Тепловой насос своими руками: схема, расчет, применение

Если рассматривать вопрос отопления с чисто теоретической точки зрения, то у человека достаточно много решений данной проблемы. На деле же все обстоит несколько хуже, так как возможность выбора ограничивается стоимостью, возможностью обслуживания установки и т.д.

Отопление с тепловым насосом

Установка отопительной системы своими руками с топливным насосом - это достаточно выгодно с точки зрения удобства использования. Когда данная установка включается, она не производит шума, не создает неприятного запаха, а также, что достаточно приятно, отсутствует необходимость в установке дымохода и других каких-либо дополнительных конструкций.

Однако такая система полностью зависит от электрического питания. Для работы требуется минимальное количество энергии, однако если по какой-то причине электроэнергия пропадет, то и работа системы прекратится. Сборка теплового насоса своими руками, как и вся установка в целом, довольно экономична. Она обходится недорого, так же как и процесс обслуживания. Стоит отметить, что купить такую установку все же достаточно дорого.

Сведения о насосе

Когда мастера говорят об установке теплового насоса, то под этим они понимают установку определенного комплекса оборудования, а не одного насоса. Здесь важно отметить, что источником тепла для такой системы может стать практически любое вещество, температура которого - 1 градус по Цельсию и выше.

Все системы делятся на несколько видов, к примеру "вода - воздух", "вода - вода" и т.д. Применение теплового насоса основывается на том, что тела способны передавать свою тепловую энергию другим телам или же среде. Первое слово в паре обычно указывает на ту среду, у которой данное тепло отбирают. Второе слово определяет вид носителя в системе, который и будет получать эту тепловую энергию. В современных вариантах источником тепла обычно является вода, воздух или грунт. Наиболее простая конструкция - это та, в которой в качестве источника используется воздушная среда.

Эффективность устройств

Естественно, что эффективность каждого из устройств не одинакова, а зависит она от системы, в которой работает насос. Наименее эффективными считаются именно воздушные установки. Кроме того, на показатели такой системы сильно влияет погода. Грунтовые установки отличаются хорошей стабильностью. Коэффициент полезности таких установок находится в пределах от 2,8 до 3,3, что достаточно хорошо. Наиболее эффективными стали установки "вода - вода". Во многом это связано с тем, что температура источника достаточно стабильна.

Какие выгоды несет установка

Как и любая другая система, эта обладает определенными выгодами, которые может получить ее владелец.

Сборка и установка теплового насоса своими руками обладают следующими преимуществами:

• Высокая экономическая эффективность. При электрических затратах в 1 кВт, к примеру, можно получить примерно 3-4 кВт тепловой энергии, что достаточно выгодно. Стоит также отметить, что эти показатели являются усредненными, так как точные цифры сильно зависят от конструкции и типа агрегата.
• Экологичность. Собранный своими руками тепловой насос, как и вся установка в целом, во время своей работы не производит никаких вредных выбросов в окружающую среду. Использование таких приспособлений не вредит экологии.
• Универсальность. При установке традиционных систем отопления приходится постоянно платить за газ или другие вещества. Солнечные установки или же ветрогенераторы не всегда работают стабильно. Тепловые насосы же практически универсальны, и можно устанавливать их где угодно. Главное, чтобы тип системы был выбран верно.
• Стоит отметить, что тепловая система вполне многофункциональна. Если в зимнее время она используется, как и полагается, для отопления, то в летнее время можно применять ее в качестве кондиционера.
• Безопасность системы отопления находится на достаточно высоком уровне, так как температура рабочих узлов не превышает 90 градусов, во время работы нет токсичных выбросов, а топливо для их работы не требуется. Она не опаснее холодильника.

Разновидности систем для дома

Тепловой насос для отопления дома может быть абсорбционного или компрессорного типа. Наиболее распространенными являются именно компрессорные. Такие системы также можно собрать из старого холодильника или же кондиционера, используя рабочий компрессор от этих устройств. Кроме компрессора необходимо также иметь расширитель, испаритель и конденсатор. Для того чтобы сконструировать тепловой насос для отопления дома абсорбционного типа, понадобится еще и такая деталь, как абсорбент-хладон.

Тепловые установки также отличаются по виду используемого источника тепла. Они могут быть воздушными, геотермальными или же использующими вторичное тепло. Входной и выходной контуры могут применять либо один и тот же носитель, либо два разных. По этой причине системы могут быть со следующими видами теплоносителя:

• "воздух - воздух";
• "вода - вода";
• "вода - воздух";
• "воздух - вода";
• "грунт - вода";
• "лед - вода".

Важно отметить, что эффективность установки определяется коэффициентом преобразования. Это разница между затраченной энергией и полученной. Конечно, чем больше эта разница, тем эффективнее считается система.

Начало работ

Прежде чем приступить к разбору определенных методов сборки, необходимо определиться с источником тепла, а также составить схему прибора, по которому будет осуществляться сборка. Собрать своими руками рабочие варианты теплового насоса получится лишь после того, как будут взяты в аренду некоторые инструменты, а также куплены некоторые дополнительные узлы.

Первый шаг. Чертеж

Источник энергии для тепловой установки должен находиться под землей, а потому потребуется пробурить скважину или хотя бы вырыть небольшое углубление. Это значит, что на схему необходимо нанести место работ и глубину. Нужно учесть, что температура в месте установки детали не должна быть менее чем 5 градусов по Цельсию. Если рядом есть водоемы искусственного или природного происхождения, то можно использовать их в качестве места для установки.

Стоит также отметить, что подобрать можно практически любую схему теплоустановки и работать по ней. Источник тепла практически никак не влияет на ход работ. Рабочий вариант теплового насоса, своими руками собранного из холодильника, - наиболее распространенная модель. Для этого нужно разобрать старое устройство и извлечь оттуда компрессор, который будет являться главным элементом системы, перекачивая фреон и воду по трубопроводу.

Второй шаг. Выбор деталей для работы

Очень важно отметить, что если компрессор из старого холодильника старый, нерабочий или барахлит, то лучше купить новый. Ремонтировать его нерентабельно, к тому же такая деталь долго не прослужит.

Для сборки теплового насоса из холодильника своими руками потребуется еще и терморегулирующий клапан. Наилучшим вариантом будет, если оба элемента из одной системы, чтобы они точно подходили друг к другу. Для установки насоса потребуется приобрести L-кронштейны 30-сантиметровые. Кроме этого потребуется приобретение еще нескольких деталей:

• емкость объемом в 120 литров с высокой герметичностью;
• обычный пластиковый бак вместимостью до 90 л;
• потребуются также 3 медные трубы с разным диаметром;
• для трубопровода необходимо приобрести полимерные, а лучше металлопластиковые трубы.

Чтобы выполнить установку теплового насоса, потребуются стандартные инструменты, а для резки труб пригодятся болгарка и сварочный аппарат.

Третий шаг. Работа с узлами системы

Первое, что необходимо сделать, - это установить компрессор на стену, используя для этого кронштейны. После того как с этим будет покончено, можно приступать к сборке конденсатора. Для его изготовления необходимо разрезать металлический бак напополам, в одну его часть нужно вставить медный змеевик. Затем емкость сваривается обратно, после чего в ней делают несколько резьбовых отверстий.

Далее нужно перейти к работе с теплообменником. Чтобы установка теплового насоса была успешной, нужно намотать медную трубу на стальной бак с объемом 120 литров. Концы витков прикрепляются при помощи реек. К выводам трубы присоединяются сантехнические переходы. Эту же процедуру нужно провести и с пластиковым баком, он будет использоваться в качестве испарителя. Так как этот резервуар не будет перегреваться, наличие металлического элемента необязательно. Готовая конструкция также крепится к стене при помощи тех же кронштейнов.

Когда все эти узлы будут готовы, можно приступить к подборке терморегулирующего клапана. Когда конструкция будет собрана, то в нее нужно закачать фреон определенной марки - R-22 или R-422. Если навыков работы с этим веществом нет, то лучше всего позвать специалиста, так как процедура достаточно небезопасна.

Четвертый шаг. Соединение с устройством забора

Здесь важно отметить, что схема теплового насоса, подключение системы к заборному устройству зависят от его типа:

• "Вода - земля". Если выбрана эта схема, то коллектор должен быть установлен ниже уровня промерзания почвы. Трубопровод данной системы должен располагаться на той же глубине.
• "Вода - воздух". Установка данной системы считается наиболее простой, так как для этого не потребуется выполнение каких-либо земляных работ. В качестве места для монтажа коллектора можно использовать любое место возле дома или даже на крыше.
• Система "вода - вода" устанавливается только в том случае, если рядом есть водоем. Конструкция собирается из полимерных труб, которые после этого опускаются в центр водоема.

При расчете теплового насоса может случиться так, что его мощности не хватит. В таком случае есть системы, которые называются бивалентными. Другими словами, тепловая установка устанавливается параллельно с электрическим котлом, к примеру, выполняет в этом случае функцию дополнительного отопления.

Устройство из кондиционера

Собрать можно тепловой насос из кондиционера своими руками. Однако здесь стоит заметить, что для этого потребуется помощь хорошего мастера по ремонту бытовой техники, если у хозяина таких навыков не имеется. В целом же стоит сказать, что собрать такую конструкцию своими силами достаточно просто.

Детали для сборки

Как сделать тепловой насос из кондиционера? Стоит отметить, что принцип здесь примерно тот же. Только потребуется брать компрессор не от старого холодильника, а от кондиционера. Также стоит проверить, с каким хладагентом он работает, чтобы потом заправлять систему. Далее, как и в предыдущем случае, потребуются две медные трубы с разным диаметром и толщиной стенки от 1 мм. Одна из них должна быть 12 м и будет использоваться для змеевика, а вторая 10 м - для испарителя. Потребуется терморегулирующий вентиль. Для изготовления змеевика потребуется достаточно толстая труба.

Процесс сборки ничем не отличается от того, что был описан ранее, с компрессором от холодильника. Монтаж также осуществляется в зависимости от того, какой вид источника был выбран. Как показывает практика, такие самодельные системы отличаются мощностью в 2,6-2,8 кВт. Конечно, такая система не слишком мощная. К примеру, при температуре на улице в -5 градусов по Цельсию такой насос сможет поддерживать температуру в помещении 60 м² до +17 градусов по Цельсию.

Расчет параметров системы

Расчет теплового насоса проводится либо при помощи онлайн-кулькулятора, либо при помощи специалистов. Можно воспользоваться формулой:

R = (k × V × T)/860.

В данной формуле R – мощность, необходимая для обогрева помещения; k – коэффициент для учета тепловых потерь зданием (1 – качественно утепленное помещение, 4 – дощатый барак); V – общий объем помещения, подлежащего отоплению; T – наибольший перепад температур внешнего мира и внутридомового пространства; 860 – коэффициент перевода результата расчета в кВт из ккал.

Потребители тепловой энергии

После того была собрана какая-либо модель теплового насоса, необходимо подключить его к какому-либо потребителю. Так как мощность данной системы не слишком высокая, то следует подключать его к специализированным системам отопления, к примеру, обогревателю. Отличным вариантом будет подсоединить такое устройство к теплому полу. Возможен вариант соединения с низкоинерционными радиаторами из алюминия или же стали с большой площадью излучения.

Уместно будет сказать, что самодельные варианты также лучше всего подходят только в качестве дополнительного источника отопления. Полностью обеспечить обогрев дома при помощи самоделки не получится, или же температура будет небольшой. Самостоятельно с этой задачей сможет справиться лишь промышленная установка. Кроме того, широкое распространение таких установок произошло благодаря тому, что они экологичны на 100 %. Переход на такие системы отопления значительно скажется на улучшении экологии.