Тепловой насос своими руками: виды конструкций и принципы их конструирования

Тепловой насос своими руками: виды конструкций и принципы их конструирования

Среди вариантов альтернативного отопления можно отметить растущую популярность тепловых насосов. Высокая стоимость оборудования и монтажа такой конструкции не позволяет некоторым владельцам частных домов минимизировать затраты на отопление. Им обязательно стоит рассмотреть возможность устроить тепловой насос своими руками.

Прежде всего предлагаем вам посмотреть видео, в котором обсуждаются самые популярные вопросы на эту тему:

Как это вообще работает?

Некоторым количеством тепловой энергии обладает практически любая среда, которая нас окружает, если только ее температура превышает 1 градус по Цельсию. Почему бы не использовать часть этой энергии для обогрева собственного дома? Делается это с помощью теплового насоса.

Основан принцип работы теплового насоса на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю, который имеет более высокую температуру. На практике выглядит это таким образом:

  1. Теплоноситель поступает в трубопровод, расположенный, например, в грунте, и нагревается на несколько градусов.
  2. Затем теплоноситель попадает в теплообменник (или испаритель) и передает собранную тепловую энергию на внутренний контур.
  3. Хладагент (вещество с низкой температурой кипения, находящееся под низким давлением), который находится во внешнем контуре, нагревается в испарителе и превращается в газ.
  4. Затем газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается под воздействием высокого давления. При этом температура хладагента становится еще выше.
  5. Горячий газ поступает в конденсатор, где передает тепловую энергию теплоносителю внутренней системы отопления дома.
  6. После этого хладагент, потерявший тепло, возвращается в систему в жидком состоянии.

Работа холодильных установок основана на таком же принципе, поэтому некоторые виды тепловых насосов в летнее время можно вполне успешно использовать в качестве кондиционеров, т. е. для охлаждения помещения.

Принцип действия теплового насоса

Тепловой насос позволяет обогревать дом, используя низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды

Виды конструкций тепловых насосов

Наиболее наглядное представление о вариантах устройства тепловых насосов представляет их классификация по виду теплоносителя на внешнем и внутреннем контурах конструкции. Получать энергию устройство может из:

  • грунта;
  • воды (водоем или источник);
  • воздуха.

Внутри дома полученная тепловая энергия может использоваться в системе отопления, а также для подогрева воды или для кондиционирования воздуха. Поэтому различают несколько видов тепловых насосов в зависимости от сочетания этих элементов и функций.

«Грунт-вода»: горизонтально или вертикально?

Получение тепла из грунта считается одним из самых эффективных для этого типа альтернативного отопления, поскольку уже примерно в пяти метрах от поверхности температура грунта остается достаточно постоянной, мало подвержена изменениям погодных условий.

Геотермальный тепловой насос

В геотермальном тепловом насосе используют специальные теплопроводящие зонды

В качестве теплоносителя на внешнем контуре используется специальная жидкость, которую принято называть рассолом. Это экологически безопасный состав.

Наружный контур теплового насоса типа «грунт-вода» выполняют из пластиковых труб. Разместить их в грунте можно горизонтально или вертикально. В первом случае могут понадобиться работы на значительной площади, от 25 до 50 кв. метров на каждый киловатт мощности насоса. Площади, отведенные под устройство горизонтального коллектора, нельзя использовать для сельскохозяйственных нужд. Здесь допустима только разбивка газона или высадка однолетних цветущих растений.

Для сооружения вертикального коллектора понадобится ряд скважин глубиной 50-150 метров. Поскольку температура грунта на такой глубине выше и устойчивее, такой геотермальный тепловой насос считается более эффективным. Для передачи тепла в этом случае используются специальные глубинные зонды.

«Вода-вода»: максимальная эффективность

Не менее эффективным выбором может стать тепловой насос вода вода, поскольку на большой глубине температура воды остается достаточно высокой и постоянной. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться:

  • открытые водоемы (озера, реки);
  • грунтовые воды (скважины, колодцы);
  • сточные воды промышленных технологических циклов (обратное водоснабжение).

Принципиальных отличий в конструкции теплонасосов «грунт-вода» или «вода-вода» не имеется. Наименьших затрат потребует сооружение теплонасоса, использующего энергию открытого водоема: трубы с теплоносителем нужно снабдить грузом и погрузить в воду. При использовании потенциала грунтовых вод понадобится более сложная конструкция. Может потребоваться сооружение дополнительного колодца для сброса воды, которая проходит через теплообменник.

Тепловой насос вода-вода

Использование теплового насоса вода-вода в открытом водоеме может быть очень выгодным

«Воздух-вода»: универсальный вариант

По эффективности тепловой насос воздух вода уступает другим моделям, поскольку в холодное время года мощность его ощутимо снижается. Однако для его монтажа не требуется сложных работ по выемке грунта или по сооружению глубоких скважин. Нужно только выбрать и установить подходящее оборудование, например, прямо на крыше дома.

Тепловой насос воздух-вода

Тепловой насос воздух-вода можно установить без масштабных монтажных работ

Несомненным преимуществом этой конструкции является способность повторно использовать тепло, которое покидает обогреваемые теплонасосом помещения с отработанным воздухом или водой, а также в виде дыма, газа и т. п. Чтобы компенсировать недостаток мощности воздушного теплонасоса в зимний период, следует предусмотреть варианты альтернативного отопления.

Наименее затратным вариантом может стать тепловой насос воздух воздух, для сооружения которого не нужны сложные работы по созданию традиционной системы водяного отопления в помещениях.

Как сделать тепловой насос самостоятельно?

Использовать тепловые насосы для отопления дома выгодно и удобно. Имеющийся опыт показывает, что в частных домах жилой площадью более 400 кв. метров такая конструкция окупится в течение нескольких лет эксплуатации, несмотря на высокую стоимость. Владельцы домов с более скромными размерами успешно разрабатывают и устанавливают теплонасосы собственной конструкции. Вот некоторые принципы создания этих полезных устройств.

  • Для начала нужно позаботиться о приобретении компрессора, например, предназначенного для кондиционера. Обычно его закрепляют на стене.
  • Другую важную часть конструкции — конденсатор — можно сделать самостоятельно. Для этого понадобится сделать змеевик из медной трубы (толщина не менее 1 мм), который помещают в корпус из металла или пластика. В качестве корпуса подойдет бак подходящего размера. После того, как змеевик установлен, половинки бака сваривают, монтируя необходимые резьбовые соединения. Испаритель тоже обычно монтируют на стене. Чтобы сделать качественный змеевик, можно намотать медную сантехническую трубу вокруг предмета подходящего диаметра, вполне подойдет газовый баллон. Чтобы расстояние между витками было одинаковым, используют перфорированный алюминиевый уголок, на котором закрепляют витки змеевика.
  • Окончательный монтаж этого оборудования: пайку медной трубы, закачку фреона и т. п. — должен выполнять только квалифицированный специалист. Неумелые действия могут повредить оборудование, кроме того, они связаны с высокой вероятностью получения бытовых травм.
  • После этого конструкцию подключают к внутренней системе отопления дома.
  • Затем производится монтаж и подключение наружного контура, особенности этого процесса зависят от вида теплового насоса.

Перед пуском теплонасоса не помешает диагностировать состояние домовой электропроводки и счетчика. Ветхое и устаревшее оборудование необходимо заменить. Приемлемая мощность электросчетчика составляет не меньше 40 ампер.

К сожалению, не всякий тепловой насос для отопления дома оправдывает ожидания владельцев. Чаще всего это связано с отсутствием правильных термодинамических расчетов. В результате получается система с недостаточной мощностью или неоправданно растут затраты на чрезмерно мощное оборудование. Чтобы подобрать систему с подходящей мощностью, следует учесть теплопотери здания, а также множество других характеристик. Поручать такие расчеты следует инженеру-проектировщику.

Сергей
2014-09-12 14:30:26
Добрый день. Я дико извиняюсь за глупый возможно вопрос. Я не понимаю зачем делать лишний раз теплообменник для испарителя (морозилка), если ее можно тупо закопать на 5-10 метров?
nnm
2015-03-03 21:57:40
Ничем не отличается, просто с воздуха меньше кпд, чем с воды или грунта, вспомните воздушную прослойку между стекол, она как теплоизоляция.
Айнур
2014-10-12 22:06:58
Доброй ночи! В испарителе охлаждается теплоноситель, который потом должен нагреться, проходя по трубам, довольно большой длины. Закопав в землю испаритель, создастся зона вечной мерзлоты, которая даже летом не оттает.
Виталий
2014-11-17 08:50:04
А чем тепловой насос воздух-воздух отличается от обычной сплит-системы, работающей на тепло?
Виталий
2015-02-07 23:08:48
"Некоторым количеством тепловой энергии обладает практически любая среда, которая нас окружает, если только ее температура превышает 1 градус по Цельсию." Тут ошибка - тепловая энергия присутствует всегда для любого тела с температурой выше абсолютного нуля (-273 по Цельсию).
Сергей
2015-01-25 05:29:58
А вот септик круглый год не замерзает и температура положительная! Может при устройстве септика в стенки заложить принцип "теплого пола" и получится будет устойчивая разница температур несмотря на погоду..?
Алекс
2015-09-28 15:02:13
На каком расстоянии нужно бурить друг от друга скважины 50м и 150м и как соединить между ними трубы на глубине? Или одна скважина - один контур?
nnm
2015-03-03 21:55:46
Летом, когда захотите прохлады, включите ваш тепловой насос, который к +30 воздуха даст еще +30 теплообменника и это все 60 градусов в септике, который сам по себе горячее окружающей среды градусов на 10. Представляете запах во дворе?!)))
Plaguemen
2015-09-27 11:25:47
Идея с батареей не имеет смысла. Энергия за счет сжатия и расширения будет равна энергии потребленной компрессором и насосом из электросети. Проще тогда просто ТЭН поставить. Смысл теплового насоса в перекачивании тепла из внешних источников. Так затратив 1 кВт/ч электроэнергии в систему отопления поступит 2-3 кВт/ч.
Дима
2015-03-14 23:34:36
Вы сами то понимаете, что написали? :-) Если система будет брать тепло от батарей, то чем обогревать дом? Получается, что система будет работать ради самой себя (это если не учитывать, что тепло все таки будет уходить вне).
Александр
2015-05-07 20:34:12
В Канаде как раз начали так делать в промышленных масштабах, используют не септик, правда, а городскую канализацию.
Сергей
2015-04-19 21:37:42
Вы путаете температуру и вес )). Если к 30 кг добавить 30 кг будет 60 кг. Если в воду с температурой 30 градусов залить воду с температурой 30 градусов температура будет 30 градусов, а не 60. Если в 30 градусов плеснуть 50 будет 40, а не 80.
Василь
2015-03-03 01:24:51
Скажите, зачем добывать тепло со скважины, когда можно сделать теплообменник в доме (на батарее) и получить гораздо больше? Система будет работать как вечный двигатель грея саму себя.
Олег
2015-05-19 15:42:54
Здравствуйте, подскажите какой насос нужно брать вода-вода параметры?
Эд
2015-07-16 18:02:01
Обогрев происходит за счет сжатия и расширения жидкости-теплоносителя, а не за счет нагрева от земли или воздуха, поэтому идея с батареей имеет право на жизнь)))
Павел
2015-03-31 00:32:58
Интересует вот такое дело - а что если установить теплоаккумулятор на подобии бойлера, чтобы поддерживать температуру 5-8 градусов Цельсия и от него питать тепло-насос? И еще - какая максимальная температура воды может применяться для нагрева хладогента?
Володя
2015-05-24 16:02:31
А нельзя вместо змеевика в землю закопать бочку литров на 250? Чтоб не бурить или не перекапывать в весь двор или огород.
Вадим
2015-12-04 11:15:21
Скажите зачем добывать тепло во внешней среде, когда можно добывать тепло в доме (камин)? Затопил камин и получай от этого тепло через теплонасос на всю площадь дома!
Вячеслав
2016-02-22 21:41:05
Интересен вопрос а почему при горизонтальном устройстве внешнего контура системы в земле на глубине 5м эту площадь нельзя использовать для сельского хозяйства? Ведь на такую глубину ни вода от природных осадков не проникает, ни корни тех же деревьев на такую глубину почти не проникают, а если и проникают то и не будем садить, но ведь картошку и кустарники можно ж садить?
Петрок
2015-12-07 03:18:37
В нашем регионе продается - 480 000 руб плюс установка (бурение и подключение) еще 370 000. Итого больше 800 000. Если в год тратим 5000 на дрова - печка с водяным отоплением (2 телеги по 3 куба каждая), то нам этих денег хватит на 160 лет. Плюс морозы у нас с декабря по февраль 25-30, так что не выгодно.
Владимир
2015-11-08 18:29:40
Чтобы что-то отдать, необходимо что-то где-то взять. В данном случае за тепло от Земли не платим. Да?
Вячеслав
2016-02-22 21:40:31
люди ну право же Вы физику, закон сохранения энергии, теплообмен в школе изучали? бочка очень быстро охладится, а нагреваться будет очень медленно из-за малой площади соприкосновения с елетеплым грунтом. Площадь соприкосновения можно уменьшать при увеличении температуры внешнего источника тепла, а оно увеличивается по мере приближения к центру земли:) - на верху зимой грунт промерз и имеет отрицательнуцю температуру, а по мере углубления все выше и выше температура. Вот здесь и описали Вам вариант с уменьшенной площадью - закопать Вашу бочку метров на сто под землю и тогда все будет гуд. Более интересен вопрос а почему при горизонтальном устройстве внешнего контура системы в земле на глубине 5м эту площадь нельзя использовать для сельского хозяйства? Ведь на такую глубину ни вода от природных осадков не проникает, ни корни тех же деревьев на такую глубину почти не проникают, а если и проникают то и не будем садить, но ведь картошку и кустарники можно ж садить?
Вячеслав
2016-02-22 21:49:40
эффективней всего да - для каждой скважины делать отдельный контур - параллельные контуры сходящиеся воедино уже в теплообменнике. Иначе если пустить через несколько скважин последовательно, то теплообменник нагреется в первой скважине до максимума а через последующие уже будет проходит без эффекта (внешняя и внутрення температура будет одинаковой). Но тут имеет право на сущиствование гибридная система - сделать скважины глубиной меньше, но их количество больше, тогда целесообразно будет соеденить последовательно - некий баланс между площадью участвка и глубиной бурения, но тогда мостики между скважинами надо теплоизолировать и устраивать на глубине метров 5ть.
Александр
2016-03-12 18:24:11
Я хочу применить для этого обыкновенный колодезь.