Тепловий насос своїми руками для опалення будинку

Підвищення ефективності системи опалення будинку є однією з головних завдань його господаря, оскільки витрати по цій статті в російських кліматичних умовах досить значні. Тому завдання використання енергії навколишнього простору для опалення вельми цікава, постійно розвивається і залишається предметом уваги, особливо в співтоваристві «самоделкиных». Зібрати тепловий насос своїми руками цілком доступно підготовленій людині, оскільки особливих складнощів ця робота не представляє, і необхідності у виготовленні деталей складної конфігурації.

Зміст статті:

  • Принцип дії пристрою
  • Розрахунок параметрів системи
  • Склад обладнання
    • Зовнішній контур
    • Випарник
    • Компресор
    • Конденсатор
    • Дроселі
  • Теплові насоси Френетта
    • Висновок

Принцип дії пристрою

Він заснований на зборі тепла з навколишнього простору і використанні його для системи опалення будинку з метою зменшення витрат на цю функцію. Апарати такого типу є у багатьох будинках, це холодильники, спліт – системи та кондиціонери. Деякі з них мають подвійне призначення, виконуючи по вибору користувача або опалення або охолодження приміщень в залежності від потреби.

Теоретичною основою таких машин є зворотний цикл Карно. Але, не вникаючи в подробиці, просто опишемо процес роботи такого пристрою.

Рис.1. Принципова схема роботи теплового насоса в мережі опалення

Робочим тілом у таких пристроях, як і в холодильниках, є фреон або аміак, який нагнітається компресором в нагрівальний контур. При цьому тиск усередині системи різко підвищується, оскільки вихід теплоносія перекритий дроселем. Отриманим зігрівається теплом теплоносій в системі опалювання будинку, як правило, температура досягає рівня 64 o с. Гарячий потік доповнює циркулюючий в основний опалювальної мережі, знижуючи споживання палива. При певному тиску дросель відкривається, і робоче тіло вступає у камеру випарника. При цьому його температура знижується. Додаткове тепло виходить з регістра збору тепла. Далі цикл повторюється, як і в пристрої холодильника.

Розрахунок параметрів системи

Потужність, яку зажадає саморобний тепловий насос, можна розрахувати співвідношення:

R = (k * v * T)/860, де

R – потужність, необхідна для обігріву приміщення

k – коефіцієнт для врахування теплових втрат приміщенням (1 – якісно утеплене приміщення, 4 – дощатий барак);

v – загальний об’єм приміщення, що підлягає опалення;

T – найбільший перепад температур зовнішнього світу і внутрішньобудинкового простору;

860 – коефіцієнт переведення результату розрахунку в кВт з ккал.

В якості прикладу наведемо розрахунок для дому 200 квадратних метрів з висотою стель 2,8 метра:

R = 1 * 200*2,8 * (22 — -25)/860 = 560 * 47 /860 = 30,6 кВт.

Доцільно використовувати теплонасос з запасом потужності 10 – 12%, тобто близько 35 кВт.

Потрібно звернути увагу на такий показник, як різниця зовнішньої і внутрішньої температур. Якщо брати підігріте повітря з навколишнього простору з температурою близько 7оС, показник різниці складе (22 – 7) 15 градусів, а потужність теплового насоса складе 9,8 кВт. Порівняйте два цих показника і відчуйте різницю при використанні тепла навколишнього простору.

Склад обладнання

Зовнішній контур

Для зовнішнього контуру агрегату опалення будинку знадобляться труби. Найбільшою теплопровідність мають вироби з металу (але не з нержавіючої сталі), тому для системи збору тепла краще застосовувати їх.

Рис.2. Збір тепла в землі з використанням свердловини для саморобного теплонасоса

На рис.2 показаний геотермальний тепловий насос своїми руками з використанням деталей старого кондиціонера і холодильника. Глибина свердловини для збору тепла геотермальних вод становить близько 60 – 120 метрів. На наведеній схемі не показана обсадна труба, однак її застосування обов’язково, оскільки обсадка захищає стінки свердловини від руйнування. Регістр збору зовнішнього тепла повинен знаходитися всередині обсадної труби.

Рис.3. Поверхневий збір зовнішнього тепла

Збір просторової енергії для опалення будинку може здійснюватися не тільки через глибинну свердловину, але і з використанням горизонтальної системи труб, заглиблених не менш, ніж на величину промерзання грунту.

Достатній результат дає збір тепла з водойми, оскільки на дні температура води завжди становить 4 градуси тепла, оскільки саме в такому стані вона має найбільшу щільність. Привабливою стороною є значно менший обсяг земляних робіт.

Використовуються для збору тепла і системи, що нагріваються під впливом сонця. Такі блоки встановлюються найчастіше на даху будинку і призначаються для нагріву води або повітря. Вони істотно підвищують температуру у випарнику теплового насоса, підвищуючи ефективність системи опалення будинку.

Рис.4. Використання геліоколектора в системі обігріву будівлі теплонасосом

Випарник

Цей вузол представляє собою ємність, у якій розташовується теплообмінник, що несе в собі носій тепла, зібраного зовнішнім контуром. Конструктивне рішення цієї деталі може бути різним, але найчастіше його виконують з мідних труб.

Рис. 5. Форма теплоэлемента випарника повинна забезпечувати максимальний контакт з холодоагентом

Виготовляючи тепловий насос своїми руками, часто використовують придатні для експлуатації вузли і деталі з старого холодильника або кондиціонера, а також вийшла з ладу спліт – системи.

Компресор

На саморобних теплонасосах найчастіше застосовують компресори з наявної старої техніки. Коли система агрегату зібрана і випробувана, можна подумати про заміну компресора з старого холодильника на інший, більш або менш потужний. Вибираючи компресор, найкраще звернути увагу на вузли з спліт – систем, відрізняються підвищеною потужністю і надійністю. Сучасні агрегати, як правило, оснащуються блоками автоматичного управління і регулювання, що значно спрощує керування цими агрегатами.

Рис.6. Компресор теплового насоса

Конденсатор

До вибору цього елемента системи потрібно підійти особливо ретельно, оскільки він являє собою посудина, що працює під тиском. Переважно використовувати старий газовий балон. Його доведеться розрізати, щоб помістити туди теплообмінник, а потім знову зварити.

Дроселі

У теплонасосах це пристрої для скидання тиску з конденсатора у випарник. Деталь легко знайти в магазинах або майстерень з ремонту бутової техніки, оскільки вони дуже довговічні в роботі.

Рис.7. Дросель для теплонасоса

Теплові насоси Френетта

Ці пристрої надзвичайно прості та ефективні. Проте для їх виготовлення важлива точність виконання кожної деталі і ретельне балансування всієї системи ротора.

Рис.8. Схема теплового насоса Френетта

При роботі такого теплонасосу нагрівається масло, і передача тепла в систему опалення будинку проводиться через радіатор. Можливі вертикальні і горизонтальні схеми пристрою.

Тепловий насос френетта своїми руками для опалення будинку можна виготовити, тільки маючи доступ до металообробного обладнання і хорошу слюсарну підготовку.

Рис.9. Варіант виконання саморобного теплонасоса

Висновок

Використання енергії навколишнього простору заслуговує уваги, дозволяючи скоротити витрати на опалення будинку. При використанні теплоти геотермальних вод або ґрунтового підігріву повітря швидко не окупиться у зв’язку з великими трудовими і фінансовими витратами, однак економічність процесу не піддається сумнівам.

Крім того, є можливість використовувати теплонасоси як спліт – системи, підвищуючи комфортність проживання, а застосування блоку автоматичного керування полегшить керування пристроєм.