Автор: Сегодня мало кто думает в том, что тепловой насос для обогрева дома – самое прекрасное средство из всех имеющихся. Оно же — очень дорогостоящее и не простое в применении. Благодаря этому многие домашние мастера взялись за самостоятельное решение этой проблемы. Но ввиду ее большой сложности достижение хороших результатов предоставляется очень сложно, следует иметь порыв, терпение и плюс ко всему внимательно изучить теорию. Наша публикация для тех, кто выполняет шаг первый на пути внедрения в своем доме подобного экологически чистого источника энергии, как тепловой насос, изготовленный собственными руками.
Приспособление и рабочий принцип
Для сборки работающей модели теплонасоса вряд ли можно обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия данного устройства. Хочется с самого начала подчеркнуть, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или же просто рекламный ход, рассчитан на незнание рядовым клиентом законов физики. Так вот, теплонасос – данное устройство, берущее энергию тепла в одном месте и перемещающее ее в иное с конкретным КПД, не превышающим 100%. В отличии от котелен, он своими силами тепло не создает.
Примером могут послужить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основывается на так называемом цикле Карно, его же применяет рабочий принцип теплонасоса для обогрева или ГВС. Смысл данного цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего собственное агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается большое количество энергии.
Чтобы объяснить на более простом языке, укажем ключевые детали, которые в себя включает приспособление теплонасоса:
- нагнетатель воздуха;
- теплообменный аппарат, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (атомайзер);
- теплообменный аппарат, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
- расширительный (редукционный) клапан;
- средства управления и автоматики;
- магистрали из медных трубок.
В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низкой температуре – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, в первую очередь он проникает в атомайзер. После взаимного действия с тепловым носителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело выветривается и продолжает собственное движение в виде газа. На этом месте системное давление — невысокое. Всю цепочку цикла отображает важная схема теплонасоса:
Пройдя нагнетатель воздуха, фреон под давлением двигается к другому теплообменному аппарату, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, опять приняв состояние жидкости. Дальше, рабочее тело проникает в терморегулирующий клапан, давление опять падает и оно продолжает собственный путь к испарению. Цикл закончен.
Фабричные тепловые насосы для дома для жилья способны выдавать тепловой носитель с температурой 55—60 ?С, этого хватит для обогрева помещений радиаторами либо полами с подогревом. При этом вся отопительная система затрачивает электрическую энергию на подобные цели:
- питание нагнетателя воздуха;
- вращение роторов циркулярных насосов наружного и внутреннего контура;
- питание средств автоматики и контроля.
Выходит, что при потреблении 1 кВт электричества воздействие теплонасоса может переставить в дом до 5 кВт тепловой энергии снаружи, отсюда и небылицы о КПД 500%.
Теплонасос воздух-воздух
В теории любая среда, имеющая температуру больше полного нуля (минус 273 ?С), владеет запасом тепловой энергии. А это означает, ее можно извлечь, уж Особенно это несложно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ?С.
Для такой цели служит теплонасос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной внешней среды и перемещающий его в середину личного дома. Это один из самых доступных метод по стоимости оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффектный. Чем крепче холод на улице, тем меньше тепла получается получить. Рабочий принцип системы показан на рисунке:
Внешний блок воздушного теплонасоса снаружи схож на подобной же аппарат сплит-системы, только в середине у него нет нагнетателя воздуха. Остается только пластинчатый теплообменный аппарат и вентилятор, чьей задачей считается увеличить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины подавляющего количества воздуха.
Тепловой насос вода-вода
Более практичным вариантом считается теплонасос вода-вода. Он извлекает энергию тепла из близлежащего пруда, если такой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более популярный способ – отбор тепла у почвенных вод через скважину. По существу, скважин необходимо 2: одна для выкачивания воды, иная – для ее сброса. Ниже показаны схемы теплонасосов, действующих по подобному правилу:
Тут имеются собственные невидимые моменты. Скважиннная вода должна проходить чистку перед тем как попасть теплообменный аппарат, а трубы нужно укладывать ниже глубины грунтового промерзания. Иное дело – контур на дне пруда, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.
Главное. Способность обеспечить личный дом тепловой энергией в данном случае зависит от продуктивности скважины и объема воды в водоеме. Также есть варианты погружения внешнего контура в водопроводную воду реки или канализационный колодец-отстойник.
Также есть геотермальные теплонасосы, чей рабочий принцип не выделяется от предыдущих видов аппаратов, только тепло достается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ?С. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий просторную площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. И в том и другом случае в виде теплоносителя применяется антифриз.
Считается, что работа теплонасоса, добывающего тепло из грунта, — самая устойчивая и продуктивная. Но покупка и процесс установки аналогичного оборудования слишком дорогие, а домашние мастера-умельцы нечасто прибегают к реализации такого варианта.
Как собрать теплонасос дома?
Так как термодинамический расчет теплонасоса представляет для многих домашних умельцев — самодельщиков немалую трудность, приводить его тут мы не станем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-то из них за основу для создания своего детища.
Стоит добавить, что тепловой насос, придуманый и собранный собственными руками, для подавляющего множества рядовых клиентов остается недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению множество усилий и времени.
Самый простой тепловой насос из старого холодильника описали в публикации журнала «Инженер» за 2006 г. Он обозначается, как нагреватель воздух – воздух для маленького помещения или теплицы. К слову, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже маленького дома его не хватит, а вот на 1 комнату – вполне. Решение реализовывается 2 способами, причем внутренняя автоматика выключения убирается и все агрегаты соединяются напрямую для беспрерывной работы. В первом варианте устаревший холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:
С наружной стороны к нему ложится 2 воздушного канала и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу проникает в морозильную камеру, охлаждается и опускается к нижнему воздушному каналу из-за повышения плотности. Потом он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение нагревается от трубного змеевика, находящегося на задней стенке агрегата. По второму способу изготовить собственноручно тепловой насос также просто, нужно лишь встроить холодильник в стену снаружи, как нарисовано на схеме:
Рукодельный обогревательный прибор из холодильника может работать до наружной температуры минус 5 ?С, не ниже.
Тепловой насос из кондиционера
Сегодняшние сплит-системы, в особенности инверторного типа, удачно исполняют функции того же теплонасоса воздух – воздух. Их проблема в том, что продуктивность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже говоря иначе набор для зимы.
Домашние мастера подошли к вопросам иначе: собрали рукодельный теплонасос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из-под земли с помощью скважин. По существу, от кондиционера здесь применяется только нагнетатель воздуха, порой – блок расположенный внутри, играющий роль вентиляторного конвектора.
По большому счёту, нагнетатель воздуха можно выбрать отдельно. К нему понадобится сделать теплообменный аппарат чтобы нагреть воду (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м накручивается чтобы придать формы змеевика на трубу у которой диаметр 350—400 мм или баллон. После этого витки устанавливаются перфорированным уголком, а потом вся система помещается в стальную емкость с патрубками для воды.
Нагнетатель воздуха из сплит-системы прикрепляется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подсоединяется клапан регулировки. Точно также делается атомайзер, для него подойдет обыкновенная бочка из пластика. К слову, взамен самодельных емкостных трубных змеевиков можно применять фабричные пластинчатые, однако это обойдется дорого.
Сама по себе сборка насоса не очень сложная, однако тут главное уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном понадобятся услуги мастера, не станете же вы собственно приобретать оборудование дополнительного характера. Дальше – этап наладки и пуска теплонасоса, который абсолютно не всегда проходит хорошо. Возможно, нужно будет долго повозиться, чтобы достичь результата.
Заключение
Разумеется, домашнее отопление теплонасосом – мечта большинства владельцев дома. К большому сожалению, стоимость установок очень большая, а управиться с собственноручным производством могут единицы. И то очень часто мощности хватает лишь на ГВС, о теплоснабжении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в любом доме стоял рукодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу клиентов.
