Как сделать тепловой насос

Людям, переезжающим жить за город, приходится решать вопрос с обогревом своего дома. Газопровод есть не везде, а устанавливать электрическое отопление очень дорого. Кроме того, в дачных посёлках часто бывают проблемы и перебои с электричеством. Установка теплонасоса может стать выходом из этой ситуации. Промышленность производит оборудование разного типа, вдобавок, можно изготовить тепловой насос своими руками.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Тепловым насосом называют не отдельно взятый прибор, а установку, состоящую из следующих компонентов:

  • Циркуляционного насоса;
  • Испарителя;
  • Компрессора;
  • Конденсатора;
  • Других коммуникаций в зависимости от типа установки.

Все элементы соединены в цепь при помощи трубопровода. Задачами системы являются сбор энергии, выделение тепла и перенос его к месту потребления. Примерами работы простейшего теплового насоса являются холодильник, кондиционер или сплит-система. Испаритель и конденсатор выполняют роль теплообменников.

Устройство теплонасоса
Разобравшись в принципе работы теплонасоса, не составит труда сделать такое устройство самостоятельно

Теплонасосные установки можно классифицировать по источнику и носителю тепла.

Виды устройств различают по двум признакам. Первый из них – среда, которая является источником энергии, второй – носитель, которому энергия передаётся, и который непосредственно обеспечивает обогрев жилища. Выделяют следующие типы систем:

  • Воздух – воздух;
  • Воздух – вода;
  • Вода – вода;
  • Земля – вода;
  • Земля – воздух.

Насос приводится в действие электрическим током, дизельным генератором или работает от солнечной батареи. Теплоноситель (вода или воздух) циркулирует по трубкам, проходит через испаритель и отдаёт тепло хладагенту. Происходит переход хладагента из жидкого в газообразное состояние. Компрессор сжимает газ с повышением температуры. В конденсаторе происходит выделение энергии и нагревание теплоносителя. Далее вещество, нагретое до высокой температуры, поступает в систему отопления дома. Выходит теплоноситель уже охлаждённым, цикл повторяется. Таким образом, затраты электроэнергии (либо другого источника энергии) идут только на работу циркуляционного насоса и теплового прибора. Обогрев дома происходит не электричеством, а теплом природного накопителя энергии.

Источники низкопотенциальной энергии

К источникам низкопотенциальной энергии относят грунт, воду и воздух. Эти ресурсы возобновляемы, не расходуются в процессе работы насоса, поэтому неисчерпаемы. Их используют для отопления жилых зданий, обогрева пешеходных дорожек и стадионов, обеспечения горячего водоснабжения.

Использование природных водоёмов

Даже зимой природные источники не замерзают полностью. На определённой глубине сохраняется температура воды выше нуля. Это свойство рек, озёр и морей применяют для обогрева помещений при помощи теплонасосных установок типа вода – вода и вода – воздух. Примерная глубина установки элементов системы:

  • В северных регионах – 3 метра;
  • В южных регионах – 1 метр.

Для эффективного использования ресурса водоём должен находиться на расстоянии не более пятидесяти метров от объекта, который нужно отапливать. Если расстояние больше, то возникают дополнительные затраты. На установку трубопровода уйдёт больше материала, да и работы по выкапыванию траншей тоже прибавится. И это при условии, что дом от водоёма отделяет только неиспользуемая земля. А вот если озеро находится непосредственно у жилища, то использовать его выгодно. Прокладка трубопровода в воде не является слишком трудоёмкой и затратной.

Это важно! Глубина водоёма должна оставаться стабильной, без перепадов в течение всего периода использования.

Тепловая система в водоёме
Обустройство тепловой системы с использованием водоёма, находящегося рядом с домом

Перед установкой теплового насоса берут пробу воды из водоёма для исследования её в лаборатории. Необходимо определить:

  1. Жёсткость воды и содержание отдельных микроэлементов. Опираясь на данные показатели, выбирают модель оборудования. Если тепловой насос подобрать неправильно, то оборудование быстро выйдет из строя из-за коррозии.
  2. Степень загрязнения воды. Для успешного функционирования системы устанавливают фильтры. При высокой степени загрязнения стоит подсчитать экономическую выгоду, так как система очистки будет стоить дорого.

Энергия грунтов

Земля обладает способностью накапливать солнечное тепло, а также получать энергию от земного ядра. Фактически грунт является неиссякаемым источником тепла. Тепловой насос типа грунт – вода и грунт – воздух нормально функционирует при температуре земли от +5 до +10° С. Чем ниже температура грунта, тем более мощное оборудование нужно использовать. Конструкция теплообменного контура может быть горизонтальной или вертикальной. Площадь, которую он занимает, также напрямую зависит от температуры земли. Ветви трубопровода укладывают на расстоянии одного (максимум 1,5) метров друг от друга.

Трубы под землёй.
Схема проведения тепловой системы в грунте в помощь умельцам

Для использования данного источника тепла нужно выделить большую площадь. Эта территория не пригодна для посадки растений, так как они будут вымерзать. Трудности представляют монтаж системы и поиск специалиста, который справится с работой.

Это важно! Теплоотдача грунта зависит от его вида. Меньше всего тепла можно получить из песка. Наибольшей теплоотдачей обладают гранит и известняк. Обычный грунт считается средним по способности выделять энергию.

При вертикальном расположении системы для обогревания дома в 200 м² потребуется пробурить примерно десять скважин глубиной 30 м (при средних показателях теплоотдачи) и диаметром 15 см. Для горизонтальной установки при тех же исходных данных придётся уложить около 500 метров трубопровода.

Трудности монтажа и материальные затраты компенсируются:

  • Сроком эксплуатации теплонасоса, который составляет 50 – 70 лет;
  • Экономией денежных средств на оплату газового отопления.

Тепло из скважин

Грунтовую воду из скважины для обогрева жилья используют редко из-за сложности монтажа. Система должна состоять из двух скважин. Из одной отбирается вода для получения тепла. Во вторую сбрасывается пропущенная через систему отопления жидкость. Расстояние между скважинами должно быть не менее 15 метров.

Перед установкой теплонасоса определяют направление течения грунтовых вод. Сливая скважина должна располагаться ниже по течению. Кроме того, необходимо обеспечить фильтрацию воды от механических и химических примесей.

Тепловая энергия воздуха

Тепловой насос, использующий энергию воздуха, наиболее прост по конструкции. Трубопровод не требуется, так как воздух поступает к испарителю прямо из окружающей среды. Тепло передаётся хладагенту и далее теплоносителю в помещение. Теплоносителями могут быть воздух (через вентилятор доводчика) и вода (в радиаторах отопления и тёплом полу).

Теплонасос типа воздух – воздух работает по принципу кондиционера с некоторыми отличиями:

  • Система функционирует при отрицательной температуре;
  • Тепловой насос может быть единственным источником тепла в доме;
  • Экономичность в сравнении со стандартными кондиционерами, которые работают не только на охлаждение, но и на обогрев.

Теплонасос типа воздух – воздух
Конструкцию теплонасоса, использующего энергию воздуха, воплотить в жизнь совсем несложно

Плюсы и минусы

К преимуществам применения теплонасоса можно отнести:

  1. Возможность применения в отдалённых посёлках, где нет газопровода.
  2. Экономичное расходование электроэнергии только на работу самого насоса. Затраты значительно ниже, чем при использовании электроприборов для отопления помещения. Тепловой насос потребляет энергии не больше, чем бытовой холодильник.
  3. Способность использования в качестве источника энергии дизельного генератора и солнечных батарей. То есть при аварийном отключении электроэнергии обогрев дома не прекратится.
  4. Автономность системы, в которую не нужно доливать воду и контролировать работу.
  5. Экологичность установки. В процессе работы насоса не образуются газы, и нет выбросов в атмосферу.
  6. Безопасность работы. Система не перегревается.
  7. Универсальность. Можно установить теплонасос, работающий на нагрев и охлаждение.
  8. Долговечность эксплуатации. Компрессор требует замены один раз в 15 – 20 лет.
  9. Освобождение помещения, которое предназначалось под котельную. Кроме того, нет необходимости приобретать и хранить твёрдое топливо.

Недостатки тепловых насосов:

  1. Установка стоит дорого, хотя и окупается в течение пяти лет;
  2. В северных районах понадобится использование дополнительных отопительных приборов;
  3. Грунтовая установка хоть и незначительно, но нарушает экосистему участка: использовать территорию для сада или огорода не получится, она будет пустовать.

Тепловой насос своими руками

Для самостоятельной сборки теплового насоса выбирают наиболее простые схемы с минимальным использованием дорогих деталей. Прежде чем принять решение изготовить прибор самостоятельно, нужно позаботиться об утеплении дома. Если жилище будет быстро охлаждаться, то тепловой насос не сможет его обогреть.

Из холодильника

Прибор, собранный из старого холодильника, может служить дополнительным источником тепла в помещении или обслуживать тёплый пол, а также обогреет небольшую комнату.

Перед началом работы выбирают схему будущей конструкции и определяются с источником энергии. Обычно его выбирают под землёй или в водоёме, решают по поводу вертикального или горизонтального размещения.

Теплонасос из холодильника
Конструкция тепловой системы из холодильника отличается простотой и доступностью

После выбора схемы делают чертёж. На нём обязательно рассчитывают и обозначают размеры, исходя из индивидуальных данных жилья и подворья.

Чертёж тепловой системы
Пример чертежа для самостоятельного изготовления тепловой системы из холодильника

Помимо самого бытового прибора, нужно будет приобрести следующие детали:

  • Циркуляционный насос;
  • Кронштейны L-образной формы длиной 30 см;
  • Бак из нержавеющей стали на сто или сто двадцать литров;
  • Пластиковую и металлическую ёмкости на 100 литров;
  • Металлопластиковые и медные трубы различного диаметра.

Основная часть холодильника, необходимая для сборки насоса – компрессор. Деталь должна быть в рабочем состоянии.

Инструменты, необходимые для сборки:

  • Сварочный аппарат;
  • Болгарка;
  • Набор слесарных инструментов.

После подготовки материалов и инструментов крепят компрессор к стене на кронштейны. Затем приступают к сборке узлов насоса:

  1. Изготавливают конденсатор. Разрезают пополам болгаркой подготовленную металлическую ёмкость. В одну из частей устанавливают медный змеевик. Затем половины соединяют при помощи сварочного аппарата. В получившейся ёмкости просверливают резьбовые отверстия для дальнейшего соединения цепи приборов.
  2. Делают теплообменник. На бак из нержавеющей стали накручивают медную трубу. Оба её конца закрепляют рейками и присоединяют к ним сантехнические переходы
  3. Собирают испаритель. Устанавливают змеевик в пластиковую ёмкость. Пластик подходит, так как эта деталь не перегревается.
  4. Полученный испаритель крепят кронштейнами к стене.

После подготовки узлов собирают установку и монтируют терморегулирующий клапан. В систему закачивают хладогент и подключают к источнику энергии.

Холодильник с трубами
Не спешите выбрасывать старый холодильник: в умелых руках он сможет обрести «вторую жизнь»

Трубы системы располагают ниже уровня промерзания почвы либо в водоёме, также на соответствующей глубине. Есть примеры, когда хозяин устанавливал трубопровод в канализации. В данном случае потребовалась серьёзная система очистки. К трубопроводу подключают циркуляционный насос.

Из кондиционера

Соорудить теплонасос из кондиционера можно тремя способами:

  1. Поменять местами внешний и внутренний блоки. Теплоносителями могут служить вода и воздух. Если выбрана вода, то конденсатор устанавливают в ёмкость.
  2. Установить в кондиционер клапан, который будет переключаться между четырьмя режимами. Это работа для специалиста со знанием и навыками проведения таких модификаций. В данном случае целесообразно изначально использовать прибор, работающий на холод и на тепло с уже установленным переключателем.
  3. Полностью разобрать прибор и смонтировать по стандартной схеме теплового насоса с испарителем, компрессором и конденсатором.

Для самостоятельной переделки сплит-системы в тепловой насос лучше использовать прибор, который уже так устроен, что работает на тепло и на холод. В некоторых случаях не приходится даже выпускать и заправлять хладагент. Собирают установку по схеме.

Тепловой насос из кондиционера
Схема переделки сплит-системы в тепловой насос поможет создать тёплую атмосферу в доме

Порядок работы по переделке кондиционера:

  1. Подбирают металлический бак. По длине он должен быть равен длине наружного теплообменника, по ширине – на десять сантиметров больше. В боковые стенки врезают трубки (штуцеры) для подачи и отвода воды.
  2. Снимают верхний кожух прибора и наружный теплообменник.
  3. Радиатор отодвигают, избегая заломов трубочек с хладагентом. Если это сделать осторожно, то перезаправка фреоном не потребуется.
  4. Снимают наружную крыльчатку с вала.
  5. К радиатору добавляют дополнительные пластины. Они могут быть медными и алюминиевыми. Радиатор, помещённый в водную среду без этих пластин, быстро сгорает.
  6. Не повреждая трубки с хладагентом, опускают радиатор в ранее подготовленный бак. Герметично закрывают и уплотняют вводы контуров.
  7. К трубкам для подачи и вывода воды подключают циркулярный насос и проверяют качество и герметичность системы.

Дополнительные пластины
Установка дополнительных пластин – обязательный этап в переделке кондиционера

Если не удаётся из-за трубок с фреоном корректно поместить радиатор в бак, то их разрезают на максимальном расстоянии от испарителя, а затем спаивают после повторной заправки хладагентом.

В данном варианте переделки сплит-системы изменилась только среда, в которой находится радиатор. В заводской комплектации она была воздушной, теперь жидкая. Таким образом, может быть собрана система типа вода – вода или вода – воздух.

Устройство кондиционера
Вариант сплит-системы из кондиционера в помощь тем, кто всё старается делать самостоятельно

Подачу воды настраивают от скважины. Для этого соединяют штуцеры бака с трубопроводом.

Между скважинами прокапывают неглубокую траншею для размещения труб контура. Сам трубопровод делают из полиэтиленовых труб. В каждую скважину опускают не менее двух петель из труб. Трубопровод фиксируют бетоном и утепляют грунтом. Прежде чем залить бетоном и засыпать, проверяют герметичность соединений. Для этого систему подключают к насосу, после набора воды насос останавливают и оставляют на несколько часов. Если протечек нет, то работы завершают.

Трубы в скважине
Схема расположения труб в скважине

Все трубки выводят к общей магистрали, заканчивающейся коллектором. Для герметичных соединений используют фитинги.

Видео: как сделать тепловой насос

Итак, немного технических знаний и применение их на практике позволяют внедрить проекты в использование и сделать отопление дома дешевле в два и более раз. Кроме того, описанные схемы подходят для утепления садовых дорожек и отопления хозяйственных построек. Установки небольшой мощности могут служить дополнительным источником тепла.