюється.
Орієнтовно, для середньої лінії Росії, можна оперувати такими співвідношеннями:
- Сухі піщані ґрунти – 10 Вт енергії з одного погонного метра труби.
- Сухі глинисті ґрунти – 20 Вт/м.
- Вологі глинисті ґрунти – 25 Вт/м.
- Глиниста порода з високим розташуванням ґрунтових вод – 35 Вт/м.
При всій простоті такого теплообміну, спосіб аж ніяк не завжди є оптимальним рішенням. Справа в тому, що він припускає дуже значні обсяги земляних робіт. Те, що виглядає простим на схемі – значно складніше у практичному виконанні. Посудіть самі - для того, щоб «зняти» з підземного контуру навіть всього 10 кВт т теплової енергії на глинистому грунті потрібно близько 400 метрів труби. Якщо ще враховувати обов'язкове правило, що між витками контуру повинен бути інтервал не менше 1, 2 метрів, то для укладання буде необхідна ділянка площею 4 сотки (20×20 метрів).
Закладка поля для відбору тепла з ґрунту – надзвичайно масштабне та трудомістке завдання По-перше, далеко не всі мають можливість виділити таку територію. По-друге, на цій ділянці повністю виключаються будь-які споруди, оскільки велика ймовірність пошкодження контуру. І по-третє - відбір тепла з ґрунту, особливо при неякісно проведених розрахунках, може не пройти безвісти. Не виключено ефекту переохолодження ділянки, коли літнє тепло не зможе повністю відновити температурний баланс на глибині залягання контуру. Це може негативно позначитися на біологічному балансі в поверхневих шарах ґрунту, і в результаті деякі рослини просто не зростатимуть на переохолодженій ділянці – такий своєрідний локальний ефект «льодовикового періоду».
Б. Теплова енергія із свердловин
Навіть невеликий розмір ділянки не буде перешкодою для організації турбота теплової енергії із пробуреної свердловини.
Як джерело низькопотенційного тепла - глибока свердловина Температура ґрунту зі збільшенням глибини стає тільки стабільнішою, а на глибинах понад 15 — 20 метрів міцно стоїть на 10-градусній позначці, збільшуючись на два ÷ три градуси на кожні 100 м занурення. Причому ця величина абсолютно не залежить від пори року або примх погоди, що робить саме свердловину стабільним і передбачуваним джерелом тепла.
У свердловини опускається зонд, що являє собою U-подібну петлю з пластикових (металопластикових) труб з теплоносієм, що циркулює по них. Найчастіше робиться кілька свердловин глибиною від 40 ÷ 50 до 150 метрів, не ближче 6 м одна від одної, які зв'язуються або послідовно, або з підключенням до загального колектора. Тепловіддача ґрунту при такому розташуванні труб – значно вища:
- За сухих осадових пород – 20 Вт/м.
- Кам'янисті ґрунтові шари або насичені водою осадові породи – 50 Вт/м.
- Тверді гірські породи, що мають високу теплопровідність – 70 Вт/м.
- Якщо пощастило, і попався підземний водоносний горизонт- Порядку 80 Вт/м.
При недостатності місця або при складностях у глибокому бурінні через особливості грунту може виконуватися кілька похилих свердловин променями з однієї точки.
До речі, якщо свердловина припадає на водоносний горизонт зі стабільним дебетом, то іноді застосовують відкритий контур первинного теплообміну. При цьому вода закачується насосом з глибини, бере участь у теплообміні, а потім, охолоджена, скидається в другу свердловину того ж горизонту, на розташовану напевномувідстані від першої (це обчислюється під час проектування системи). Одночасно може бути організований водозабір для побутових потреб.
Основний недолік свердловинного способу відбору тепла – висока вартість бурильних робіт, які провести власними силами, не маючи в своєму розпорядженні відповідного обладнання, дуже складно або просто неможливо. Крім того, буріння свердловин часто потребує дозвільних документів від органів природонагляду. До речі, використання прямого теплообміну зі зворотним скиданням води в свердловину теж може виявитися забороненим.
Чи можна самостійно пробурити свердловину?
Безумовно, це надзвичайно складна задачаПроте є технології, що дозволяють за певних умов виконати її самостійно.
Про те, як можна – у спеціальній публікації нашого порталу.
В. Використання водойм як джерел тепла
Розташований поблизу будинку водоймище достатньої глибини цілком може стати непоганим джерелом теплової енергії. Вода навіть зимовий часпід верхньою кіркою льоду залишається в рідкому стані, і її температура вища за нуль – це і потрібно тепловому насосу.
Орієнтовна тепловіддача з контуру зануреного у воду – 30 кВт/м. Отже, щоб отримати віддачу в 10 кВт, буде потрібно контур близько 350 м .
Такі контури-колектори монтуються на суші із пластикових труб. Потім вони переміщаються у водойму і занурюються на дно, на глибинуне менше 2 метрів, для чого прив'язуються вантажі з розрахунку 5 кг на 1 погонний метр праці.
Потім виконується термоізольованапрокладання труб до будинку та підключення їх до теплообміннику тепловогонасос.
Однак, не слід думати, що будь-яке водоймище повною мірою підійде для подібних цілей - знову ж таки, знадобляться дуже складні теплотехнічні розрахунки. Наприклад, невеликий і недостатньо глибокий ставок або дрібна тиха річечка мало того, що можуть не впоратися із завданням безперебійної подачі низькопотенційної енергії – їх можна переморозити взагалі до дна, вбивши тим самим всіх мешканців водойми.
Переваги водяних джерел тепла – немає потреби у бурових роботах, до мінімуму зводяться і земляні – лише викопування траншів до будинку для укладання труб. А як недолік можна відзначити малу доступність для більшості домовласників просто через відсутність водойм у розумній близькості від житла.
До речі, для теплообміну нерідко використовують стоки – у них навіть у холоди досить стабілізована позитивна температура.
Г. Забір тепла з повітря
Тепло для обігріву житла або гарячого водопостачання можна брати буквально з повітря. На такому принципі працюють теплові насоси «повітря - вода» або повітря – повітря».
За великим рахунком – це той самий кондиціонер, який тільки переключений на режим «зима». Ефективність такої системи обігріву дуже залежить і від кліматичних умов регіону, і від капризів погоди. Сучасні установки хоч і розраховані для роботи навіть за дуже низьких температур (до – 25, а деякі – навіть до – 40°) З), але коефіцієнт перетворення енергії при цьому різко падає, рентабельність і доцільність подібного підходу відразу починають викликати купу питань.
Але такий тепловий насос взагалі не вимагає ніяких трудомістких операцій - найчастіше його первинний теплообмінний блок встановлюється або на стіні (даху) будівлі, або в безпосередній близькості від нього. Його, до речі, практично не можна відрізнити від зовнішнього блокуспліт-системи кондиціювання.
Такі теплові насоси часто використовують як додаткові джерела теплової енергії для опалення, а влітку – в ролі теплогенератора для гарячого водопостачання.
Застосування таких теплових насосів цілком виправдане для рекуперації – використання вторинного тепла, наприклад, на виходах вентиляційних шахт (каналів). Так установка отримує досить стабільне та високотемпературне джерело енергії – це широко застосовується на промислових підприємствах, де постійно є джерела вторинного тепла для його утилізації.
У системах «повітря-повітря» та «повітря – вода» первинного контуру теплообміну взагалі немає. Вентилятори створюють повітряний потік, який обдуває безпосередньо трубки випарника з хладагентом, що циркулює по них.
До речі, існує ціла лінійка теплових насосів DХ - типу (від англійської "direct exchange", що означає "прямий обмін"). Вони теж , власне, відсутня первинний контур. Теплообмін із джерелом низькопотенційного тепла (у свердловинах або вшарі грунту) проходить відразу в мідних трубах, заповнених хладагентом. Це, з одного боку, дорожче і складніше у виконанні, але дозволяє істотно зменшити і глибину свердловин (достатньо однієї 30-метрової вертикальної або декількох похилих до 15 м), і загальну площу теплообмінного горизонтального поля, якщо воно розташоване під верхнім шаром грунту. Відповідно, можна говорити і про більший коефіцієнт перетворення, і в цілому – ефективність теплового насоса. Але ось тільки і мідні теплообмінні труби набагато дорожчі за пластикові і складніші в монтажі, і вартість холодоагенту значно вища, ніж звичайного теплоносія-антифризу.
А як влаштований кондиціонер і чи можна його змонтувати самостійно?
Вже говорилося, що за базового принципудії кондиціонер та тепловий насос – практично «близнюки», але в «дзеркальному відображенні».
Докладніше про влаштування та основні правила – у спеціальній публікації порталу.
Відео: корисна інформація з теорії та практики використання теплових насосів
Загальні переваги та недоліки теплових насосів
Отже, можна підвести певну межу в розгляді теплових насосів, акцентувавши увагу на їх основних, уявних і дійсних, перевагах і недоліках.
А.Висока економічність та загальна рентабельність такого типу опалення.
Про це вже згадувалося вище – у продуманій та правильно змонтованій системі, за оптимальних умов експлуатації, можна розраховувати на отримання 4 кВт т теплової енергії замість витраченого 1 кВт – електричної.
Все це буде справедливим лише в тому випадку, якщо житло отримало високоякісне утеплення. Це, безумовно, стосується будь-яких систем опалення, просто ці магічні цифри в 300% більшою мірою показують важливість надійної термоізоляції.
За регулярними витратами на споживані енергоресурси теплові насоси стоять на першому місці в плані економічності, дещо випереджаючи навіть дешевий мережевий газ. При цьому слід врахувати і те, що відпадає необхідність підвезення та складування паливних запасів - якщо йдеться про коли на твердому або рідкому паливі.
Б.Тепловий насос може стати високоекономічнимосновним джерелом опалення та гарячого водопостачання.
Це питання також вже порушувалося. Якщо в будинку як основне джерело обігріву в приміщеннях використовуються , то тепловий насос відповідної потужності таке навантаження має «потягнути». Для більшості ж звичних радіаторів температура 50 ÷ 55 градусів буде явно недостатня.
Особливо варто згадати насоси, які відбирають тепло з повітря. Вони дуже чутливі до поточних погодних умов. Хоча виробники заявляють про можливість роботи при - 25 і навіть -40° З, Ефективність різко знижується, і ні про які 300% вже мови йти не може.
Розумне рішення – створювати комбіновану систему опалення (бівалентну). Поки вистачає потужності ТН, він виступає основним джерелом тепла, при недостатності потужності принаступі справжніххолодів - на допомогу приходять електричне нагрівання, рідко-або твердопаливний котел, сонячний колектор і т.п. Газове обладнанняв цьому випадку не розглядається - якщо є можливість застосовувати для опалення мережевий газ, то потреба в тепловому насосі виглядає дуже сумнівно, принаймні за нинішнього рівня цін на енергоносії.
Ст.Система опалення з тепловим насосом не потребує димаря. Працює вона майже безшумно.
Справді, складнощів із облаштуванням димаря у господарів не виникне. Що ж до тиші роботи, то як і в будь-якої іншої побутової технікиз тими чи іншими приводами, шумовий фон все одно присутній - від роботи компресора, циркуляційних насосів. Інше питання, що в сучасних моделяхцей рівень шумності при правильній налагодженні агрегату - невеликий і не завдає занепокоєння мешканцям. Крім того, напевно, мало кому спаде на думку встановлювати подібне обладнання у житлових кімнатах.
р.Повна екологічність системи – немає жодних викидів в атмосферу, немає жодної загрози мешканцям будинку.
Все вірно, особливо щодо моделей, в яких як холодоагент застосовується сучасний, нешкідливий для озонового шару фреон (наприклад, R-410А).
Можна також відразу відзначити пожежу - і вибухобезпекатакої системи – немає легкозаймистих чи горючих речовин, виключається накопичення їх вибухонебезпечних концентрацій.
Д.Сучасні теплові насоси є універсальними кліматичними установками, які здатні працювати і на опалення, і на кондиціювання – влітку.
Це дуже важлива перевага, яка дійсно дає господарям масу додаткових зручностей.
е.Робота теплового насоса повністю контролюється автоматикою і не вимагає втручання користувача. Така система, на відміну від інших, не потребує регулярного обслуговування та профілактики.
З першим твердженням можна повністю погодитися, однак, не забувши згадати і те, що більшість сучасних опалювальних газових або електричних установоктакож повністю автоматизовані, тобто таку гідність мають не тільки теплові насоси.
А ось з другого питання можна розпочати дискусію. Напевно, жоден із промислових чи побутових опалювальних агрегатів не може обійтися без регулярних перевірок та профілактичних робіт. Навіть якщо справедливо припустити, що у внутрішній контур з холодоагентом і в автоматику самостійно лізти не варто, то зовнішні контури з антифризом або іншим теплоносієм певної участі все ж таки вимагатимуть. Тут і регулярне чищення (особливо в повітряних системах), і контроль складу і рівня теплоносія, і ревізія роботи циркуляційних насосів, і перевірка стану труб на цілісність і наявність підтікань на фітингах, і багато іншого - одним словом, без чого не обходиться ні одна система опалення. Одним словом, твердження про повну непотрібність обслуговування виглядає щонайменше голослівно.
Ж.Швидка окупність системи опалення із тепловим насосом.
Це питання настільки неоднозначне, що на ньому слід зупинитися особливо.
Деякі компанії, що займаються реалізацією такого обладнання, обіцяють своїм потенційним клієнтам дуже швидке повернення вкладених у реалізацію проекту коштів. Вони наводять викладки в таблицях, за якими, насправді, можна створити думку, що тепловий насос – єдине прийнятне рішення, якщо немає можливості протягнути до будинку газову магістраль.
Ось один із таких зразків:
| Види палива | Природний газ (метан) | Дрова колоті березові | Ел. енергія за єдиним тарифом | Дизпаливо | Тепловий насос (нічний тариф) |
|---|---|---|---|---|---|
| Од. постачання палива | м ³ | 3 м³ | кВт × год | літр | кВт × год |
| Вартість палив. з доставкою, руб | 5.95 | 6000 | 3.61 | 36.75 | 0.98 |
| Калорійність палива | 38.2 | 4050 | 1 | 36 | 1 |
| Од. вимірювання калорійності | МДж/м³ | кВт × год | кВт × год | МДж/літр | кВт × год |
| ККД котла, % або COP | 92 | 65 | 99 | 85 | 450 |
| Вартість палива, руб/МДж | 0.17 | 0.41 | 1.01 | 1.19 | 0,06 |
| Вартість палива, руб/кВт*год | 0.61 | 1.48 | 3.65 | 4.29 | 0.22 |
| Вартість палива, руб/ГКал | 708 | 1722 | 4238 | 4989 | 253 |
| Вартість палива на рік, руб | 24350 | 59257 | 145859 | 171721 | 8711 |
| Термін експлуатації обладнання, років | 10 | 10 | 10 | 10 | 15 |
| Орієнтовна вартість обладнання, руб | 50000 | 70000 | 40000 | 100000 | 320000 |
| Вартість монтажу, руб | 70000 | 30000 | 30000 | 30000 | 80000 |
| Вартість підключення мереж (техумови, обладнання та монтаж), руб | 120000 | 0 | 650 | 0 | 0 |
| Первинні інвестиції, руб (приблизно) | 240000 | 100000 | 70650 | 130000 | 400000 |
| Експлуатаційні витрати, руб/рік | 1000 | 1000 | 0 | 5000 | 0 |
| Види експлуатаційних робіт | техобслуговування, чищення камери | чищення камери, димоходів | Заміна ТЕНів | чищення камери, форсунок, заміна фільтрів | ні |
| Разом витрати за період експлуатації (з витратами паливо), руб | 493502 | 702572 | 1529236 | 1897201 | 530667 |
| Разом відносна вартість 1 року експлуатації (паливо, амортизація, обслуговування тощо) | 49350 | 70257 | 152924 | 189720 | 35378 |
Так, підсумковий рядок справді вражає, але чи все тут «гладко»?
Перше, що кинеться у вічі уважному читачеві – тариф на електроенергію для електричного обігріву взято загальний, а на тепловий насос, чомусь, пільговий нічний. Мабуть, для того, щоб підсумкова різниця була наочнішою.
Далі. Вартість обладнання теплового насоса показана не зовсім коректно. Якщо уважніше ознайомитися з пропозиціями в інтернеті, то ціни на установки потужністю близько 7 ÷ 10 кВт, які можуть використовуватися з метою опалення, починаються від 300 – 350 тисяч рублів (повітряні теплові насоси та малопотужні установки, які використовуються лише для гарячого водопостачання, коштують трохи менше).
Здавалося б, все правильно, але «дияв криється в деталях» Це - тільки вартість самого апаратного блоку, який без периферійних пристроїв, контурів, зондів і т.п. - Марний. Ціна тільки одного колектора (без труб) дасть ще не менше 12 ÷ 15 тисяч, свердловинний зонд коштує не менше. А якщо ще додати вартість труб, фітингів, запірно-арматурних елементів, досить великої кількості теплоносія – загальна сума зростає швидко.
Труби, колектори, запірна арматура — також досить «вагома» стаття загальних витрат Але і це ще не все. Вже згадувалося, що система опалення на основі теплового насоса, як, напевно, жодна інша потребує складних спеціалізованих розрахунків. При проектуванні враховується дуже багато факторів: загальна площа та обсяги самої будівлі, ступінь її утеплення та розрахунок теплових втрат, забезпеченість достатнім за потужністю джерелом електропостачання, наявність необхідної ділянки території (близької водойми) для розміщення теплообмінних горизонтальних контурів або буріння свердловин, тип та стан ґрунтів , розташування водоносних шарів та багато іншого. Безумовно, і розвідувальні, і проектувальні роботи також вимагатимуть і часу, і відповідної оплати спеціалістам.
Встановлення ж обладнання «наобум», без правильного проектування, загрожує різким зниженням ефективності роботи системи, а часом навіть локальними «екологічними катастрофами» у вигляді неприпустимого переохолодження ґрунту, колодязів або свердловин, водойм.
Наступне – монтаж обладнання та створення теплообмінних полів чи свердловин. Вже згадувалося про масштаби земляних робіт, глибину буріння. Для заповнення свердловин після встановлення зондів потрібен спеціальний бетонний розчин із високим ступенем теплопровідності. Плюс до цього – комутація контурів, прокладання магістралей до будинку тощо. - все це ще один чималий "пласт" матеріальних витрат. Сюди ж можна віднести придбання та монтаж ємності, що акумулює, з необхідною автоматикою управління, переробку системи опалення під теплі підлоги або установку спеціальних теплообмінних приладів.
Одним словом, витрати дуже значні, і, напевно, саме це поки що тримає системи опалення від теплових насосів у розряді «екзотики», недоступної переважній більшості власників приватних будинків.
А як же з найвищою їхньою популярністю та масовістю застосування в інших країнах? Справа в тому, що там працюють урядові програми стимуляції населення до використання альтернативних джерел енергопостачання. Споживачі, які виявили бажання перейти на подібні види опалення, мають право на отримання державних субсидій, які багато в чому покривають початкові витрати на проектування та монтаж обладнання. Та й рівень доходів у працюючих громадян, якщо чесно, там трохи вище, ніж у наших краях.
Для європейських міст та селищ це досить звична картина – теплообмінник теплового насоса біля будинку Резюме – до тверджень про швидку окупність такого проекту потрібно ставитись з певною часткою обережності. Перш ніж братися за такий масштабний і відповідальний комплекс заходів, слід ретельно прорахувати і зважити всю «бухгалтерію» до дрібниць, оцінити ступеня ризику, свої фінансові можливості, заплановану рентабельність тощо. Можливо, знайдуться раціональніші, прийнятні варіанти – прокладання газу, встановлення сучасних, використання нових розробок у сфері електричного обігріву тощо.
Не слід сприймати написане як «негатив» на адресу теплових насосів. Безумовно – це надзвичайно прогресивний напрямок, і він – величезні перспективи. Йдеться лише про те, що в подібних питаннях не слід виявляти необдуманий волюнтаризм – рішення мають ґрунтуватися на ретельно продуманих і всебічно проведених розрахунках.
Ціни на модельний ряд теплових насосів
Чи можна зібрати тепловий насос із воїми руками?
Загальна перспективність використання «дармових» джерел теплової енергії, в сукупності з високою ціною, що зберігається на обладнання, волею-неволею приводять багатьох домашніх умільців до питань самостійного створення подібних опалювальних установок. Чи є можливість виготовити тепловий насос із власними силами?
Безумовно, зібрати таку теплову машину, використовуючи деякі готові агрегати та потрібні матеріали – цілком можливо. В інтернеті можна знайти і відеоматеріали та статті з успішними прикладами. Правда, точних креслень знайти - навряд чи вдасться, все зазвичай обмежується рекомендаціями по можливості виготовлення тих чи інших деталей та вузлів. Втім, у цьому є раціональне «зерно»: як уже говорилося, тепловий насос – настільки індивідуальна система, яка потребує розрахунків стосовно конкретних умов, що сліпо копіювати чужі напрацювання навряд чи буде доцільним.
Тим не менш, тому, хто все ж таки зважиться на самостійне виготовленняслід прислухатися до деяких технологічних рекомендацій.
Отже, «винесемо за дужки» створення зовнішніх контурів – опалення та первинного теплообміну. Основним завданням у такому випадку стає виготовлення двох теплообмінників, випарника і конденсатора, пов'язаних контуром з мідної трубки з холодоагентом, що циркулює по ньому. Цей контур, як бачимо з принципової схеми, підключений до компресора.
Компресор знайти нескладно - новий чи від розібраної на запчастини техніки Сам компресор роздобути не так складно – його можна придбати у спеціалізованому магазині. Можна пошукати на господарському ринку – часто продають агрегати від розібраних на запчастини старих холодильників чи кондиціонерів. Цілком можливо, що компресор виявиться і у власних запасах - багато дбайливих господарів навіть при купівлі нової побутової техніки такі речі не викидають.
Тепер – питання теплообмінників. Тут є кілька різних варіантів:
А.Якщо є можливість придбати готові пластинчасті теплообмінники , запаяні в герметичний корпус, то цим вирішиться відразу безліч проблем. Такі пристрої мають відмінну ефективність теплопередачі з одного контуру в інший - недарма їх використовують у системах опалення при підключенні автономної внутрішньоквартирної розводки до труб центральної мережі.
Зручність ще й у тому, що подібні теплообмінники компактні, мають готові патрубки, фітинги або різьбові з'єднання для підключення до обох контурів.
Відео: виготовлення теплового насоса з використанням готових теплообмінників
Б. Варіант теплового насоса з теплообмінниками з мідних трубок та закритих ємностей.
Обидва теплообмінники, в принципі, схожі на пристрій, але ємності для них можуть використовуватися різні.
Для конденсатора підійде циліндричний бак із нержавіючої сталі ємністю близько 100 літрів. У ньому необхідно розмістити мідний змійовик, вивівши його кінці зверху та знизу назовні та герметично запаявши місця проходу після закінчення складання. Вхід повинен розташовуватися знизу, вихід відповідно – у верхній частині теплообмінника.
Сам змійовик навивають із мідної трубки, яку можна придбати в магазині метражем (товщина стінок – не менше 1 мм). Як шаблон можна взяти трубу великого діаметра. Витки змійовика слід дещо рознести між собою, прикріпивши, наприклад, до алюмінієвого перфорованого профілю.
Водяний контур опалення може бути підключений за допомогою звичайних водопровідних патрубків, змонтованих (варених, впаяних або на різьбовому з'єднанніз ущільненням) у протилежних краях теплообмінного бака. Для циркуляції води використовується сам внутрішній простір теплообмінника. У результаті має вийти приблизно така конструкція:
Для випарника такі складнощі не потрібні - тут не буває високих температур або надлишкового тиску, тому буде достатньо великої пластикової ємності. Змійовик навивається приблизно так само, кінці його виводяться назовні. Для циркуляції води з первинного контуру також достатньо стандартних сантехнічних сполук.
Випарник також встановлюється на кронштейни поруч із конденсатором, а біля них готується майданчик для монтажу компресора з подальшим його підключенням до контуру.
Рекомендацій щодо обв'язування компресора, встановлення дросельного регулювального клапана, по діаметру та довжині капілярної трубки, необхідності регенераційного теплообмінника та т.п., даватися не буде - це повинен розраховувати і монтувати тільки фахівець з холодильних установок.
Слід пам'ятати, що тут потрібні високі навички герметичного паяння мідних трубопроводів, вміння правильно проводити закачування холодоагенту – фреону, проводити перевірку та здійснювати пробний запуск. Крім того, робота ця - досить небезпечна, що вимагає дотримання вельми специфічних застережних правил.
У. Тепловий насос із теплообмінниками із труб
Інший варіант виготовлення теплообмінників. Для цього знадобляться металопластикові та мідні труби.
Мідні трубки підбираються двох діаметрів - близько 8 мм для конденсатора, і близько 5 - 6 для випарника. Довжина їх відповідно 12 та 10 метрів.
Металопластикові труби призначені для циркуляції по них води з контурів первинного теплообміну та опалення, і в їхній порожнині будуть розташовані мідні трубки внутрішнього контуру теплового насоса. Відповідно, діаметр труб можна взяти 20 і 16 мм.
Металопластикові труби розтягуються в довжину, так щоб у них можна було без особливих зусиль запровадити мідні, які мають виступати з кожного боку приблизно на 200 мм.
На кожен з кінців труби одягається і запаковується трійник, так, щоб мідна трубка пройшла крізь нього прямо. Простір між нею та тілом трійника надійно запечатується термостійким герметиком. Перпендикулярний висновок трійника, що залишився, буде служити для підключення теплообмінника до водяного контуру.
Труби у зборі навиваються спіралями. Обов'язково слід відразу передбачити їхню термоізоляцію, одягнувши в поролонові утеплювальні «сорочки». У результаті виходять два готові теплообмінники.
Розмістити їх можна один над одним в імпровізованому корпусі рамного типу. На цьому каркасі передбачається і майданчик для установки компресора. А щоб знизити передачу вібрації від нього на загальну конструкцію, компресор можна кріпити, наприклад, через автомобільні сайлент-блоки.
Щоб провести обв'язку компресора і заправку контура, що вийшов, фреоном, знову ж таки буде потрібно запросити спеціаліста-холодильника.
Можна встановити такий тепловий насос на призначене йому місце та приєднати фітинги трійників на теплообмінниках кожен до свого контуру. Залишиться лише підвести харчування та запустити агрегат.
Усі розглянуті саморобні теплові насоси – цілком працездатні конструкції. Однак, не слід вважати, що так просто можна повністю вирішити проблему дешевого опалення будинку. Тут йдеться швидше про створення діючих моделей, які вимагають подальшого доопрацювання, модернізації. Навіть досвідчені у цій справі майстри, які виготовили вже не один подібний апарат, постійно шукають шляхи до вдосконалення, створюючи нові «версії».
Відео: як майстер удосконалює власноруч створений тепловий насос
Крім того, було розглянуто лише сам тепловий насос, а йому для нормальної роботи потрібна апаратура управління, контролю, регулювання, пов'язана із системою опалення будинку. Тут уже не обійтися без певних знань у галузі електротехніки та електроніки.
Знову ж таки, можна повернутися до проблем розрахунків – чи потягне саморобний тепловий насос систему опалення, щоб стати реальною альтернативою іншим джерелам тепла? Часто в цих питаннях домашнім майстрам доводиться «пробиратися на дотик». Однак, якщо базовий принцип засвоєно, і перша модель успішно заробила – це вже велика перемога. Можна свій пробний зразок тимчасово пристосувати до забезпечення будинку гарячою водою для побутових цілей, а самому братися за проектування досконалішого агрегату, з урахуванням вже напрацьованого досвіду та виправлення допущених помилок.
Гаряче водопостачання – від енергії сонця!
Дуже практичним рішенням буде використання енергії сонячного проміння для забезпечення будинку гарячою водою. Це джерело альтернативної енергії набагато простіше і дешевше у виконанні, ніж тепловий насос. Як зробити – у спеціальній публікації нашого порталу.
Господарі заміських будинків завжди трепетно ставилися до питання гарячого водопостачання та опалення.
Установка газового, електричного або дизельного котла дає змогу опалити заміський будинок та забезпечити його гарячою водою та теплом, але в даний час з'явилися альтернативи звичному нам опаленню.
Одна з таких альтернатив -. Це досить дороге задоволення, але його можна виготовити своїми руками. Про те, як це зробити, і поговоримо у цій статті.
Принцип роботи теплонасосу
Особливість теплонасосів у тому, що вони від природних джерел енергії. Щоб виділити теплову енергію, насосу не потрібно дизельного палива, електроенергії або тверде паливо.
Як джерело енергії використовується вода, атмосфера та ґрунт.Насоси не виділяють тепла, а просто переносять його у будову. У цьому використовується невелика кількість електроенергії.
Для того щоб забезпечити будинок теплом, необхідно мати лише тепловий насос і джерело тепла. Принцип роботи системи нагадує роботу звичайного холодильника лише навпаки. У цьому випадку тепло забирається зовні та переправляється до будинку.
Важливий момент:Головним елементом в альтернативній системі опалення є теплонасос, тому до його спорудження потрібно підійти дуже уважно.
Насос складається з наступних елементів:- компресора, що є проміжним елементом системи;
- випарника. У ньому відбувається передача низькопотенційної енергії;
- дросельного клапана, яким холодоагент (фреон) повертається у випарник;
- конденсатора, де відбувається охолодження фреону та віддача теплової енергії.
Насос працює за певним принципом. Це виглядає приблизно так:
Принцип роботи теплонасосу. (Для збільшення натисніть)
- Низькопотенційне тепло, що виділяється від зовнішніх джерел енергії, по трубах передається у випарник – перший елемент конструкції насоса. Тепло передається теплоносіями, які здатні витримувати низькі температури та не замерзати при цьому.
- Тут тепло передається до холодоагенту, який циркулюється замкнутим контуром системи. Як холодильний агент часто використовується фреон.
- У компресорі на фреон діє високий тиск, що підвищує його температуру.
- На наступному етапі холодоагент надходить у конденсатор, де відбувається передача тепла в контур опалювальної системи. В результаті тепло йде в приміщення, а фреон, охолоджуючись, повертається у рідкий стан.
- Через редукційний клапан фреон потрапляє у випарник, де процес повторюється.
Виходячи з принципу роботи насоса, електроенергія витрачається лише на роботу компресора. В результаті це і робить тепловий насос економічним способом передачі тепла.
Використання старого холодильника
Влаштування теплонасосу з холодильника
Отже, щоб зібрати опалювальну систему в заміському будинкунеобхідно мати тепловий насос.
Сьогодні такі агрегати коштують недешево, це пояснюється високими технічними характеристикамиі копіткою роботою з їхнього складання. Але за бажання зібрати теплонасос можна своїми руками.
Спорудити простий теплонасос можна з побутового холодильника. Особливість техніки полягає в тому, що в ньому є два основні компоненти теплового насоса – конденсатор та компресор. Це дозволить значно прискорити збирання теплонасосу своїми руками.
Отже, збирання насоса зі старого холодильника здійснюється наступним чином:
- Складання конденсатора. Елемент виконується як змійовика. У холодильники він найчастіше встановлюється ззаду. Це всім відомі грати і є конденсатором, за допомогою якого відбувається віддача тепла холодоагентом.
- Конденсатор встановлюється в ємність, яка має високу міцність і здатна витримувати високі температури. Щоб у процесі монтажу не пошкодити змійовик, експерти рекомендують розрізати ємність та встановити конденсатор. Після цього ємність зварюється.
- Далі на ємність кріпиться компресор. Виготовити агрегат у домашніх умовах практично неможливо. Тому краще взяти його зі старого холодильника. При цьому варто звернути увагу на те, щоб він був у справному стані.
- Як випарник можна використовувати звичайну пластикову бочку.
- Після того, як всі елементи системи будуть готові, вони з'єднуються між собою. Для підключення агрегату до системи опалення використовують пластикові труби.
Таким чином, можна спорудити тепловий насос із старого побутового холодильника. Якщо знадобиться закачування фреону в систему, для цього потрібно викликати майстра. Таку роботу можна виконати лише за допомогою спеціального обладнання.
Візьміть на замітку:Теплові насоси з холодильника часто використовують для обігріву невеликих приміщень та будівель побутового призначення. Це може бути гараж або невеликий сарай.
Також холодильник можна використовувати як джерело тепла. Тобто він відіграватиме роль радіатора опалювальної системи. Потрібно просто змонтувати два повітроводи, по яких в техніку надходитиме, і відводитися повітря.
Перший канал запускатиме в морозилку повітря, а другий випускатиме. При цьому відбуваються фізичні процеси, які змушують нагрівати конденсатор.
Застосування кондиціонера
Схема теплонасосу із кондиціонера
Полягає в тому, що за принципом роботи він нагадує тепловий насос.
Але є деякі відмінності. Насамперед, варто відзначити температурний режимроботи кліматичної техніки Спліт-системи не бажано використовувати за низьких температур.
Щоб виготовити теплонасос із кондиціонера, необхідно провести низку модифікацій та перепланувань:
- Перший спосіб збирання насоса полягає в переробці кондиціонера. І тут зовнішній і внутрішній блок змінюються місцями. У внутрішньому блоці знаходиться випарник, який необхідний передачі низькопотенційного тепла. У зовнішньому блоці встановлено конденсатор, який передає теплову енергію. Як теплоносій системи опалення може використовуватися як повітря, так і вода. У другому випадку конденсатор монтується у спеціальний резервуар, де проводитиметься передача тепла.
- Другий спосіб полягає в установці в систему чотирьох ходового перемикаючого клапана. Виконати таку роботу зможуть лише професіонали. Особливо це стосується встановлення теплового зонда.
- Третій варіант полягає у повному розбиранні кліматичної техніки. Деталі використовуються для збирання теплонасосу за звичайною схемою: випарник – компресор – конденсатор.
До складання теплового насоса на основі кондиціонера варто підійти дуже уважно та краще залучити професіонала. Від правильності збирання залежатиме продуктивність агрегату.
Перед тим як приступати до збирання теплонасоса, варто подумати над утепленням будинку. Якщо будова має низькі теплоізоляційні властивості, то ефективність використання насоса та інших джерел тепла значно знизиться.
Такі насоси краще використовувати у низькотемпературних системах опалення.В даному випадку оптимальним варіантомстане тепла підлога. Враховуючи всі особливості збирання, цілком реально спорудити тепловий насос своїми руками.
Дивіться відео, в якому досвідчений користувач докладно роз'яснює схему використання теплового насоса з кондиціонера своїми руками:
Підвищення ефективності системи опалення будинку є одним з головних завдань його господаря, оскільки витрати на цю статтю в російських кліматичних умовах дуже значні. Тому завдання використання енергії навколишнього простору для опалення дуже цікаве, постійно розвивається і залишається предметом уваги, особливо в спільноті «Самоделкіних». Зібрати тепловий насос своїми руками цілком доступно підготовленій людині, оскільки особливих складнощів ця робота не представляє, і необхідності виготовлення деталей складної конфігурації немає.
Він ґрунтується на зборі тепла з навколишнього простору та використанні його для системи опалення будинку з метою зменшення витрат на цю функцію. Апарати такого типу є у багатьох будинках, це холодильники, спліт – системи та кондиціонери. Деякі з них мають подвійне призначення, вибираючи користувача або опалення, або охолодження приміщень залежно від потреби.
Теоретичною основою таких машин є зворотний цикл Карно. Але, не вникаючи у подробиці, просто опишемо процес роботи такого пристрою.
Рис.1. Принципова схема роботи теплового насоса у мережі опалення
Робочим тілом у таких пристроях, як і холодильниках, є фреон або аміак, який компресором нагнітається в нагрівальний контур. При цьому тиск усередині системи різко підвищується, оскільки вихід теплоносія перекритий дроселем. Отриманим теплом зігрівається теплоносій у системі опалення будинку, як правило, температура досягає рівня 64 про С. Гарячий потік доповнює циркулюючий в основній опалювальній мережі, знижуючи споживання палива. При певному тиску дросель відкривається, і робоче тіло надходить камеру випарника. У цьому його температура знижується. Додаткове тепло виходить із регістру збору тепла. Далі цикл повторюється, як і пристрої холодильника.
Розрахунок параметрів системи
Потужність, яку вимагатиме саморобний тепловий насос, можна розрахувати із співвідношення:
R = ( k * v * T )/860, де
R – потужність, необхідна для обігріву приміщення
k – коефіцієнт обліку теплових втрат будинком (1 – якісно утеплене приміщення, 4 – дощатий барак);
v – загальний обсяг приміщення, що підлягає опаленню;
T – найбільший перепад температур зовнішнього світу та внутрішньобудинкового простору;
860 – коефіцієнт переведення результату розрахунку кВтз ккал.
Як приклад наведемо розрахунок для будинку 200 квадратних метрівз висотою стель 2,8 метра:
R = 1 * 200 * 2,8 * (22 - -25) / 860 = 560 * 47 / 860 = 30,6 кВт.
Доцільно використовувати теплонасос із запасом потужності 10 – 12%, тобто – близько 35 кВт.
Потрібно звернути увагу на такий показник, як різницю зовнішньої та внутрішньої температур. Якщо брати підігріте повітря з навколишнього простору з температурою близько 7 про З, показник різниці становитиме (22 – 7) 15 градусів, а потужність теплонасоса становитиме 9,8 кВт. Порівняйте два ці показники і відчуйте різницю під час використання тепла навколишнього простору.
Склад обладнання
Зовнішній контур
Для зовнішнього контуру агрегату опалення будинку знадобляться труби. Найбільшу теплопровідність мають вироби з металу (але не з нержавіючої сталі), тому для системи збору тепла краще застосовувати їх.