Тепловой насос - штука интересная, но дорогая. Примерная стоимость оборудования + устройства внешнего контура от 300$ до 1000$ за 1 кВт мощности. Зная «рукастость» российского люда, легко предположить, что уже не один тепловой насос, сделанный своими руками, работает на просторах нашей необъятной и разноклиматической родины. Чаще всего встречаются самодельные аппараты, которые изготовили «холодильщики». И это понятно, ведь тепловой насос и морозильная камера работают по одному и тому же принципу, просто система тепловых установок ориентирована на сбор тепла, а не на его отведение, и компрессор используется большей мощности.

Что может стать источником тепла для теплового насоса

Тепло для обогрева помещения можно отбирать у воздуха на улице. Но тут неминуемо возникнут сложности при эксплуатации: слишком велики колебания температуры даже среднесуточные, не говоря уже о том, что нормальную эффективность тепловой насос показывает при температуре выше 0 o C. А как много регионов у нас имеют зимой такую картину? Весной, да и то не ранней, и не на всей территории, и не постоянно.

Намного более приемлемым выглядит источник тепла, расположенный в воде. Если рядом есть речка, озеро или приличной глубины пруд - это просто здорово: можно трубопровод просто утопить. Важно только чтобы там рыбаки с донками не рыбачили.

Еще один неплохой вариант - колодец, однако есть вероятность, что упадет уровень воды и придется вам искать другой источник. Но пока все нормально, работать будет неплохо: средняя температура воды в подземных горизонтах 5-7 o C. Этого для работы теплового насоса более чем достаточно.

Вы будете, возможно, удивлены, но использовать можно и канализацию - там температуры выше, чем в колодцах. Трубопровод можно будет разместить в сточной яме или колодце, но при условии, что он будет покрыт водой постоянно. И трубу нужно будет выбрать химически стойкую.

Горизонтальный подземный коллектор - дело чрезвычайно трудоемкое: снять грунт придется с нескольких соток на глубину ниже точки промерзания. Это очень большие объемы, которые в одиночку или даже с помощником не осилить. И, как показала практика, в наших климатических условиях такие системы малоэффективны: слишком суровы зимы.

С вертикальными коллекторами дело не лучше - без бурильной техники обойтись вряд ли удастся. Количество и глубина скважин зависят от грунта: разброс возможного съема тепла с метра скважины очень большой. От 25 Вт/м в сухом щебенистом и песчаном грунте, до 80-85 Вт/м во влажных щебенистых и песчаных почвах или в граните. Соответственно и разница в длине скважин в 3 раза и выше.

Вот схема отопления дома тепловым насосом. При использовании, как в описываемом примере, двух скважин и при отсутствии замкнутого контура, расстояние между двумя колодцами должно быть не менее 20 метров. И нужно учесть направление потока, чтобы холодная вода от насоса не снижала температуру в «донорской» скважине

В описываемом примере самодельного теплового насоса, источник тепла - колодец с хорошей скоростью поступления воды. Вода прибывает настолько быстро, что покрывает расход на бытовые потребности и ее хватает для переноса нужного количества тепла (была рассчитана необходимая скорости подачи воды, и соответственно подобран насос). Но источником тепла для этой модификации может служить любой из описанных выше, кроме воздуха. Определившись с источником тепла, можно будет изготовить тепловой насос для отопления дома.

Тепловой насос вода-вода из компрессора кондиционера

Этот тепловой насос из кондиционера несложно изготовить своими руками, но вам понадобиться помощь хорошего мастера по ремонту холодильной техники. Для изготовления вам нужно приобрести:

Все эти составляющие с платой за работу холодильщика (за сборку и пайку, заливку фреона) составили примерно 600$. Плюс затраты личного времени на обустройство входного контура и сборку.

Теперь приступаем к изготовлению самого теплового насоса.

Уделите больше внимания виброизоляции и шумопоглощению: если устройство будет стоять в доме, они без дополнительных мер по их нейтрализации прилично действуют на нервы.

В описываемом примере воду качают из колодца, водоносный горизонт расположен на глубине 4 метров. Один насос поднимает ее и подает в тепловой насос, во вторую скважину вода сбрасывается. Но можно организовать и замкнутый контур, тогда нужно будет рассчитать мощность циркуляционного насоса.

Это после работы «холодильщика»

Из опыта эксплуатации сделанного своими руками теплового насоса

Как показала практика использования, производительность представленного варианта невелика: 2,6-2,8 кВт. Говорить о высокой эффективности данного теплового насоса не приходится: на площади 60 м 2 при -5 o C на улице, сам он поддерживает +17 o C. Но система считалась и монтировалась под котел - радиаторы, при входящей температуры +45 o C, больше выдать просто не могут. Система в доме работала старая и количество радиаторов не увеличено, но пока в холода догревались печкой.

Если в конструкцию добавить регенеративный теплообменник, это повысит эффективность на 10-15%. Учитывая то, что затраты невелики, можно делать. Понадобиться две медные трубки по 1,5 метра. Одна диаметром 22 мм, вторая - 10 мм. На более тонкую для увеличения площади теплообмена, наматывается 4-х жильный проводник (длина 3-4 метра, диаметр 4 мм), концы его припаиваются к трубке, чтобы не разматывались. Трубка с намотанной проволокой аккуратно вставляется в трубку большего диаметра. Ее нужно установить между компрессором и испарителем. Доработка незначительная, но довольно ощутимо повышает эффективность. Правда, при определенных условиях небезопасная: в компрессор может попасть теплый фреон, что приведет к выходу его из строя.

Второй вариант повышения эффективности, более безопасный и не менее эффективный — встроить дополнительный теплообменник для подогрева воды или гликоля.

На что обратить внимание, если вы решили делать тепловой насос своими руками. Есть несколько вещей, о которых узнать можно только на опыте:

• • Пусковые токи конкретно этой установки были очень даже приличными. Не всегда ресурсов сети хватало для запуска установки. Потому, если делать серьезную установку, лучше брать трехфазный компрессор, и подводить, соответственно, трехфазный ввод. Да, недешево, но для стабильного старта однофазного компрессора требуется электронный стабилизатор приличной мощности, что тоже дешевым не назовешь.
  • Тепловой насос на готовой радиаторной системе не даст нормальной температуры в помещении. Они рассчитаны на другую температуру теплоносителей, которую эти установки, тем более самодельные, дать в состоянии крайне редко. Потому или модернизируйте систему (добавив как минимум столько же секций радиаторов), или устанавливайте водяные полы.
  • Если в колодце есть три кольца воды, это не значит, что дебет у него большой. Нужно знать, сколько он в состоянии давать воды при постоянном ее отборе.

Итоги

Несомненно, стоимость теплового насоса из кондиционера в разы ниже готовых заводских вариантов, даже китайского производства. Но нюансов тут море: нужно позаботиться об источнике и количестве подаваемого тепла, правильно рассчитать длину теплообменников (змеевиков), установить автоматику, обеспечить гарантированное питание, и т.д. Но если вы в состоянии решит эти проблемы, то это, несомненно, выгодно. Позволим дать вам совет: в первый год очень желательно иметь резервное отопление, а испытания и пробный пуск, лучше проводить еще летом, чтобы было время на доработку агрегата до начала отопительного сезона.

В отличие от таких устройств альтернативной энергетики, как солнечная батарея и ветрогенератор, тепловой насос менее известен. И напрасно. Наиболее распространенная схема «грунт-вода» работает стабильно и не зависит от погоды или климатических особенностей. А изготовить его можно самостоятельно.

Немного теории

Использовать природное тепло земли для обогрева жилья проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая редкость.

И в то же время тепловая энергия есть везде — надо только ее извлечь и заставить работать. Для этого и служит тепловой насос. Что он делает:

• отбирает энергию у низкотемпературных природных источников;
• аккумулирует ее, то есть поднимает температуру до высоких значений;
• отдает ее теплоносителю системы отопления .

В принципе, используется стандартная схема компрессорного холодильника, но «наоборот». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

Второй контур — это и есть сам тепловой насос, внутри которого находится фреон. Цикл теплового насоса состоит из следующих этапов:

1. В испарителе фреон нагревается до температуры кипения. Она зависит от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при этом его температура растет (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из большого объема с низкой температурой переход в малый объем с высокой температурой.
3. Нагретый давлением газ поступает в конденсатор, в котором происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
4. После охлаждения фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока или терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде жидкости возвращается в испаритель.

Где лучше «отбирать» тепло

Принципиально есть три среды, из которых можно «отобрать» тепло:

1. Воздух. При нормальном давлении все типы фреонов закипают при отрицательных температурах (например, R22 — около -25 °C, R404 и R502 — около -30 °C). Но для циркуляции в системе надо создать избыточное давление уже на первой фазе — испарении. Те же 4 атмосферы в испарителе требуют, чтобы температура воздуха на улице была не ниже 0 °C для R22 и -5 °C для R404 и R502. В наших регионах этот тип теплового насоса можно использовать для отопления в межсезонье и для горячего водоснабжения в теплое время года.

2. Вода. Это более стабильный источник тепла, при условии, что водоем зимой не промерзает до дна. Но дом должен не просто находиться рядом с озером или рекой, а быть на первой линии.

3. Земля. Самый стабильный источник тепловой энергии. Можно использовать две схемы — горизонтальную и вертикальную. Горизонтальная кажется проще тем, что не требует бурения. Но придется проделать большой объем земляных работ по рытью системы траншей на глубину ниже уровня промерзания грунта (для средних широт он колеблется от 1 метра на западе европейской части страны и до 1,6-1,8 ближе к Уралу, в Сибири ситуация «еще хуже». Вертикальная схема более универсальна и эффективна, но требует бурения на значительную глубину. Хотя можно использовать несколько неглубоких скважин вместо одной глубокой.

Принципиальная схема

Сама схема теплового насоса несложная: испаритель — компрессор — конденсатор — дроссель — испаритель.

«Сердце» схемы — это компрессор. Можно купить новый, но дешевле подыскать б/у. Естественно, речь идет не о маломощных компрессорах бытовых холодильников, а о моделях, устанавливаемых в сплит-системах. Ориентироваться надо не на потребляемую мощность, а на мощность в режиме обогрева (которая выше чем в режиме охлаждения на 5-20%).

Выбирают модель компрессора по соотношению 1 кВт на 10 кв. метров отапливаемой площади.

Внимание! Может указываться мощность не только в кВт, но и в BTU (английская единица измерения тепловой энергии, принятая для климатической техники). Пересчет сделать просто — значение в BTU разделить на 3,4.

При расчете параметров теплонасоса, в том числе теплообменников, используют программное обеспечение, предназначенное для моделирования, расчетов и оптимизации систем охлаждения, например, CoolPack

Уже на стадии расчетов (а точнее, при задании «вводных») можно оптимизировать систему, выбрав оптимальные тепловые режимы.

Использование теплового насоса эффективно для низкотемпературных систем отопления, например, для теплых полов с температурой не выше 35-40 °C. Кстати, эта же температура рекомендована по медицинским требованиям для системы ГВС.

Для каждого типа фреона есть оптимальные температуры «входа» и «выхода», точнее, кипения и конденсации, но разница у всех них не более 45-50 °C.

Казалось бы, увеличение температуры на выходе теплового насоса даст положительный эффект, но это не так. Будет расти и разница температур, что приведет к снижению COP (коэффициента преобразования, или КПД тепловой машины). Кроме того, для этого потребуется использование более мощного компрессора и дополнительный расход электроэнергии.

Идеального COP достичь не получится (потери в компрессоре, расход электроэнергии, потери тепла при транспортировке внутри системы и т. п.), поэтому реальные значения обычно лежат в пределах от 3 до 5.

Есть еще один способ повышения эффективности — использование бивалентной схемы отопления.

В реальности работа системы отопления в полную мощность нужна лишь на протяжении 15-20% всего сезона. На это время можно использовать дополнительные отопительные устройства (например, керамический обогреватель или конвектор). Уменьшение расчетной тепловой мощности до 80% позволит сэкономить на компрессоре, уменьшить глубину скважины или длину труб горизонтальной схемы, снизить расход электроэнергии на обслуживание самого теплового насоса.

От заданной номинальной мощности теплового насоса и COP зависит расчет горизонтального или вертикального грунтового теплообменника. В среднем с каждого метра «горизонта» снимают 20 Вт (при шаге укладки труб не менее 0,7 м), а с «вертикали» — 50 Вт. Но конкретные значения зависят от вида породы и ее влажности. Лучшие значения у грунтовых вод.

Интересно! Есть и другие грунтовые теплообменники — «спираль» или «корзина». По сути, это вертикальный зонд из трубы в виде спирали, что позволяет снизить глубину бурения.

После определения длины горизонтального контура или глубины вертикального зонда рассчитывают размеры испарителя и конденсатора.

Изготовление испарителя и конденсатора

Можно купить уже готовые теплообменники как для испарителя (под низкое давление), так и для конденсатора (с давлением до 25 бар). Но дешевле их изготовить из медной трубки для кондиционеров (которая предназначена именно для работы с хладагентами при высоком давлении) и подручных емкостей.

Важно! Сантехническая медная труба не такая «чистая» и гибкая. Ее хуже паять и вальцевать при монтаже.

Рассчитывают площадь поверхности теплообменника, которая прямо пропорциональна мощности тепловыделения и обратно пропорциональна разнице температур теплоносителей на входе и выходе каждого подключаемого контура (грунтового и системы отопления).

Зная диаметр трубы и площадь поверхности, определяют длину каждого змеевика для испарителя и конденсатора.

Емкость для конденсатора лучше сделать из нержавейки (температура входящих паров фреона может быть довольно высокая):

• взять готовый бак подходящей емкости (чтобы поместилась спираль из медной трубки);
• разместить в нем змеевик (вход вверху, выход внизу);
• вывести концы медной трубки для подключения к компрессору и ТРВ (пайкой или фланцем);
• сделать в баке врезку переходников для подключения труб системы отопления;
• заварить крышку.

Испаритель работает на более низких температурах, поэтому для него можно взять более дешевую пластиковую емкость, в которую врезают переходники для подключения к грунтовому контуру. Он также отличается от конденсатора расположением змеевика теплообменника — вход (жидкая фаза фреона от ТРВ) снизу, выход на компрессор сверху.

Монтаж схемы

После изготовления теплообменников производят сборку газогидравлической схемы:

• устанавливают по месту компрессор, конденсатор и испаритель;
• паяют или соединяют на фланец медные трубы;
• подключают испаритель к насосу грунтового контура;
• подключают конденсатор к системе отопления.

1 — циркуляционный насос грунтового контура; 2 — испаритель; 3 — выход грунтового контура; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — компрессор; 6 — к системе отопления; 7 — конденсатор; 8 — обратка системы отопления

Электрическая схема (компрессор, насос грунтового контура, аварийная автоматика) должна подключаться по выделенной цепи, которая обязана выдерживать довольно высокие пусковые токи.

Обязательно использовать автомат защиты, а также аварийное отключение от реле температуры: на выходе воды из конденсатора (при перегреве) и выходе рассола из испарителя (при переохлаждении).

Постоянно растущая стоимость энергоносителей заставляет владельцев частных домов искать новые способы экономии на отоплении. Другой причиной является то, что энергоисточники обычно расположены вне зоны доступа, а подключиться к ним физически невозможно. Вашему вниманию предлагается статья о том, как создаются тепловые насосы своими руками

Подобная технология появилась в стране относительно недавно, но популярность геотермального отопления (то есть, использования энергии земли) ввиду своей энергоэффективно сти растет достаточно быстро.

Состоит из нескольких элементов:

Сам насос по принципу работы напоминает холодильник, вот только тепловая энергия передается не в окружающее пространство, а в отопительную магистраль. Это происходит так:

• антифриз подается в коллектор, получает определенную порцию тепла и передает ее тепловому насосу;
• в испарителе хладагент поглощает это тепло, закипает и образует пар;
• в компрессоре пар сжимается и, следовательно, повышает температуру/давл ение;
• посредством конденсатора тепловая энергия поступает в домашнюю отопительную магистраль;
• цикл повторяется.

Важно! Как видим, тепловой насос не генерирует энергию, а лишь накапливает ее. Для получения 1 кВт он «тратит» в среднем 220 Вт. Довольно неплохой результат.

Видео – Насосы тепловые

Интересный факт

Тепловой насос способен не только обогревать, но и охлаждать помещение. Охлаждение осуществляется одним из двух способов.

Способ 1. Ввиду того что летом в недрах земли температура ниже, чем в здании, дом можно охлаждать естественным путем или, проще говоря, напрямую.

Способ 2. Второй способ есть не что иное, как кондиционировани е. Реверсивный тепловой насос позволяет регулировать движение хладагента. Тепло в доме передается этому хладагенту и выводится наружу.

Целесообразность и окупаемость

Сразу отметим, что покупка геотермального оборудования – удовольствие не из дешевых. Стоимость может колебаться в ту или иную сторону в зависимости от мощности, источника энергии или производителя, но, к примеру, тепловой насос средней мощности польского производства стоит порядка 337 000 рублей (без стоимости монтажа). Есть и более дорогие модели. При этом расчеты показывают, что эта сумма окупится максимум за 2 года, а если сделать устройство своими руками, то даже быстрее.

Технология изготовления теплового насоса

Обустройство геотермального отопления – процедура сложная, но за несколько недель ее можно выполнить. Для этого потребуется купить специальное оборудование и инструменты, но затраты на них все равно будут меньшими, чем 300 тысяч.

Этап 1. Выбор источника энергии

Об особенностях различных источников энергии речь пойдет в конце статьи. Главное, что нужно уяснить – все они должны находиться под землей. Потребуется бурение скважины или рытье траншеи на глубину, где перманентная температура в зимнее время не опускается ниже +5ᵒС. Есть и другие варианты (водоемы, к примеру), но принцип работы у каждого из них один.

Этап 2. Проведение расчетов

Требуемая мощность будет зависеть лишь от качества термоизоляции дома:

• для некачественно утепленного дома потребуется минимум 70 Вт/м²;
• для домов, отделанных современным утеплителем – 45 Вт/м²;
• для домов, которые утеплены с применением специальных технологий – всего 25 Вт/м².

При необходимости улучшается термоизоляция.

Этап 3. Необходимое оборудование

Все, что потребуется при создании теплового насоса , продается в специализированн ых магазинах. Сюда можно отнести:

• компрессор;
• терморегулирующи й клапан;
• конденсатор;
• испаритель.

Важно! Нежелательно использовать комплектующие от разных систем.

Помимо того, потребуется дополнительное оборудование, такое как:

• L-образные кронштейны;
• герметичный бак из «нержавейки»;
• болгарка;
• алюминиевые рейки;
• медные трубы разных диаметров, 3 шт.;
• пластиковый бак на 90 л;
• металлопластиков ые трубы.

Этап 4. Монтаж оборудования

Шаг 1. Компрессор должен быть бесшумным. Оптимальный вариант – использование компрессора от импортного кондиционера. Посредством L-образных кронштейнов длиной в 30 см он устанавливается на стене.

Шаг 2. Конденсатором послужит герметичный бак из «нержавейки» объемом минимум в 120 л. Бак разрезают на две части и помещают в него медный змеевик, в котором будет циркулировать антифриз. После этого резервуар сваривается обратно и в нем проделывается необходимое количество технических отверстий (обязательно резьбовых).

Шаг 3. В роли теплообменника выступает большая медная труба. Она наматывается на бак, а концы витков фиксируются рейками. Для вывода этих концов используются сантехнические переходы.

Шаг 4. Испаритель не будет подвергаться воздействию высоких температур, поэтому его можно сделать из обычной пластиковой бочки емкостью в 90-100 л. Испаритель также оборудуется медным змеевиком и крепится к стене L-образными кронштейнами. Для слива и подводки используются простые металлопластиков ые трубы.

Шаг 5. После сборки покупается терморегулирующи й клапан. Делать это раньше нежелательно, т. к. клапан должен быть совместимым с конструкцией.

Шаг 6. Для сварки готовых комплектующих и закачки фреона необходимо пригласить специалиста, ведь делать это самостоятельно минимум небезопасно. Кроме того, свежий опытный взгляд на самодельный насос может быть полезным.

Важно! Создавать такое оборудование без соответствующих навыков и знаний в области физики – дело рискованное. Если есть хоть малейшие сомнения в своей компетенции, то лучше отказаться от затеи. Поверхностного знакомства с конструкцией теплового насоса вряд ли хватит для собственноручног о изготовления устройства.

Этап 5. Сборка

После сборки остается подсоединить систему к заборному устройству. Особенности этой процедуры напрямую зависят от выбранной схемы геотермального отопления.

Такая схема может быть горизонтальной и вертикальной.

При вертикальном расположении коллектор представляет собой систему труб. Он помещается ниже уровня промерзания грунта – обычно это 1,5-2 м, но конкретная цифра зависит от климатических особенностей региона. Снимается верхний слой почвы, устанавливаются трубы, производится обратная засыпка.

Насосы горизонтального типа устанавливают в траншеях, при этом трубы размещают опять же ниже глубины промерзания.

Как можно судить из названия, насос получает тепло непосредственно из воздуха, поэтому земляные работы в данном случае не требуются. Необходимо лишь выбрать место для монтажа коллектора – на крыше здания или где-нибудь неподалеку – и подключить к отопительной магистрали.

При сборке коллектора используются ПНД-трубы, а саму процедуру монтажа проводят на суше. Затем коллектор наполняется жидкостью и помещается в ближайший водоем, при этом трубы должны размещаться в максимальной близости от центра.

Такой способ отопления позволяет существенно сэкономить на монтажных работах. Суть подобной схемы в следующем: мощность насоса определяется минимальным возможным температурным показателем, но подобный минимум стоит на улице недолго, следовательно, большую часть времени система использует свой потенциал лишь частично.

В таких случаях устанавливают тепловой насос меньшей мощности, чем того требуют климатические условия, но параллельно с ним подключают небольшой электрокотел. Выходит, что при сильных морозах можно дополнительно «подтапливать» дом. По карману это особо не ударит, зато позволит сэкономить на строительстве насоса.

Правила монтажа

Важно! Обрезку труб нужно проводить исключительно вальцовкой, ведь если в систему попадет даже мелкая стружка, то компрессор придет в непригодность через одну-две недели.

Иностранный опыт в геотермальном отоплении

Во многих развитых странах геотермальные тепловые насосы распространяются с рекордной скоростью – каждый год устанавливаются десятки и сотни тысяч приборов. Наибольшей популярностью такое отопление пользуется в Западной Европе, Китае и, конечно же, Америке.

В чем же причина невиданной популярности? Как ни странно, главная причина кроется отнюдь не в оригинальности технологии отопления как таковой, а в мощной поддержке государства – каждому человеку, установившему тепловой насос, возмещается определенная часть затрат.

Не так давно интерес к геотермальному отоплению появился и у жителей стран СНГ. Но информацию об оборудовании, равно как и о самой технологии в целом, изготовители доносят до потенциального клиента несколько искаженно. Возможно, потому, что ориентируются лишь на продажу новинки. Справедливости ради стоит заметить, что рост популярности, о котором говорилось в начале статьи, не настолько интенсивен, невзирая даже на тщательно продуманные ходы маркетологов.

Словом, тепловые насосы – действительно полезная вещь, пусть и малоизвестная. Несмотря на достаточно высокую стоимость (даже при собственноручном изготовлении), оборудование окупит себя максимум за два года.

Видео – Изготовление теплового насоса

Тепловые насосы позволяют забирать рассеянную энергию из окружающей природы: воздуха, воды и земли, аккумулировать и направлять ее на отопление дома. Энергию также используют на нагрев воды для мытья или кондиционирование воздуха в помещениях. Это дает возможность экономить средства, уменьшая расход традиционных источников тепла: электричества, газа, дров. В статье мы расскажем, как сделать тепловой насос своими руками.

Что такое геотермальный насос

Для начала нужно понять, что такое геотермальный насос, и по какому принципу работает, ведь именно он является сердцем всего описываемого нами устройства.

Ни для кого не секрет, что в толще земли всегда поддерживается плюсовая температура. В таком же состоянии находится и вода подо льдом. В этой, относительно теплой среде, размещается замкнутый трубопровод с жидкостью.

Схема работы у тепловых насосов достаточно проста и основана на обратном принципе Карно:

1. Теплоноситель, продвигаясь по внешнему контуру, нагревается от выбранного источника и попадает в испаритель.
2. Там он обменивается энергией с хладагентом (обычно это фреон).
3. Фреон закипает, переходит в газообразное состояние и сжимается компрессором.
4. Горячий газ (он нагревается в пределах 35–65 o C) поступает в другой теплообменник, в котором отдает свое тепло системе отопления или горячего водоснабжения дома.
5. Остывший хладагент снова становится жидким и возвращается на новый круг.

Насос из холодильника

Основной частью системы является компрессор. Его лучше купить готовым в магазине или использовать имеющийся от холодильника или кондиционера. Все остальные компоненты – испаритель, конденсатор, трубопровод – под силу собрать самому. Энергию такой аппарат будет потреблять только на сжатие и перенос тепла, вырабатывая при этом в 5 раз больше.

Используя старый компрессор, нужно рассчитывать на то, что его срок службы может быть недолгим, а мощность системы снизится. Кроме того, мощности изношенного компрессора может не хвать для полноценной работы системы.

Некоторые умельцы пошли дальше и сделали тепловой насос из холодильника, поместив внутри него радиаторы, подогреваемые теплом земли. Внутри постоянно поддерживается плюсовая температура, которая заставляет холодильник постоянно работать, нагревая радиатор, находящимся сзади него. Используя родной радиатор, делают из него теплообменник (или изготавливают самодельный), отбирают выделяемое им тепло.

Эффективность работы такого теплового насоса подходит больше для демонстрации работы устройства, так как его КПД очень низкое. Кроме того, холодильник не рассчитан на такой режим работы и может быстро выйти из строя.

Виды тепловых насосов

Различают три типа насосов, в зависимости от источника получения тепла:

«почва-вода»

«вода-вода»

«воздух-вода»

Установка вида «почва-вода» использует теплоту недр. Температура земли на горизонтах более 20 м остается неизменной всегда, поэтому и насос может круглогодично вырабатывать нужную энергию. Вариантов монтажа два:

• вертикальная шахта;
• горизонтальный коллектор.

В первом случае бурится скважина глубиной около 50–100 м и в нее помещаются трубы с циркулирующим теплоносителем – особой незамерзающей жидкостью.

На глубине 5 м прокладывают коллекторы, по которым также движется теплоноситель. Для обогрева дома площадью 150 м 2 необходим участок не меньше 250 м 2 , причем применять его под сельскохозяйственные посадки нельзя. Допустимо только устройство декоративного газона и клумбы.

Насос «вода-вода» использует энергию воды из озер, колодцев или скважин. Некоторым удается извлекать тепло даже из стоков. Главное – чтобы не забивался фильтр и не разрушался металл.

Этот тип обычно показывает самый высокий КПД, но установить его удается не на каждом загородном участке, а на эксплуатацию грунтовых вод нужно получать разрешение. Подобные устройства больше характерны для промышленных производств.

Конструкция «воздух-вода» менее эффективна по сравнению с первыми двумя, поскольку выработка зимой значительно снижается. С другой стороны, при ее монтаже не надо ничего бурить или копать. Установка просто крепится на крыше дома.

Как уже говорилось, компрессор предпочтительнее купить готовый. Пригодна любая модель, применяемая в кондиционерах.

Все остальные составляющие собираем самостоятельно:

1. В качестве корпуса конденсатора берется нержавеющий бак емкостью около 100 л. Его разрезают пополам и внутри монтируют змеевик из медной трубки толщиной стенки не меньше 1 мм. В оболочку впаиваются резьбовые соединения для подключения к контуру. После этого части бака можно сваривать.
2. Для испарителя отлично подойдет полиэтиленовая бутыль объемом 80 л или отрезок трубы. В нее также вставляется змеевик и подводятся входы и выходы воды. Теплоносители изолируются от внешней среды поролоновой «шубой».
3. Теперь необходимо поставить всю систему, спаять трубки и залить хладагент. Количество фреона очень важно для правильной работы насоса, этот расчет лучше поручить инженеру по теплотехнике. Он же сможет окончательно подключить установку и настроить компрессор.
4. Осталось только присоединить наружный контур. Его сборка будет зависеть от типа насоса.

Вертикальная установка «почва-вода» требует скважины, в нее опускается геотермальный зонд.

Для горизонтального аппарата собирается коллектор и закапывается в землю на глубине, исключающей промерзание.

В системе «вода-вода» контур состоит из сети пластиковых труб, по которым будет протекать теплоноситель. Затем все это надо закрепить в водоеме на необходимой глубине.

Коллектор насоса «воздух-вода» выполняется также и монтируется на крыше дома или поблизости от него.

Для стабильной работы и защиты от поломки машину желательно дополнить возможностью ручного запуска компрессора на случай внезапного отключения электричества. Стоимость подобной установки достаточно высока. Еще дороже стоит заводской насос. Однако практика показывает, что приобретение окупается за несколько лет эксплуатации.

Видео

На просторах интернета в целом, и в YouTube в частности можно найти описание различных видов самодельных тепловых насосов. Не может не радовать, что несмотря на наличие промышленных высокоэффективных образцов, интерес людей к самостоятельной сборке тепловых насосов не угасает.

Возможно причина тому, наследие со времен Советского Союза воспитанное такими журналами как "Mоделист-конструктор", "Юный техник" и др. Возможно также высокие цены на тепловые насосы , отсутствие государственных субсидий и компенсаций затрат на внедрение экологичных энергосберегающих решений которые применяются для развития альтернативного отопления в Европе. Также, возможно причина к стремлению сделать тепловой насос своими руками,- это неточные подсчеты. Часто, когда человек увлеченно занимается сборкой теплового насоса, и несет небольшие расходы в больших количествах, он забывает отследить себестоимость сборки и подключения теплового насоса в целом под ключ. Реальность заключается в том, что при промышленной сборке в том виде, который задумывается воплотить в самоделке, себестоимость будет всегда дешевле, если не использовать бесплатные комплектующие, которые шли в мусорное ведро, но им дали вторую жизнь. Какова бы ни была мотивация человека (любознательность или материальная мотивация), собирающего тепловой насос своими руками в любом случае это хороший опыт, который влечет за собой развитие темы тепловых насосов в России в целом.

Одним из наиболее распространенных способов использование низкопотенциального тепла в самостоятельно изготовленных тепловых насосах. Это различные схемы на "перелив воды" . Вода берется из скважины или водоемов или другого источника низкопотенциального тепла, и скачивается или переливается в другую емкость, при этом, с помощью установленного по пути ее движения теплообменника, в котором кипит фреон, отбирается тепло с низкой температурой, для его последующего преобразования в высокотемпературный нагрев (при помощи обратного холодильника т.е. теплового насоса). В этой схеме есть как свои плюсы так и минусы. Плюсом может служить то, что при наличии хорошего водоносного слоя и дебита скважины нет необходимости делать длинный геотермальный контур теплосборника, а можно обойтись лишь двумя скважинами, одну из которых в любом случае нужно делать для водоснабжения дома. Вторым плюсом схем на перелив является то, что при наличии хорошего дебита воды в скважинах мощность теплового насоса, установленного по этой схеме фактически не ограничена. Вода перемешивается в водоносном слое под землей и вступает в теплообмен с фактически неограниченным объемом грунта и воды. Там где нужно было бы перекопать многие кубометры грунта размещая горизонтальные теплосборники или пробурить также километровые вертикальные геотермальные зонды, там достаточно всего лишь 2-х труб для забора из слива воды соответственно. В целом на этом основные преимущества данной схемой заканчивается.

• Главным недостатком является надежность, которая прежде всего зависит от качества и физических свойств воды как теплоносителя. Если в схеме используются пластинчатые теплообменники, то они будут нуждаться в обязательном техническом обслуживании. На пластинах могут осаждаться загрязнения: известковый налет что будет блокировать теплосъем, увеличивать температурное сопротивление, уменьшать эффективность всего теплового насоса в целом и привести к его поломке. Кожухотрубные испарители или самодельные теплообменники конструкции типа "труба в трубе" более неприхотливые к загрязнениям и могут выдержать даже небольшое обмораживание. При сравнимый эффективности и мощности обходятся существенно дороже пластинчатых теплообменников.
• 2-й недостаток данной системы, это большие энергозатраты на перекачку воды. Безусловно вода является одной из самой теплоемкой жидкостью на Земле. Однако теплообмен с водой при низких температурах ограничен фазовым переходом воды в твердое состояние. А также аномалией воды (когда в твердом состоянии вода занимает больший объем, чем при жидком состоянии), что сопровождается разрывом труб и повреждением теплообменной аппаратуры. Для решения этих проблем нужно устанавливать дополнительные датчики протока, а также специальную защитную автоматику. Один куб/час прокаченной воды, остуженной на 1°С позволяет извлечь порядка 1,16кВт*час тепла.
• 3-е,- это меньшая экологичность по сравнению с другими альтернативными источниками низкопотенциальной энергии, это прежде всего в сравнении с ДХ-геотермальным контуром или гликолевым контуром с промежуточным теплоносителем в различных вариантах. Это связано с возможным загрязнением воды при соприкосновении с воздухом в открытых системах, после чего вода сливается под землю не фильтруясь через многометровый слой песка и грунта. Конечно можно сделать надежное оборудование исключающие все возможные загрязнения водоносного слоя. Однако есть риски все же остаются.

Самодельный тепловой насос показанный на видео берёт низкопотенциальное тепло подземных вод при помощи самодельного теплообменника "труба в трубе" длиной порядка 20 м. Тепловая мощность является сильно завышенной для места установки. Поэтому проверить, как будет работать этот тепловой насос при стопроцентной загруженной мощности в течение 3 дней или недели не было никакой возможности. Проверка работы данного теплового насоса проходила при температуре на улице близкой -30°С, но в доме был дополнительный источник нагрева (газовый котел).

Температура воды в скважине при столь низких температурах на улице была +8..+9°С градусов тепла. Циркуляционные насосы (второй был поставлен на всякий запасной случай) по 50 Вт потребления каждый. Две скважины в данном случае являются сообщающимися сосудами. Но вся система при таком решении должна находиться под вакуумом. Иначе вода "упадет" в скважину под собственным весом, что является недостатком такого рода решения, так как при потере вакуума исчезает проток и возникает риск замораживания и поломки системы. Более того под своим собственным весом равным около 10 метров водного столба, вода закипает и разрывается, соответственно применимо такое решение только в индивидуальных случаях, где воду можно поднимать поверхностными водяными насосами.

Комната порядка 40 квадратных метров площади, в которой установлен внутренний блок разогревалась до 30 градусов тепла в течение 30 минут. При работе теплового насоса в режиме кондиционирования июльской жаре 2011 года (около 30 градусов) комната остывала до 20 градусов менее чем за 30 минут...