Контроллер для теплового насоса своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 05.10.2024

В связи с регулярным повышением стоимости теплоносителей востребованными становятся альтернативные методы отопления. К примеру, практичный тепловой насос воздух-вода, использующий для обогрева энергию воздуха. Установка не требует дорогостоящих расходных материалов, удобна в эксплуатации, безопасна.

В связи с немалой ценой заводской сборки агрегата у многих возникает интерес к самостоятельному сооружению этой системы. Мы расскажем, что потребуется домашнему мастеру для устройства самодельного теплового насоса. У нас вы узнаете, какими техническими средствами следует запастись.

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 нецелесообразно.

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

При устройстве теплового насоса воздух вода на фасаде дома появится небольшой по размерам аккуратный прибор

Как и любой тепловой насос, система воздух-вода состоит из двух взаимосвязанных частей: внешней и внутренней

Расположенный внутри дома блок оборудования перерабатывает заимствованную у воздуха энергию, нагревая воду для контуров отопления и ГВС

При необходимости увеличить производительность системы внешний комплекс дополняется необходим количеством модулей

Тепловые насосы воздух-вода отлично справляются с нагревом воды, задействованной в системах отопления

Тепловые установки воздух вода обеспечат теплой водой санузлы и кухни частных домов с автономными инженерными системами

Один из самых распространенных потребителей энергии тепловых насосов воздух-вода - водяной теплый пол

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.

Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

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, небольшого частного бассейна 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

Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старого холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.

Сооружение теплового насоса воздух-вода

Система теплового насоса состоит из четырех основных элементов:

наружного блока;
емкости теплообменника-испарителя;
блока для компрессора;
накопительной емкости (конденсатора).

Рассмотрим особенности конструирования каждого из блоков.

Сборка наружного блока

Для создания внешнего блока понадобится:

Корпус. Традиционно подходит блок из-под сплит-системы, стиральной машины, другой габаритной техники, иногда сооружают самостоятельно путем приваривания металлических элементов. Важно после сборки обработать металл антикоррозийной краской порошкового типа.
Вентилятор. Изделие можно позаимствовать из старой рабочей системы кондиционирования или приобрести отдельно.

Модель вентилятора должна обладать широкими пластиковыми лопастями и, желательно, с отсоединяемым мотором, чтобы предоставилась возможность подключить его к датчику.

Для сборки наружного блока понадобиться корпус и вентилятор из-под системы кондиционирования. Примерные параметры блока – 75х85х30 см

В наружный блок можно установить испаритель и вспомогательные элементы для его работы, но целесообразнее эти детали поместить в отдельный корпус.

Устанавливают наружный блок на расстоянии 2-10 м от дома. Важно построить под него фундамент и поставить навес, чтобы защитить конструкцию от осадков. Также необходимо закрепить решетку перед вентилятором, чтобы избежать попадания грязи, мусора, листьев в лопасти вентилятора и трубы.

Дополнительно желательно установить обогреватели, защищающие боковины и панели от обледенения. В этом случае дополнительное прогревание корпуса не понадобится. Место для установки блока должно быть хорошо вентилируемым, находиться в отдалении от источников открытого огня.

Блок с теплообменником-испарителем

Испаритель можно приобрести в готовом виде, воспользовавшись услугами поставщиков в сети, или создать самостоятельно. Для этого понадобиться 80-литровый бак и медная проволока диаметром 10 мм и толщиной не менее 1 мм.

Длина высчитывается индивидуально с учетом требуемой мощности. Для устройства 5 кВт можно взять 10 м. В испарителе будет происходить нагрев и циркуляция фреона, а также контакт с воздухом.

Для создания теплообменника нужно сконструировать змеевик. Для этого проволоку обматывают вокруг толстостенной трубы с диаметром, не превышающим ширину бака. Важно оставить срезы, выступающие за высоту корпуса. Они понадобятся для соединения змеевика с другими элементами системы – компрессором и накопительным баком.

Для создания змеевика медную трубку со стенками около 1 мм обматывают вокруг газового баллона, трубы или наполненной водой пластиковой бутылки

В корпус врезают 2 штуцера для подсоединения трубопроводов, создают два разъема для выхода проволоки. Соединения герметизируют. Крепят готовую конструкцию с помощью L-образных кронштейнов.

Рекомендуется дополнительно установить на испаритель реле оттаивания, поскольку в баке будет происходить циркуляция воздуха, температура которого отрицательная. В этом случае конденсат, скапливающийся в системе, может привести к обледенению испарителя. Также, чтобы исключить образования влаги, можно внедрить в систему фильтр-осушитель.

Правила установки компрессора

Для установки компрессора потребуется отдельный корпус со звуко- и виброизоляцией, поскольку практически все модификации устройства шумят во время работы. Компрессор можно взять б/у из-под холодильника, кондиционера или приобрести новую модель.

Для тепловых насосов подойдут следующие виды компрессоров:

Для теплового насоса необходимо подобрать компрессор однофазной модификации. Перед покупкой важно узнать, с каким видом фреона работает устройство. Желательно приобрести модель, работающую на R22, лучше на R422. С хладагентом данного вида работать проще, чем с любым другим видом фреона.

Компрессор подсоединяют трубками к блоку испарителя и конденсатора. Благодаря устройству фреон увеличивает свою температуру.

Конструирование накопительной емкости (конденсатора)

Для изготовления конденсатора понадобиться корпус из-под 100-литрового бойлера или любой другой нержавеющий бак такого же объема. Также необходим змеевик, выполненный из медной трубки. На насос мощностью 5 кВт можно взять 12-метровую проволоку. По трубке змеевика будет проходить горячий фреон, благодаря чему происходит нагревание воды.

Шаг №1: Создание змеевика

Для изготовления змеевика понадобиться медная проволока диаметром не меньше 26 мм и толщиной стенки от 1 мм. Ее необходимо намотать на трубу, имеющую меньшее поперечное сечение, чем у бака.

Высота спирали должна совпадать с высотой корпуса. Важно оставить выпуски трубы за пределами емкости, чтобы иметь возможность подсоединить змеевик с испарителем и компрессором.

Шаг №2: Подготовка корпуса

Для установки змеевика бак необходимо разрезать. Сверху и снизу понадобиться создать отверстия для выходов медной проволоки, а также вырезать дополнительные отсеки для установки 2-х штуцеров, один из которых предназначен для выхода воды, а другой – для ее входа. После проделанных процедур бак необходимо герметизировать.

Теплообменник-компрессор можно приобрести отдельно в виде готовой конструкции. С помощью устройства заводской сборки можно увеличить мощность и КПД установки.

Хладагент с маркировкой R22 согласно Монреальским постановлениям к 2030 году запланировано вывести из обращения. Для наполнения системы лучше использовать его заменитель — хладагент R422

Соединение внешнего блока с испарителем

Для соединения наружного блока и испарителя потребуется проведение 2 полиэтиленовых труб ПНД 32. Через одну трубу воздух будет проходить, через другую – выходить.

Трубы можно закопать в землю, предварительно досыпав в ров любой песчаный материал, или оставить на поверхности, если наружный корпус располагается недалеко от дома.

Соединение испарителя, компрессора и бака

В этой системе циркулирует фреон. Для присоединения змеевиков с компрессором и дросселем, необходимо обратиться к специалистам по холодильной технике. Человеку, не имеющего опыта в паяльных работах, даже при наличии инструментов и материалов сложно будет грамотно соединить все элементы в одну систему, чтобы обеспечить работу конструкции.

Более того, потребуется много дополнительных материалов — трубок разных диаметров, различных модификаций сливных кранов, клапанов для травления воздуха, предохранительных клапанов, а также клипс для труб, хомутов, труборезов для нарезки участков трубопровода.

Нужны будут и другие специализированные устройства, которые есть в наличие в любой мастерской по ремонту холодильников и кондиционеров.

Качественная закачка фреона также осуществляется с использованием специального оборудования. Поэтому для объединения теплообменников, компрессора и дросселя в рабочую систему удобнее и выгоднее обратиться к профессионалам.

Внедрение систем управления установкой

Для слежения за давлением и температурой фреона можно использовать плату с дисплеем из-под любого кондиционера. В процессе паяльных работ с помощью специалистов конструкцию можно грамотно внедрить в установку.

Также возможно подключить специальное устройство – датчик вращения вентилятора. Он регулирует скорость вращения лопастей, а также автоматизирует обороты циркуляционного насоса фреона.

Дополнительно можно установить таймер, электропускатель , устройство, защищающее компрессор от перегрева. Все эти детали можно приобрести в ремонтных мастерских или на рынке запчастей.

Расчет мощности теплового насоса воздух-вода

Для обогрева помещения с площадью от 100 кв. м потребуется тепловой насос большей мощности. Вычислить необходимую мощность установки можно приблизительно, используя таблицу:

Чтобы определить, какая мощность должна быть у компрессора, трубы каких диаметров следует использовать и другие важные данные при конструировании теплового насоса воздух-вода, необходимо обратиться к одному из способов:

Воспользоваться онлайн-калькуляторами, размещенными на сайтах производителей теплообменников.
Применить программное обеспечение CoolPack 1,46, Copeland .
Пригласить специалиста, который произведет необходимые измерения и расчеты.

Площадь змеевика-конденсатора ( ПЗК ) можно вычислить по формуле:

ПЗК = М/0,8ДТ,

где М — мощность установки в кВт; 0,8 — коэффициент теплопроводности при контакте воды и меди; ДТ — разность температуры между поступающим и выходящим воздухом в системе.

Параметры теплового насоса, приведенные выше, подойдут для помещения до 100 кв. метров. Мощность установки — 5 кВт. Если приобретать специальные теплообменники, то вполне возможно увеличить мощность установки до 10-15 кВт.

На рисунке представлена система, в которой теплообменники, компрессор, дроссель объединены в одном баке. В конструкции используются заводские теплообменники (+)

Обслуживание самодельной установки

Для качественной работы тепловой насос нуждается в дополнительном обслуживании. Если использовать устройство зимой (учитывая, что в корпусе не установлен дополнительный обогрев), то периодически блок придется отогревать, поскольку на его поверхности будет образовываться ледяная корка.

Также необходимо периодически:

Очищать лопасти вентилятора от мусора – листьев, пыли, грязи, снега и т.д.
Производить смазку компрессора согласно инструкции к нему.
Менять масло в компрессоре и вентиляторе.

Кроме того, для нормального функционирования системы необходимо регулярно Проверять целостность медного трубопровода, силового кабеля, питающего компрессор, вентилятор и другие устройства.

Выводы и полезное видео по теме

С принципом действия и устройством теплового насоса, перерабатывающего энергию ветра, ознакомит следующий ролик:

Самодельный тепловой насос системы воздух-вода является одним из эффективных и недорогих устройств для дополнительного обогрева жилья. Изготовить и установить эту систему сможет любой желающий.

Пишите, пожалуйста, комментарии в находящемся ниже блоке. Возможно, у вас есть интересные сведения и фото по теме статьи? Задавайте вопросы, делитесь собственным мнением и полезными для посетителей сайта советами.

За спиной уже 3 года полноценной эксплуатации теплового насоса по его прямому назначению и сейчас я хочу поделиться своими впечатлениями. Я провел расчеты и был шокирован — такого результата никто не ожидал!

Итак, переходим к тепловым насосам. Они различаются по тому, откуда они забирают тепло и по тому, куда его отдают. Важный момент, известный из законов термодинамики (8 класс средней школы) — тепловой насос не производит тепло, он его переносит. Именно поэтому его КОП (коэффициент преобразования энергии) всегда больше 1 (то есть тепловой насос всегда отдает тепла больше, чем потребляет из сети).

3. На основании этих рассуждений был выбран канальный полупромышленный кондиционер Mitsubishi Heavy, модель FDUM71VNX. По состоянию на осень 2013 года, комплект состоящий из двух блоков (внешний и внутренний) стоил 120 тысяч рублей.

4. Внешний блок установлен на фасаде с северной стороны дома, там где меньше всего ветра (это важно).

5. Внутренний блок установлен в холле под потолком, от него с помощью гибких шумоизолированных воздуховодов обеспечена подача горячего воздуха во все жилые помещения внутри дома.

6. Т.к. подача воздуха находится под потолком (организовать подачу горячего воздуха около пола в каменном доме решительно невозможно), то очевидно, что забирать воздух нужно на полу. Для этого с помощью специального короба забор воздуха был опущен на пол в коридоре (во всех межкомнатных дверях также установлены переточные решетки в нижней части). Рабочий режим — 900 кубометров воздуха в час, за счет постоянной и стабильной циркуляции совершенно нет разницы по температуре воздуха между полом и потолком в любой части дома. Если быть точным, то разница составляет 1 градус по Цельсию, это даже меньше, чем при использовании настенных конвекторов под окнами (с ними перепад температуры между полом и потолком может достигать 5 градусов).

7. Кроме того, что внутренний блок кондиционера за счет мощной крыльчатки способен прогонять в режиме рециркуляции большие объемы воздуха по дому, не нужно забывать о том, что для людей наобходим свежий воздух в доме. Поэтому система отопления также выполняет роль системы вентиляции. По отдельному воздушному каналу с улицы в дом подается свежий воздух, который при необходимости подогревается (в холодное время года) с помощью автоматики и канального ТЭНа.

8. Раздача горячего воздуха осуществляется через вот такие решетки, расположенные в жилых комнатах. Также стоит обратить внимание на то, что в доме нет ни одной лампы накаливания и используются исключительно светодиоды (запомните этот момент, это важно).

11. Счетчик технического учета электроэнергии был установлен осенью 2013 года. То есть ровно 3 года назад. Нетрудно подсчитать, что среднегодовое потребление электрической энергии составляет 7000 квтч (на самом деле сейчас эта цифра немного меньше, т.к. в первый год расход был большим из-за использования осушителей во время отделочных работ).

12. В заводской комплектации кондиционер способен работать на обогрев при температуре окружающего воздуха не ниже -20 градусов по Цельсию. Для работы при более низких температурах требуется доработка (на самом деле она актуальна при эксплуатации даже при температуре -10, если на улице высокая влажность) — установка греющего кабеля в дренажный поддон. Это необходимо для того, чтобы после цикла разморозки внешнего блока вода в жидком состоянии успела покинуть дренажный поддон. Если она не успеет это сделать, то в поддоне будет намерзать лед, который впоследствии выдавит раму с вентилятором, что, вероятно, приведет к обламыванию лопастей на нём (можете посмотреть фотографии обломанных лопастей в интернете, я сам с этим чуть не столкнулся т.к. положил греющий кабель не сразу).

13. Как я уже упоминал выше — в доме везде используется исключительно светодиодное освещение. Это важно, когда речь заходит о кондиционировании помещения. Возьмем стандартную комнату, в которой расположено 2 светильника, по 4 лампы в каждом. Если это лампы накаливания мощностью 50 ватт, то суммарно они потребляют 400 ватт, в то время как светодиодные лампы будут потреблять менее 40 ватт. А вся энергия, как мы знаем из курса физики, в конечном итоге все равно превращается в тепловую. То есть освещение на лампах накаливания это такой неплохой обогреватель средней мощности.

14. Теперь поговорим о том, как работает тепловой насос. Всё, что он делает — переносит тепловую энергию из одного места в другое. Именно по такому принципу работают и холодильники. Они переносят тепло из холодильной камеры в помещение.

Есть такая хорошая загадка: Как изменится температура в комнате, если в ней оставить включенный в розетку холодильник с открытой дверцей? Правильный ответ — температура в комнате будет расти. Для просты понимания это объяснить можно так: комната это замкнутый контур, в него по проводам поступает электричество. Как мы знаем энергия в конечном итоге превращается в тепловую. Именно поэтому температура в комнате и будет расти, ведь в замкнутый контур извне поступает электричество и в нём же остается.

Немного теории. Теплота это форма энергии, которая передается между двумя системами из-за разницы температур. При этом тепловая энергия переходит из места с высокой температурой к месту с более низкой температурой. Это естественный процесс. Перенос тепла может осуществляться за счет теплопроводности, теплового излучения или путём конвекции.

Существует три классических агрегатных состояния вещества, преобразование между которыми осуществляется в результате изменения температуры или давления: твердое, жидкое, газообразное.

Для изменения агрегатного состояния тело должно либо получить, либо отдать тепловую энергию.

• При плавлении (переход из твердого состояния в жидкое) поглощается тепловая энергия.
• При испарении (переход из жидкого состояния в газообразное) поглощается тепловая энергия.
• При конденсации (переход из газообразного состояния в жидкое) выделяется тепловая энергия.
• При кристаллизации (переход из жидкого состояния в твердое) выделяется тепловая энергия.

Тепловой насос использует в работе два переходных режима: испарение и конденсацию, то есть оперирует веществом, находящимся либо в жидком, либо в газообразном состоянии.

15. В качестве рабочего тела в контуре теплового насоса используется хладагент R410a. Это фторуглеводород, закипающий (переход из жидкого состояния в газообразное) при очень низкой температуре. А именно, при температуре — 48,5 градусов по Цельсию. То есть, если обычная вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре +100 градусов по Цельсию, то фреон R410a кипит при температуре почти на 150 градусов ниже. Более того, при сильно отрицательной температуре.

Именно это свойство хладагента используется в тепловом насосе. Путем целеправленного измерения давления и температуры ему можно придать необходимые свойства. Либо это будет испарение при температуре окружающей с поглощением тепла, либо конденсации при температуре окружающей среды с выделением тепла.

16. Вот как выглядит контур циркуляции теплового насоса. Его основные компоненты: компрессор, испаритель, расширительный клапан и конденсатор. Хладагент циркулирует в замкнутом контуре теплового насоса и попеременно меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и обратно. Именно хладагент передает и переносит тепло. Давление в контуре всегда избыточно по сравнению с атмосферным.

Как это работает?
Компрессор всасывает холодный газообразный хладагент низкого давления поступающий из испарителя. Компрессор сжимает его под высоким давлением. Температура повышается (тепло от работы компрессора также добавляется к хладагенту). На этом этапе мы получается газообразный хладагент высокого давления и высокой температуры.
В таком виде он поступает в конденсатор, обдуваемый более холодным воздухом. Перегретый хладагент отдает свое тепло воздуху и конденсируется. На этом этапе хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и со средней температурой.
Далее хладагент поступает в расширительный клапан. В нём происходит резкое снижение давления, вследствие расширения объема, который занимает хладагент. Уменьшение давления приводит к частичному испарению хладагента, что в свою очередь снижает температуру хладагента ниже температуры окружающей среды.
В испарителе давление хладагента продолжает снижаться, он еще сильнее испаряется, а необходимое для этого процесса тепло отбирается от более теплого наружного воздуха, который при этом охлаждается.
Полностью газообразный хладагент снова поступает в компрессор и цикл замыкается.

17. Попробую еще раз объяснить попроще. Хладагент кипит уже при температуре -48,5 градусов по Цельсию. То есть, условно говоря при любой более высокой температуре окружающей среды он будет иметь избыточное давление и в процессе испарения забирать тепло из окружающей среды (то есть уличного воздуха). Есть хладагенты используемые в низкотемпературных холодильниках, у них температура кипения еще ниже, вплоть до -100 градусов по Цельсию, но его не получится использовать для работы теплового насоса на охлаждение помещения в жару из-за очень высокого давления при высоких температурах окружающей среды. Хладагент R410a это некий баланс между возможностью работы кондиционера как на нагрев, так и охлаждение.

Вот, кстати, хороший документальный фильм снятый в СССР и рассказывающий о том, как устроен тепловой насос. Рекомендую.

Идеальный тепловой насос работающий только на обогрев должен иметь площадь поверхности внешнего теплообменника (испарителя) в несколько раз превышающую площадь поверхности внутреннего теплообменника (конденсатора). На практике мы возращаемся к тому самому балансу, что тепловой насос должен уметь работать как на обогрев, так и охлаждение.

20. Слева можно видеть практически полностью покрытый инеем внешний теплообменник, кроме двух секций. В верхней, не замерзшей, секции фреон имеет еще достаточно высокое давление, что не позволяет ему эффективно испаряться с поглощением тепла из окружающей среды, в нижней же секции он уже перегрет и не может больше забирать тепло извне. А фотография справа дает ответ на вопрос почему внешний блок кондиционера был установлен на фасаде, а не спрятан от глаз на плоской кровле. Именно из-за воды, которую нужно отводить от дренажного поддона в холодное время года. Отводить эту воду с кровли было бы значительно сложнее, чем с отмостки.

Как я уже писал, во время работы на обогрев при отрицательной температуре на улице испаритель на внешнем блоке обмерзает, на нём кристаллизуется вода из уличного воздуха. Эффективность обмерзшего испарителя заметно снижается, но электроника кондиционера в автоматическом режиме контролирует эффективность теплосъема и периодически переключает тепловой насос в режим разморозки. По сути режим разморозки это прямой режим кондиционирования. То есть из помещения забирается тепло и переносится на внешний, обмерзший теплообменник, что растопить на нём лед. В это время вентилятор внутреннего блока работает на минимальной скорости, а из воздуховодов внутри дома поступает прохладный воздух. Цикл разморозки обычно длится 5 минут и происходит каждые 45-50 минут. Ввиду высокой тепловой инерционности дома, никакого дискомфорта во время разморозки не ощущается.

Практика показывает, что средний коэффициент конвертации с учетом потерь в самые холодные зимние месяцы в Московской области составляет 2,5. Но не забывайте про межсезонье и даже лето. А как я уже писал выше, если у вас энергоэффективный, хорошо теплоизолированный дом, без паразитных источников тепла, то даже летом солнце не способно его прогреть до комфортной температуры +22 градуса и в холодние летние дни потребуется также использовать тепловой насос для обогрева. А при уличной температуре более +10 градусов мы получим пятикратную (!) экономию электроэнергии по сравнению с электрическими конвекторами.

Кстати, есть еще один интересный момент. Ресурс у кондиционера при работе на обогрев в разы выше, чем при работе на охлаждение.

22. Осенью прошлого года я установил счетчик электрической энергии Smappee, который позволяет вести статистику энергопотребления по месячно и предоставляет более менее удобную визуализацию проведенных измерений.

23. Smappee был установлен ровно год назад, в последних числах сентября 2015 года. Он также пытается показать стоимость электрической энергии, но делает это исходя из заданных вручную тарифов. А с ними есть важный момент — как известно, у нас повышают цены на электроэнергию 2 раза в год. То есть за представленный период измерений тарифы менялись 3 раза. Поэтому не будем обращать внимание на стоимость, а подсчитаем количество потребленной энергии.

На самом деле с визуализацией графиков потребления у Smappee есть проблемы. Например, самый короткий столбец слева это потребление за сентябрь 2015 года (117 квтч), т.к. у разработчиков что-то пошло не так и на экране за год почему-то 11, а не 12 столбцов. Но суммарные цифры потребления подсчитаны безошибочно.

А именно, 1957 квтч за 4 месяца (включая сентябрь) в конце 2015 года и 4623 квтч за весь 2016 год с января по сентябрь включительно. То есть суммарно было израсходовано 6580 квтч на ВСЁ жизнеообеспечение загородного дома, который круглогодично отапливался, независимо от нахождения в нём людей. Напомню, что летом этого года впервые пришлось использовать тепловой насос для обогрева, а на охлаждение летом он не работал ни разу за все 3 года эксплуатации (кроме автоматических циклов разморозки, разумеется). В рублях, по текущим тарифам в Московской области это менее 20 тысяч рублей в год или около 1700 рублей в месяц. Напомню, что в эту сумму входит: отопление, вентиляция, нагрев воды, плита, холодильник, освещение, электроника и техника. То есть это фактически в 2 раза дешевле, чем ежемесячная плата за квартиру в Москве аналогичной площади (разумеется без учета взносов на содержание, а также сборов на капитальный ремонт).

24. А теперь давайте подсчитаем сколько же денег позволил сэкономить тепловой насос в моём случае. Сравнивать будем электрическим отоплением, на примере электрокотла и радиаторов. Считать буду по докризисным ценам, которые были на момент установки теплового насоса осенью 2013 года. Сейчас тепловые насосы подорожали из-за обвала курса рубля, а техника вся импортная (лидеры по производству тепловых насосов — японцы).

Электрическое отопление:
Электрический котел - 50 тыс рублей
Трубы, радиаторы, фитинги и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 80 тысяч рублей.

Тепловой насос:
Канальный кондиционер MHI FDUM71VNXVF (внешний и внутренний блок) - 120 тыс. рублей.
Воздуховоды, адаптеры, теплоизоляция и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 150 тысяч рублей.

Но это не всё. Воздушное отопление с помощью теплового насоса это заодно кондиционер в теплое время года (то есть кондиционер все равно нужно ставить, так ведь? значит добавим еще минимум 40 тысяч рублей) и вентиляция (обязательна в современных герметичных домах, еще минимум 20 тысяч рублей).

Переведем перенесенную энергию в рубли, предположив, что 1 квтч электрической энергии стоит 4,5 рубля (усредненный дневной/ночной тариф в Московской области). Получаем 27000 рублей экономии, по сравнению с электрическим отоплением только за первый год эксплуатации. Вспомним, что разница на стадии ввода системы в эксплуатацию составляла всего 10 тысяч рублей. То есть уже за первый год эксплуатации тепловой насос СЭКОНОМИЛ мне 17 тысяч рублей. То есть он окупился в первый же год эксплуатации. При этом напомню, что это не постоянное проживание, при котором экономия была бы еще больше!

Но не забываем про кондиционер, который конкретно в моем случае не потребовался ввиду того, что построенный мною дом оказался переутепленным (хотя и используется однослойная стена из газобетона без дополнительного утепления) и он просто не нагревается летом на солнце. То есть скинем 40 тысяч рублей из сметы. Что имеем? ЭКОНОМИТЬ на тепловом насосе в таком случае я стал не с первого года эксплуатации, а со второго. Не велика разница-то.

25. И напоследок несколько слов про электрические отопительные приборы. Меня замучали вопросами о всяких инфракрасных обогревателях и нано-технологиях не сжигающих кислород. Отвечу коротко и по делу. Любой электрический обогреватель имеет КПД 100%, то есть вся электрическая энергия переходит в тепловую. На самом деле это касается любых электрических приборов, даже электрическая лампочка дает тепло ровно в том количестве, в котором она его получила из розетки. Если же говорить про инфракрасные обогреватели, то их преимущество заключается в том, что они греют предметы, а не воздух. Поэтому самое разумное применение для них — обогрев на открытых верандах в кафе и на автобусных остановках. Там, где есть необходимость передать тепло напрямую предметам/людям, минуя нагрев воздуха. Аналогичная история про сжигание кислорода. Если где-то в рекламном проспекте вы видите эту фразу, знайте — производитель держит покупателя за лоха. Горение это реакция окисления, а кислород это окислитель, то есть он сам себя сжечь не может. То есть это все бред дилетантов, прогулявших уроки физики в школе.

Все материалы про строительство загородного дома своими руками в хронологическом порядке можно посмотреть здесь.

В последние десятилетия у владельцев домов появился довольно большой выбор систем отопления. Уже необязательно подключаться к централизованным сетям и использовать традиционные источники. Можно выбрать оборудование, работающее на альтернативной энергии, но его главный недостаток – дороговизна. Согласны?

Впрочем, если соорудить тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить. А мы расскажем вам как это сделать.

В статье мы подобрали самые простые решения и снабдили их подробными чертежами и схемами. Поэтому для домашнего умельца разобраться в них не составит труда. Кроме того, здесь вы найдете пошаговую инструкцию по изготовлению отопительного оборудования. А размещенные видеоролики расскажут о конструктивных особенностях теплового насоса и особенностях его подключения.

Принцип работы и схема теплового насоса

Теплонасосы способны работают от натуральных источников энергии. Прибор выделяет тепло без дизельного или твердого топлива.

При обустройстве отопительной системы главную роль занимает теплонасос. Его постройка требует особого внимания.

Сам насос не может выделить тепло, он просто переносит его в дом. На это требуется небольшое количество электричества. Достаточно иметь тепловой насос и внешний источник энергии для обогрева здания. Работает насос противоположно холодильнику. Тепло забирается снаружи и направляется в помещение.

Схема теплового насоса:

Компрессор – промежуточный элемент системы;
Испаритель – элемент передачи низкопотенциальной энергии;
Дроссельный клапан – по нему перемещается фреон в испаритель;
Конденсатор – в нем хладагент охлаждается и отдает свое тепло.

Сначала энергия выделяется из природных источников и попадает в испаритель. Дальше тепло передается фреону. В компрессоре хладагент поддается высокому давлению и его температура повышается. Дальше фреон направляется в конденсатор, где и происходит его отдача отопительной системе. Хладагент возвращается в испаритель, где процесс повторяется.

Энергосберегающие трубы для сохранения энергии помогут сэкономить и сберечь тепло. Как установить такую систему можно узнать на сайте:

Самодельный тепловой насос из холодильника: этапы создания

Тепловой насос – достаточно дорогой прибор. Но при желании можно своими руками соорудить устройство из старого холодильника или кондиционера. Холодильное устройство имеет в своей системе две необходимые для насоса детали – конденсатор и компрессор.

Этапы сборки теплового насоса из холодильника:

Сначала собирается конденсатор. На вид это волнистый элемент. В холодильнике он размещен сзади.
Конденсатор необходимо уложить в прочный каркас, который хорошо удерживает тепло и переносит действие высоких температур. В определенных случаях приходится разрезать тару, чтобы беспроблемно установить конденсатор. По окончанию монтажа емкость сваривается.
Дальше идет установка компрессора. Необходимо, чтобы агрегат был в хорошем состоянии.
Функцию испарителя выполняет обыкновенная пластиковая бочка.
Когда все будет подготовлены, следует скрепить элементы между собой. К отопительной системе теплообменник крепится трубами из ПВХ.

Так получается самодельный тепловой насос. Закачку фреона должен проводит профессионал, так как жидкость непроста в работе. К тому же для ее закачки необходимо иметь специальное оборудование.

Тепловые насосы из старой бытовой техники отлично подходят для обогрева небольших помещений хозяйственного назначения.

Холодильник может выполнить роль радиатора. Потребуется сделать два воздухоотвода, которые обеспечат его циркуляцию. Один отвод принимает холодный воздух, второй – выпускает горячий.

Биогаз набирает популярность, как альтернативный источник энергии. О его преимуществах читайте в статье:

Типы конструкций для отопления дома

Конструкции тепловых насосов подразделяют на несколько типов.

Грунт-вода

Насос этого вида пользуется наибольшим спросом. Агрегат работает на основе энергии, полученной из земли. Теплоносителем служит рассол, приготовленный из поваренной соли.

Недостаток такой жидкости заключается в том, что она вызывает образование ржавчины на металле, поэтому наружный контур делают из пластиковых труб, поскольку они не подвержены коррозии.

Устройство в землю устанавливают двумя способами: горизонтально или вертикально. При первом варианте земля не используется для садоводства, потому что во время эксплуатации почвы есть опасность поломки оборудования.

Важно! Для установки горизонтальных труб потребуется большая площадь. Если придомовой участок не располагает такой территорией, профессионалы рекомендуют остановить выбор на вертикальном типе расположения устройства.

Если агрегат устанавливается вертикально, то он не занимает много места. Для монтажа вырывается скважина, глубиной 150 метров. Вертикальный монтаж оборудования позволяет вести на участке сельскохозяйственные работы. Передача тепла осуществляется посредством глубинных зондов.

Вода-вода

Прибор черпает тепло из жидкостей, находящихся глубоко под землей. В их число входят грунтовые или сточные воды, а также водоемы. Труба заполняется теплоносителем, подсоединяется к источнику тепла и закапывается или просто погружается в воду.

Воздух-вода

Виды теплонасосов: нюансы работы теплообменника фреон-вода

Природный источник энергии может представлять собой систему скважинного типа, грунтового или водоемного. Каждый вариант уникальный. Отличается принцип работы и монтаж.

Когда источником энергии является скважина, необходимо пробурить соответствующее отверстие в земли. В 1 м источника можно добыть 50-60 Вт энергии. Для нормальной работы теплонасоса потребуется 20 м.

Особенности получения энергии со скважины:

Главные плюсы – компактность и большая теплоотдача;
Минус – сложности при бурении скважины.

Когда источником тепла выступает грунт, то труба залегает на глубину ниже уровня промерзания земли. Для укладки трубы можно вырыть котлован или траншею.

Добыча энергии с земли достаточно трудный процесс, который требует большой площади, которая не будет доступной к эксплуатации.

Если поблизости размещены водоемы, то можно положить трубу в источник воды. Главное требование – достаточная глубина. В 1 кв м воды можно получить 30 Вт энергии. Для фиксации труб на глубине к ним прикрепляется груз.

В некоторых случаях в качестве источника используют воздух. Такой насос содержит хладагент. В этом случае подходит фреон из холодильника. Вещество забирает тепло из воздуха и отдает помещению.

Все составляющие солнечной батареи доступны и не дороги. И собрать конструкцию можно своими руками. обо всех этапах работы читайте в следующем материале:

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

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:

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.
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.

Контроллер для теплового насоса и другие элементы системы вода-вода

Трубы помещаются в ближайший водой в достаточно глубиной. Важно, чтобы вода полностью не промерзала. Конденсатор подключается к отопительной системе дома. Сама работа имеет 4 этапа.

Этапы работы насоса вода-вода:

Хладагент принимает тепло от внешнего источника, нагревается и закипает;
Фреон в виде газа поступает в компрессор, там он сжимается под давлением;
Теплоотдача отопительной системе, хладагент снова принимает жидкое состояние;
Фреон возвращается на изначальные позиции и готов к принятию тепла.

Главное в данной системе – компрессор. Фреон не сможет самостоятельно сконденсироваться, если в доме высокая температура. Для этого потребуется повышенное давление, что и выполняет данный элемент.

Так теплонасос берет наружное тепло, добавляет собственное, а также нагревается в компрессоре. Водный источник охлаждается, а дом обогревается. Автоматику работы гарантирует контроллер. Все данные отмечены на датчиках давления и температуры.

В котельных сжигается газ, уголь или мазут. В результате этого образуется тепло, которое при помощи теплоносителя по трубам подается в многоквартирные дома. В частном секторе для получения теплоснабжения также могут сжигать газ, уголь или дрова. В некоторых редких случаях для отопления может использоваться электроэнергия.

В настоящее время имеются эффективные разработки тепловых насосов (далее — ТН). Их можно использовать для отопления домов частного сектора, садовых домиков и гаражей.

Особенности тепловых насосов

Для получения тепловой энергии в ТН не используются энергоносители, и поэтому не наносится вред окружающей природе. Такая установка производит тепловой энергии больше, чем потребляет электроэнергии.

Принцип работы

В основе работы ТН лежит принцип переноса тепла от более холодного источника к более теплому. То есть более холодное он делает еще холоднее, а более теплое — еще теплее. Это значит здесь не заложена идея вечного двигателя, потому что в сумме количество тепла сохраняется неизменным, а электроэнергия тратится только на разделение и перенос тепла.

Для чего нужны

Тепловой насос можно применить как для отопления, так и для охлаждения, потому что при помощи его происходит разделение и перенос тепла. Значит ту часть установки, которая становится холоднее, можно использовать для понижения температуры, а другую часть — для повышения.

Виды насосов

Имеются различные виды тепловых насосов, но все они основаны на использовании принципа получения тепла или холода методом разделения тепловой энергии и ее переноса. Лишь один ТН Френетта отличается. Кавитационный способ получения тепловой энергии при помощи гидродинамического генератора является разновидностью теплового насоса.

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление здания, является следствием преобразования энергии, осуществляемого при помощи теплового насоса. Причем получают тепло без сжигания топлива, а при помощи охлаждения наружной среды и выделения тепловой энергии внутри помещения, то есть в этом случае закон сохранения энергии соблюдается: сколько тепловой энергии забирается из внешней среды, столько же и выделяется внутри здания. Большинство таких устройств бытового назначения используют тепло солнца, которое накапливается поверхностью земли, водой или воздухом.

Поэтому по типу первого контура все конструкции можно разделить на воздушные, грунтовые и водяные.

По виду теплоносителя (В — вода, Г — грунт) в контурах насосы можно разделить на восемь типов:

В—В;
Г—В;
Г—воздух;
воздух—В;
воздух—воздух;
В—воздух;
хладагент—В;
хладагент—воздух.

Они могут использовать также тепло выпускаемого воздуха, подогревая приточный, то есть работать в режиме рекуперации.

Воздух-воздух

По принципу работы тепловой насос напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева, но имеет единственное отличие. ТН настроен на отопление, а кондиционер на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки В—В заключается в следующем: воздух даже при низких температурах имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре –15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при –30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в системе теплоснабжения В—В, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки В—В напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем и производительность станции меньше.

Воздух-вода

ТН типа воздух-вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время года производительность существенно падает.
Простой монтаж является преимуществом системы. Подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использовать.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный насос отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды.

Разумеется, для использования установки такого типа, нужно чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Вода-вода

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем, с достаточно большим количеством воды. Это может быть река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло с внешнего контура и отдает его контуру внутреннему.

Геотермальный

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для такого метода нужно довольно большая площадь под горизонтальные трубы, а для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Цены на разные виды тепловых насосов

Какой насос лучше сделать

Для того чтобы накопить опыт по изготовлению ТН, желательно собрать такой агрегат из старого кондиционера или из старого холодильника. В этом случае можно наглядно увидеть, как работает система. Еще одно немаловажное преимущество— это использование готовых деталей от холодильника или кондиционера. Собрать тепловой насос для отопления дома своими руками, используя тепловую энергию земли, будет следующим шагом в этом направлении.

Сборка простого насоса из кондиционера

Современные кондиционеры могут выполнять функцию ТН воздух—воздух. Но их производительность падает вместе с температурой наружного воздуха.

Доработав кондиционер, можно получить действительно работающую модель насоса. Для этого можно собрать самодельный ТН своими руками по рабочим вариантам чертежей из кондиционера, который отбирает энергию не у наружного воздуха, а от проточной воды. В этом случае от кондиционера используется только компрессор.

Сборка насоса из старого холодильника

Тепловой насос изготовить из старого холодильника можно двумя способами.

В первом случае холодильник должен находиться внутри помещения, а снаружи требуется проложить 2 воздуховода и врезать в переднюю дверку. По верхнему воздух попадает в морозилку, происходит охлаждение воздуха, и по нижнему воздуховоду он покидает холодильник. Помещение греется от теплообменника, который расположен на задней стенке.

По второму способу своими руками сделать тепловой насос тоже довольно просто. Для этого понадобится старый холодильник, его надо только встроить снаружи отапливаемого помещения.

Такой обогреватель может работать при наружной температуре до минус 5 ºС.

Изготовление геотермальной установки

Расчет контура и теплообменников насоса

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

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

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

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.

Заправка и первый запуск

Видео

В этом видео показано, как можно из кондиционера сделать тепловой насос.

Из данного видео вы узнаете все о ТН: принцип работы, типы, преимущества и недостатки, правила монтажа.

Читайте также: