Тепловой насос для отопления дома: принцип действия устройства, преимущества, виды и монтаж

Содержание
  1. Что такое тепловой насос
  2. Принцип работы и устройство
  3. Плюсы и минусы устройства
  4. Насколько выгодно использование теплового насоса?
  5. 5 основных выгод для владельцев установок
  6. Типы теплонасосов для отопления дома
  7. Воздушные теплонасосы «воздух-воздух»
  8. Воздушно-водяные теплонасосы «воздух-вода»
  9. Водяные теплонасосы «вода-вода»
  10. Грунтово-водяные теплонасосы «грунт-вода»
  11. Коэффициент эффективности тепловых насосов
  12. Некоторые нюансы эксплуатации
  13. Применение тепловых насосов в условиях российского климата
  14. Применение теплового насоса для охлаждения
  15. Применение теплового насоса для горячего водоснабжения
  16. Тепловые насосы со встроенным ТЭНом
  17. Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?
  18. Затраты на подключение
  19. Потребление
  20. Эксплуатация
  21. Приблизительный расчет теплопроизводительности установки
  22. Основные характеристики
  23. Какой насос выбрать
  24. Исследование участка
  25. Насос грунт-вода и варианты установки
  26. Насос вода-вода: простая установка
  27. Тепловой насос воздух-воздух: цена монтажа
  28. Сводная таблица моделей
  29. Отопление от тепловой энергии земли своими руками
  30. Отопление собственными руками в частном доме
  31. Обогрев дома с помощью тепловой энергии земли
  32. Особенности выбора теплового насоса
  33. Тепловой насос своими руками из холодильника
  34. Делаем геотермальную установку
  35. Расчет грунтового контура и теплообменников насоса
  36. Оборудование и материалы
  37. Сборка теплообменного блока
  38. Устройство грунтового контура
  39. Заправка и запуск системы
  40. Отопление дома в зимний период
  41. Стоит ли устанавливать тепловой насос
  42. Замкнутые системы — самые надежные
  43. Использование тепловых установок в мире

Что такое тепловой насос

Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа – теплового насоса.

Тепловой насос – устройство, которое использует тепло окружающей природы – воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса – фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.

Принцип работы теплового насоса – перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую – в систему отопления.

Казалось бы, тепловой насос – сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник – тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло – охлаждая продукты и грея импровизированную “систему отопления” – решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.

Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.

Схема работы теплового насоса

Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора – а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются – они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три – контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления.

Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов – по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.

  • Воздушные тепловые насосы – первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке – не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.

Воздушный тепловой насос DANFOSS установлен для отопления небольшого коттеджа

  • Водяные тепловые насосы – более стабильный вариант для отопления коттеджа. Как правило, его схемы работы заключается в том, что тепловой насос перекачивает воду из одной скважины в другую, отбирая у нее небольшое количество тепла. Производительность и эффективность таких тепловых насосов не зависит от температуры уличного воздуха, но нельзя дать 100% уверенность, что уровень воды в скважине не уменьшится.

Принцип работы водяного теплового насоса

  • Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже – тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором

Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами

В целом, при правильном подходе, тепловой насос – удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.

В связи с тем, что тепловой насос, это достаточно сложное техническое устройство, то при изготовлении его своими руками, необходимо воспользоваться готовыми агрегатами, бывшими в употреблении. Такими элементами собираемой конструкции могут послужить компрессор от старого холодильника или кондиционера. Прочие основные узлы агрегата (испаритель и конденсатор) – можно изготовить самостоятельно из материалов приобретаемых отдельно или имеющихся в наличии.

Для выполнения работ, кроме компрессора, потребуются:

· медные трубки;

· запорная арматура (вентили) и терморегулирующий клапан;

· металлический бак или бочка, объемом 100 – 120 литров – 2 штуки;

· фреон;

· фитинги для используемых трубок;

· контрольно-измерительные приборы (термометр, манометр и прочие);

· строительные материалы для изготовления каркаса, имеющиеся в наличии (фанера, ДСП, металлический профиль и уголок).

Для справки: мощность компрессора холодильника достаточно не велика, поэтому при изготовлении теплового насоса использование агрегата от кондиционера является более предпочтительным.

Изначально следует определиться, каким образом будет располагаться тепловой насос в месте его размещения, это может быть:

· стационарно устанавливаемый агрегат – в этом случае все конструктивные элементы размещаются на стене и крепятся с использованием крепежных узлов (уголок, кронштейн и т.д.), после чего выполняется их зашивка строительными материалами с устройством дверок и смотровых окон;

· мобильная установка – все элементы конструкции размещаются в изначально собранном каркасе, после чего он зашивается, как и в случае стационарного размещения.

Для изготовления конденсатора (№ 7 на рисунке ниже) потребуется металлический бак и медные трубки, работы осуществляются следующим образом:

· трубка навивается на какой-либо круглый предмет в виде змеевика, диаметр которого меньше, чем диаметр используемого бака;

· бак или бочка, разрезаются пополам, и во внутреннее пространство помещается изготовленный змеевик, после чего бак (бочка) свариваются;

· места вывода змеевика герметизируются, а на его выводах монтируются фитинги;

· в верхнюю и нижнюю часть бака врезаются штуцера, обеспечивающие «вход» и «выход» теплоносителя.

Изготовление испарителя (№2 на рисунке выше) осуществляется аналогично, как и конденсатора, однако для снижения затрат на изготовление устройства, можно использовать полипропиленовые трубы и бочку, изготовленную из пластика.

Подготовив все конструктивные элементы, выполняется сварка внутреннего контура агрегата, с установкой терморегулирующего клапана (№ 4 на том же рисунке) и заполнением системы фреоном.

Для удобства и безопасности использования собираемого устройства, в систему врезаются прибору контроля (манометры) и собирается электрическая схема включения компрессора (№ 5 на рисунке) в питающую сеть. Электрическая схема должна иметь в своем составе коммутационные и защитные приборы, обеспечивающие удобную эксплуатацию и обслуживание теплового насоса.

При самостоятельном изготовлении и монтаже теплового насоса необходимо знать следующие тонкости выполнения работ, а именно:

1) Ввод хладагента в конденсатор следует делать сверху, а выход – снизу, это обеспечивает отсутствие его пузырения во время работы использования.

2) В испаритель хладагент должен подаваться снизу, что улучшает КПД использования агрегата.

3) При сборке (пайке) внутреннего контура теплового насоса, необходимо не перегреть монтируемый теплорегулирующий клапан, в противном случае он может выйти из строя или работать не корректно.

Когда все узлы собраны и система заполнена хладагентом, необходимо подключить внешний и внутренний контуры в соответствии с типом используемой системы («вода – вода», «земля – вода»). В этих контурах на их выводах (№№ 3, 6 и 8 на рисунке) должны быть установлены циркуляционные насосы (№ 1 на рисунке), обеспечивающие циркуляцию теплоносителей.

Для справки: при наличии теплообменников заводского изготовления, пластинчатых или иного типа, их можно использовать в качестве конденсатора и испарителя.

Принцип работы и устройство

Составляющие отопительной системы

Система работы устройства следующая:

  • вода из скважины или водоёма проходит через испаритель, где её температура падает на пять градусов;
  • после охлаждения жидкость попадает в компрессор;
  • компрессор сжимает воду, увеличивая её температуру;
  • нагретая жидкость перемещается в теплообменную камеру, где отдаёт своё тепло системе отопления;
  • остывшая вода возвращается к началу цикла.

Система отопления с тепловым насосом

Системы отопления на основе теплонасосных установок имеют три составные части:

  • Зонд – змеевик, расположенный в воде или земле. Он собирает тепло и передаёт его в устройство.
  • Тепловой насос – прибор, извлекающий термальную энергию.
  • Сама система отопления, включающая теплообменную камеру.

Плюсы и минусы устройства

Сначала о положительных сторонах подобного отопления:

  • Сравнительно небольшие энергозатраты. На отопление расходуется только электроэнергия, причём её потребуется гораздо меньше, чем, например, на отопление с помощью электроприборов. В тепловых насосах есть коэффициент преобразования, указывающий выход тепловой энергии по отношению к затраченной электрической. Например, если значение «ϕ» равно 5, значит на 1 киловатт в час расхода электричества придётся 5 киловатт тепловой энергии.

Тепловой насос не требует никакого специального ухода или расходных материалов

  • Универсальность. Эта отопительная система может устанавливаться в любой местности. Особенно это актуально для удалённых районов, где отсутствуют газовые магистрали. При невозможности подключения электроэнергии насос может работать на дизельном или бензиновом двигателе.
  • Полная автоматизация. В систему не нужно добавлять воду или следить за её работой.
  • Экологичность и безопасность. Теплонасосная установка не производит никаких отходов и газов. Устройство не может случайно перегреться.
  • Такой агрегат может не только отапливать дом зимой при температуре воздуха до минус пятнадцати градусов, но и охлаждать его летом. Такие функции есть в реверсивных моделях.

Принцип реверсивности в работе теплового насоса

  • Длительный период эксплуатации – до полувека. Примерно раз в двадцать лет может потребоваться замена компрессора.

Есть у этой системы и свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

  • Цены. Тепловой насос для отопления дома – не дешёвое удовольствие. Окупится эта система не раньше, чем через пять лет.
  • В местности, где зимняя температура опускается ниже пятнадцати градусов мороза, для функционирования устройства потребуются дополнительные источники тепла (электрические или газовые).
  • Система, забирающая тепловую энергию из земли, нарушает экосистему участка. Урон не значительный, но следует это учитывать.

Устройство забирает тепло из грунта, понижая его температуру, это может неблагоприятно сказаться на корневой системе деревьев и кустарников.

Насколько выгодно использование теплового насоса?

Теоретически у любого человека есть большой выбор источников энергии. Помимо природного газа, электричества, угля, это еще и ветер, солнце, разница температур земли и воздуха, земли и воды.

На практике выбор ограничен, т.к. все упирается в стоимость оборудования и его обслуживания, а также стабильность работы и сроки окупаемости установок.

Каждый из источников энергии имеет как достоинства, так и серьезные недостатки, ограничивающие его использование.

Установка отопительной системы с теплонасосом – это выгодно с точки зрения удобства эксплуатации. Во время работы оборудования нет шума, посторонних запахов, не требуется установка дымоходов или других вспомогательных конструкций.

Система энергозависима, но для работы теплового насоса нужно минимальное количество электричества.

Теплонасос – хорошая альтернатива привычным отопительным системам. Чтобы сократить начальные расходы на оборудование, можно его собрать своими руками

Сами тепловые установки чрезвычайно экономичны и не требуют особых затрат на обслуживание, но их первоначальная стоимость очень высока.

Далеко не каждый владелец дома или дачи может позволить себе покупку такого дорогого оборудования. Если собрать его самостоятельно и использовать детали от старого холодильника, можно существенно сэкономить.

Тепловые насосы промышленного производства дороги. Считается, что их установка окупается в среднем за 5-7 лет работы, однако этот срок зависит от начальной цены конструкции и может быть гораздо большим

Самодельные установки обходятся буквально в копейки, а их использование позволяет заметно экономить.

Единственный нюанс: производительность самоделок невысока, и они не могут быть полноценной заменой традиционным системам отопления. Поэтому их часто используют как дополнительные или альтернативные варианты отопления.

5 основных выгод для владельцев установок

К преимуществам систем обогрева с тепловыми насосами относят такие:

  1. Экономическая эффективность. При затратах 1 кВт электрической энергии можно получить 3-4 кВт тепловой. Это усредненные показатели, т.к. коэффициент преобразования тепла зависит от типа оборудования и особенностей конструкции.
  2. Экологическая безопасность. При работе тепловой установки в окружающую среду не попадают продукты сгорания или другие потенциально опасные вещества. Оборудование озонобезопасно. Его применение позволяет получить тепло без малейшего вреда для экологии.
  3. Универсальность применения. При установке систем отопления, работающих от традиционных источников энергии, владелец дома попадает в зависимость от монополистов. Солнечные батареи и ветрогенераторы не всегда рентабельны. Зато тепловые насосы можно устанавливать где угодно. Главное – правильно выбрать тип системы.
  4. Многофункциональность. В холодное время года установки отапливают дом, а в летнюю жару способны работать в режиме кондиционеров. Оборудование применяют в системах ГВС, подключают к контурам теплых полов.
  5. Безопасность эксплуатации. Теплонасосам не требуется топливо, при их работе не выделяются токсичные вещества, а предельная температура узлов оборудования не превышает 90 градусов. Эти отопительные системы не опаснее холодильников.

Идеальных приборов не существует. Тепловые насосы надежны, долговечны и безопасны, но их стоимость напрямую зависит от мощности.

Качественное оборудование для полноценного обогрева и горячего водоснабжения дома 80 м.кв. обойдется примерно в 8000-10000 евро. Самоделки маломощны, их можно использовать для отопления отдельных комнат или подсобных помещений.

Эффективность установки зависит от теплопотерь дома. Оборудование имеет смысл устанавливать только в тех зданиях, где обеспечен высокий уровень изоляции, а показатели теплопотерь не выше 100 Вт/м.кв.

Теплонасосы способны прослужить 30 лет и более. Особенно рентабельно их применение для ГВС, а также в комбинированных отопительных системах, включающих теплые полы.

Оборудование надежно и редко ломается. Если оно самодельное, то важно подобрать качественный компрессор, лучше всего – от холодильника или кондиционера проверенной марки.

Типы теплонасосов для отопления дома

Различают компрессионные и абсорбционные теплонасосы. Установки первого типа наиболее распространены, и именно такой тепловой насос можно собрать из холодильника или старого кондиционера, использовав готовый компрессор.

Также потребуются расширитель, испаритель, конденсатор. Для работы абсорбционных установок необходим абсорбент-хладон.

Теплонасосы чаще всего собирают из узлов кондиционеров и холодильников. Такие конструкции кустарного производства просты, эффективны, а при наличии у мастера навыков подобной работы их можно сделать буквально за несколько дней

По виду источника тепла установки бывают воздушными, геотермальными, а также использующими вторичное тепло (например, сточных вод и т.п.).

Во входном и выходном контурах используют один или два разных теплоносителя, и в зависимости от этого выделяют такие типы оборудования:

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

Система может быть эффективной только в том случае, если потребляет меньше энергии, чем отдает. Эту разницу называют коэффициентом преобразования. Он зависит от многих факторов, но наиболее значимый – температура теплоносителя входного и выходного контуров. Чем больше разница, тем лучше работает система.

Надежных формул расчета производительности теплонасосов нет, т.к. их работа зависит от многих факторов.

При самостоятельной сборке тепловой установки нельзя ожидать, что она будет настолько же эффективной, как оборудование промышленного производства, но ее вполне хватит для создания экономичной дополнительной системы отопления.

Воздушные теплонасосы «воздух-воздух»

Аэротермальные тепловые насосы используют тепловую энергию наружного воздуха. Работа бытовых моделей завершается при понижении наружной температуры до -15°С, промышленные образцы способны работать при минимуме в -25°С. Эксперименты показывают, что для большинства регионов России системы «воздух-воздух» работают эффективно, есть примеры действующих систем в Подмосковье. В качестве теплоносителя используется воздух, что делает систему низкоинерционной. Это означает, что при отключении температура в доме очень быстро понизится — поэтому рекомендуется постоянная работа устройства.

Воздушно-водяные теплонасосы «воздух-вода»

Это еще один тип аэротермического теплового насоса, только в качестве теплоносителя используется вода. Вариант имеет те же особенности, что и предыдущий вид, но инерция системы значительно выше. Вода остывает дольше, поэтому при отключении теплового насоса некоторое время температура не изменится. Это позволяет экономить электроэнергию, периодически отключая систему до момента снижения температуры до критического значения. Воздушные системы удобны тем, что не требуют никаких работ по доставке внешнего источника в испаритель насоса — понадобится лишь вентилятор. Недостаток — зависимость от внешней температуры, неустойчивость режима работы системы.

Водяные теплонасосы «вода-вода»

Этот вариант является наиболее устойчивым ко всем внешним изменениям — температурным, погодным или климатическим. Смена сезона не оказывает существенного влияния на результат работы системы. Источником тепловой энергии является вода, взятая в открытом водоеме или поднятая с помощью насоса из дебетовой скважины. Теплоноситель системы отопления — тоже вода, обеспечивающая эффективное и устойчивое функционирование системы обогрева. Недостатком является необходимость ухода за скважинами, иногда приходится их менять или бурить новые. Уровень воды в открытом водоеме также изменяется, что угрожает полной остановкой системы.

Грунтово-водяные теплонасосы «грунт-вода»

Эта конструкция напоминает вариант «вода-вода», но, в отличие от него, источник циркулирует в замкнутом контуре, нагреваясь от подземного тепла почвы и отдавая тепло в испарителе теплового насоса. В условиях морозных зим источник меняют на этиленгликоль (антифриз), чтобы исключить возможность перемерзания питающей системы. Для размещения контура питания используется либо коллекторное поле, представляющее собой котлован глубиной около 2 м (как минимум, на 0,5 м ниже глубины промерзания почвы), либо скважину с питающим зондом (петлей из трубы, опущенной в скважину).

Системы «грунт-вода» являются самыми дорогостоящими, требующими трудоемких земляных работ и представляющими большие сложности с административным решением вопроса об использовании земляных участков. Дело в том, что коллектор должен быть в 2 раза больше, чем площадь дома. Участок земли под ним практически выбывает из эксплуатации, так как его температура снижается, что губительно воздействует на растения. Проблему можно решить бурением скважины, но этот вариант не всегда возможен по геологическим причинам.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не пояснить, что это такое, тем более что это важная характеристика тепловых насосов, позволяющая сравнивать насосы разных типов между собой.

Коэффициент эффективности (называемый также коэффициентом трансформации) – это отношение выработанной насосом тепловой энергии к потребленной им электрической. По сути это КПД теплового насоса. В случае водяных теплонасосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от времени года. Это означает, что при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии установка вырабатывает 5 кВт*ч тепловой энергии.

У грунтовых насосов величина коэффициента эффективности чуть ниже – от 4 до 4.5. И, наконец, самым маленьким коэффициентом характеризуются воздушные тепловые насосы, при этом их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0°C величина коэффициента равна ~3.5, а при –20°C он уже не превышает 1.5 (при такой низкой эффективности насос попросту не окупится, и имеет смысл подумать о приобретении более дешевого климатического оборудования, например электрического котла).

Некоторые менеджеры, рекламируя реализуемые ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов в том, что данное оборудование имеет КПД 400-500%. Разумеется, ни о каком нарушении законов термодинамики речи не идет. Просто в данном случае расчеты намеренно делаются неправильно: не учитываются источники энергии, отличные от потребляемого электричества, – воздух, вода или грунт, нагретые Солнцем и геотермальными процессами. Когда при расчете КПД учитывают только электроэнергию и забывают про источник низкопотенциального тепла, как раз и получается величина больше 100%.

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

  • помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м2) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
  • тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Суть принципа работы теплового насоса не в производстве, а в переносе тепла. Это позволяет получить высокий коэффициент (от 3 до 5) преобразования тепловой энергии. Проще говоря, каждый использованный 1 кВт электроэнергии «перенесет» в дом 3-5 кВт тепла. Еще что-то нужно говорить?

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Познакомившись с приведенными выше описаниями различных типов тепловых насосов, вы без труда сами сможете ответить на вопрос, какой насос больше всего подходит для эксплуатации в условиях российского климата.

Воздушные тепловые насосы пригодны для применения лишь в ограниченном числе регионов нашей страны – там, где температура воздуха зимой почти не опускается ниже нулевой отметки. Разумеется, жителям Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России о воздушных тепловых насосах не стоит и размышлять.

Для применения водяных тепловых насосов есть много ограничений. О некоторых из них мы уже рассказывали, осталось упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Если даже какому-нибудь жителю Восточной Сибири или севера Дальнего Востока «повезло», и на его участке есть грунтовые воды, залегающие не слишком глубоко, то все равно эти грунтовые воды находятся в виде льда, а значит, не пригодны для использования в системе отопления.

Таким образом, большинству наших соотечественников приходится рассчитывать на единственный, беспроигрышный, вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в условиях российского климата больше подойдет насос не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достигнуть глубины, где температура грунта более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой. Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C. Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома. Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками. Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.


Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.


Воздушный тепловой насос.

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

  • Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
  • Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
  • С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

В течении часа по внешнему коллектору через насос протекает до 2,5-3 м3 теплоносителя, который земля способна нагреть на ∆t = 5-7 °C.

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

[pmath size=14]Q = (T_1 — T_2)*V_тепл[/pmath]

где:

Основные характеристики

При выборе оборудования из всего многообразия характеристик обратите внимание на следующие характеристики.

Основные характеристики тепловых насосов
Характеристики Диапазон значений Особенности
Тепловая мощность, кВт До 8 Помещения площадью не более 80 – 100 м², при высоте потолка не более 3 м.
8-25 Для одноуровневых дачных домов с потолком 2.5м, площадью от 50 м²; коттеджей для ПМЖ, до 260 м².
Свыше 25 Целесообразно рассматривать для 2-3 уровневых жилых домов с потолками 2.7м; промышленных объектов – не более 150 м², при высоте потолка в 3 и более.
Потребляемая мощность основного оборудования (предельное потребление вспомогательных элементов) кВт/ч От 2 (от 6) Характеризует энергопотребление компрессора и циркуляционных насосов (тэна).
Схема работы Воздух-воздух Трансформированная тепловая энергия воздуха передаётся в помещение потоком прогретого воздуха через сплит-систему.
Воздух — вода Энергия, снятая с пропущенного через прибор воздуха, передаётся теплоносителю жидкостной отопительной системы.
Рассол-вода Передачу тепловой энергии от возобновляемого источника выполняет натриевый или кальциевый раствор.
Вода-вода По магистрали открытого первичного контура грунтовые воды несут тепловую энергию прямо к теплообменнику.
Температура теплоносителя на выходе, °С 55-70 Показатель важен для расчёта потерь на длинном отопительном контуре и при организации дополнительной системы горячего теплоснабжения.
Сетевое напряжение, V 220, 380 Однофазные – потребляемая мощность не более 5.5 кВт, только для стабильной (малонагруженной) бытовой сети; самые дешёвые – только через стабилизатор. Если есть сеть 380 V, то трёхфазные приборы предпочтительнее – больший диапазон мощностей, меньше вероятность «просадить» сеть.

Какой насос выбрать

Установки различаются по источнику тепловой энергии и способу её передачи. Существует пять основных видов:

  • Вода-воздух.
  • Грунт-вода.
  • Воздух-воздух.
  • Вода-вода.
  • Воздух-вода.

Исследование участка

Перед монтажом отопительной системы важно исследовать особенности участка. Это исследование поможет определиться, какой источник термальной энергии станет оптимальным вариантом. Проще всего, если рядом с домом есть водоём. Этот факт освободит от необходимости проводить земляные работы. Ещё одно практичное решение – использовать участок, на котором постоянно дует ветер. Если нет ни того, ни другого, придётся остановиться на земляных работах.

Сравнение КПД разных систем отопления

Система отопления может иметь два варианта монтажа:

  • с применением зондов;
  • с установкой подземного коллектора.

Насос грунт-вода и варианты установки

Геотермальные зонды обычно устанавливают на небольшом участке, площадь которого не позволяет проложить большой трубопровод. Для установки этой системы потребуется оборудование для бурения, так как глубина скважин должна быть не менее ста метров, диаметр – двадцать сантиметров. В такие скважины опускаются зонды. Количество скважин влияет на производительность отопительной системы.

Если площадь участка достаточно большая, можно обойтись без бурения и установить горизонтальную систему. Для этой цели змеевик закапывают на полутораметровую глубину. Этот вариант системы считается самым стабильным и безотказным.

Насос вода-вода: простая установка

Тепловой насос для отопления дома вода-вода подходит для участков с водоёмами. Для трубопровода можно использовать обычные полиэтиленовые трубы. Собранный коллектор перемещают к пруду и там опускают на дно. Это один из самых дешёвых вариантов монтажа, который возможно выполнить самостоятельно.

Установка змеевика на водоеме

Тепловой насос воздух-воздух: цена монтажа

На участке, где постоянно присутствуют ветра, подойдёт система, использующая тепловую энергию воздуха. Монтаж в этом случае тоже не потребует особых затрат, его можно выполнить своими руками. Потребуется лишь установить насос не далее, чем за двадцать метров от дома в самом продуваемом месте.

Принцип работы установки воздух-воздух

Сводная таблица моделей

В статье мы рассмотрели наиболее популярные модели, выявили их сильные и слабые стороны. С перечнем моделей можете ознакомиться в следующей таблице:

Сводная таблица моделей
Модель (страна производитель) Особенности Цена, руб.

Тепловые насосы для отопления небольших помещений или под ГВС

1. Huch EnTEC VARIO КНР S2-E (Германия) Система «воздух-вода»; работает от однофазной сети; выступающая конденсационная линия вставляется в бак с водой. 184 493
2. NIBE F1155-6 EXP (Швеция) «Рассол-вода»; питание от трёхфазной сети; вариативное управление мощностью; возможность подключения дополнительного оборудования – рекуператора, разнотемпературного оборудования. 355 161
3. Fujitsu WSYA100DD6 (Япония) Тепловой насос типа «воздух – вода» с питанием от сети 220V и функцией защиты от замерзания. 524 640
Оборудование для отопительных систем коттеджей под ПМЖ
4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Германия) Схема «вода – вода». Для того чтобы ТН мог выдавать стабильные 62 °С теплоносителя в системе отопления, возможности комплекта из компрессора и насосов (1.5 кВт) дополняет электронагреватель мощностью в 6 кВт. 408 219
5. LG Therma V AH-W096A0 9 кВт (Корея) На базе схемы «воздух-вода», в одном приборе, состоящим из двух блоков, реализованы потенциалы охладительного и нагревательного устройств. 275 000
6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Германия ) «рассол-вода», прибор прогревает теплоноситель для радиаторов до 60 °С, может использоваться при организации каскадных систем отопления. 323 300
7. Daikin EGSQH (Япония) В одном корпусе с геотермальным насосом размещён накопительный бак для системы горячего водоснабжения, на 180 литров теплоносителя 1 607 830
Мощные тепловые насосы для нужд систем отопления и горячего водоснабжения
8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Германия) Возможен отбор тепла от грунта и грунтовых вод; возможны эксплуатация в составе каскадных систем и удалённое управление; работает от трёхфазной сети. 708 521
9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Швеция) 9.6= 42 65 380 «рассол-вода»; управление мощностью компрессора и частотой вращения циркуляционных насосов осуществляется посредством частотной регулировки; дополнительный теплообменник; сеть – 380 V. 1 180 453
10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Германия) схема работы «вода-вода»; встроенные насосы первичного и вторичного контура; предусмотрена возможность подключения гелиосистем. 630 125

Отопление от тепловой энергии земли своими руками

Многие наши соотечественники не понимают, о чем конкретно идет речь, когда говорят об отоплении жилища благодаря теплу земли. В это время западные страны уже давно практикуют такой вид обогрева дома, а его популярность все больше растет. Отопление с помощью газа и электроотопление у нас все еще наиболее популярно.

Отопление дома теплом земли

Богатства земли, по которой мы ходим, заключаются не только в драгоценных камнях и металлах, хранящихся в ней, и не в плодородной почве, но и в том, что глубина ее имеет огромные запасы геотермальной энергии. Извержения вулканов и гейзеры являются доказательством этого. Ядро нашей планеты имеет невероятно высокую температуру. Хоть и с приближением к поверхности земли грунт остывает, однако у нее есть геотермальное тепло, которое она может отдавать дальше.

Отопление собственными руками в частном доме

Система отопления загородного дома должна быть правильно подготовленной, чтобы ее проект стал экономически выгодным, легко выполнялся и являлся технологически современным. Давно используемые нами варианты отопления, где теплый воздух образуется при сгорании топлива, на сегодняшний день стоят довольно дорого, а все из-за постоянного роста цен на газ и электроэнергию. Помимо этого, традиционные методы обогрева помещения плохо отражаются на окружающей среде. Поэтому актуальным является вопрос геотермального отопления дома.

Отличным устройством для обогрева зданий из земли является тепловой насос и работающая вместе с ним система. Его установкой и всем процессом устройства отопительной системы можно заняться самому. Данный прибор может перерабатывать энергию воздуха, воды и земли. Для получения тепла применяют хладагент, который, находясь в жидком состоянии, течет по системам труб, установленным в почву.

На уровне полутора метров в глубине температура земли имеет одинаковый показатель, как летом, так и в зимний период – 8 градусов. Этого достаточно для «закипания» хладагента и его превращения в газ. Полученный состав всасывается специальным насосом компрессорного типа – выполняется его уменьшение в объеме и идет отдача тепла. На устройство приходит тепловая энергия, происходит нагревание теплоносителя системы обогрева дома. Из-за того, что охлаждающее вещество отдает тепло, он понижает свою температуру и благодаря специальному клапану снова становится жидким. Так происходит замыкание цикла.

Обогрев дома с помощью тепловой энергии земли

Безусловно, словосочетание «своими руками» к подаче тепла от геотермальных источников относится не полностью, а только лишь к креплению теплового прибора и отопительной системы в самом доме. Только два из существующих видов такого рода обогрева помещения вполне реально выполнить своими руками.

Главный принцип работы теплового насоса для обогрева дома заключается в передаче тепловой энергии, воздуха и подземных вод отопительной системе с большими показателями температуры. Благодаря такому способу в 4-10 раз становятся ниже отопительные расходы. К преимуществам геотермального обогрева дома относятся

  • продолжительный период службы;
  • функционирование осуществляется автоматически.

Схема альтернативного отопления дома

Насос, перекачивающий тепло, может функционировать без поломок примерно 15-25 лет.

Показатели при получении энергии от земли выглядит так: благодаря 1 кВт электроэнергии можно получить 5 кВт мощности. Если вы решили сами провести систему отопления от земли в своем дома, нужно знать некоторые нюансы его обустройства.

Принципы установки систем:

  • С теплообменником вертикального типа и скважинным насосом. На глубину от 50 до 200 м такие устройства погружают в землю. Это наиболее эффективный метод получения тепла, а такую систему удобно подводить в дом. Здесь требуется на нужный уровень глубины пробурить скважину.
  • Горизонтального типа теплообменник для обогрева дома. В этом случае коллекторные системы находятся на том уровне, где грунт может промерзать. Недостаток его в значительном использовании территории: около 500 квадратных метров для обогрева дома, площадь которого примерно 200 квадратных метров. Здесь также имеется отличительное свойство: запрещается монтировать коллекторные системы рядом с деревьями, на расстоянии менее, чем полтора метра от ствола.
  • Теплообменник для отопления дома, размещаемый в водоеме. Из всех он считается относительно недорогим, поскольку не нуждается в значительном объеме работ с грунтом. Такой вариант подходит только в том случае, когда рядом с домом находится водоем, на расстоянии 100 м и ближе. В свою очередь необходимо, чтобы источник воды был нужной глубины и в холодный период не замерзал.

Особенности выбора теплового насоса

Во время выбора теплового насоса, важно учитывать энергетическое состояние дома. Весомое значение имеет не то, какая у вас система отопления, а какая теплоизоляция помещения. Будут меньше затраты на обогрев дома, если этот показатель будет на высшем уровне. В таком случае не обязательно нужно будет брать насос большой мощности, что даст возможность уменьшить финансовые затраты.

Тепловой насос своими руками из холодильника

Рассмотрим в данной статье сайта navseryki.ru способы изготовления теплового насоса своими руками. Кроме компрессора, который является главным морозильным агрегатом, из холодильника потребуется достать ещё кое-какие части.

Кроме того в обязательно порядке понадобятся:

  1. Терморегулирующий клапан;
  2. L-образные кронштейны;
  3. Накопительный бак, не менее 90 л (можно из пластика);
  4. Медная труба (причем нужна будет труба разного диаметра;
  5. Металлопластиковые трубы.

Из инструментов, перед тем, как сделать тепловой насос своими руками, обязательно потребуется иметь в наличии:

  1. Сварочный аппарат;
  2. Болгарку
  3. Ключи и другой подручный инструмент.

Итак, рассмотрим принципиальную схему изготовления теплового насоса из холодильника.

Начинать сборку лучше всего с объемных элементов геотермального насоса, которыми является конденсатор, испаритель и теплообменник. Для этого бак нужно разрезать напополам. Затем намотав из медной проволоки змеевик, его помещают в бак, который заваривают обратно. Как вариант, можно использовать ненужный водонагреватель на 100 литров. Если его не разрезать, то нужно подумать над тем, как поместить в водонагреватель медный змеевик.

Обязательно в баке должны быть предусмотрены резьбы, к которым можно было бы в дальнейшем подключить всю систему в сборе. Затем, рядом с конденсатором, на стене производится монтаж компрессора со старого холодильника. Закрепить его на стену можно посредством анкеров или кронштейнов. После того, как компрессор закреплён, приступают к изготовлению теплообменника теплового насоса.

Для этих целей потребуется металлическая емкость (бак) объёмом не менее чем в 100 литров. Сверху металлической бочки следует намотать толстую медную трубу, как на картинках. К её выводам, будут в дальнейшем подсоединяться трубы от низкотемпературных приборов отопления. То же самое проделывают и с пластиковым баком, который выступает в роли испарителя. Его, также как и компрессор от холодильника, следует закрепить рядом к стене.

После того, как вся системы собрана в сборе, остается лишь подобрать терморегулирующий клапан и закачать фреон в систему, марки R-422 или R-22. Далее можно приступать к изготовлению заборного устройства геотермального отопления, в качестве которого, лучше использовать металлопластиковую трубу, уложенную глубоко под землей. Именно по ней будет циркулировать теплоноситель, и отбирать тепло земли, отдавая его теплообменнику.

Делаем геотермальную установку

Если предыдущий вариант позволит добиться примерно двойной экономии, то даже самодельный земляной контур даст COP в районе 3 (три киловатта тепла на 1 кВт израсходованного электричества). Правда, финансовые и трудовые затраты тоже существенно увеличатся.

Хотя в интернете опубликована масса примеров сборки подобных аппаратов, универсальной инструкции с чертежами не существует. Мы предложим рабочий вариант, собранный и проверенный реальным домашним мастером, хотя многие вещи придется додумывать и доделывать самостоятельно – всю информацию о тепловых насосах сложно поместить в одной публикации.

Расчет грунтового контура и теплообменников насоса

Следуя собственным рекомендациям, приступаем к расчетам геотермального насоса с вертикальными U-образными зондами, помещенными в скважины. Необходимо узнать общую протяженность внешнего контура, а потом – глубину и количество вертикальных шахт.

Исходные данные для примера: нужно обогреть частный утепленный дом площадью 80 м² и высотой потолков 2.8 м, расположенный в средней полосе. Расчет нагрузки на отопление производить не станем, определим потребность в тепле по площади с учетом теплоизоляции – 7 кВт.

По желанию можно обустроить горизонтальный коллектор, но тогда придется выделить большую площадь под земляные работы

Важное уточнение. Инженерные расчеты теплонасосов довольно сложны и требуют высокой квалификации исполнителя, данной теме посвящены целые книги. В статье приводятся упрощенные вычисления, взятые из практического опыта строителей и мастеров – любителей самоделок.

Интенсивность теплообмена между землей и незамерзающей жидкостью, циркулирующей по контуру, зависит от типа грунтов:

  • 1 погонный метр вертикального зонда, погруженного в подземные воды, получит около 80 Вт теплоты;
  • в каменистых грунтах теплосъем составит порядка 70 Вт/м;
  • глинистые почвы, насыщенные влагой, отдадут примерно 50 Вт на 1 м коллектора;
  • сухие породы – 20 Вт/м.

Справка. Вертикальный зонд представляет собой 2 петли из труб, опущенных до дна скважины и залитых бетоном.

Пример вычисления длины трубы. Чтобы извлечь из сырой глинистой породы необходимые 7 кВт тепловой энергии, понадобится 7000 Вт поделить на показатель 50 Вт/м, получаем общую глубину зонда 140 м. Теперь трубопровод распределяется по скважинам глубиной 20 м, которые вы сможете пробурить своими руками. Итого 7 сверлений по 2 теплообменных петли, общая протяженность трубы – 7 х 20 х 4 = 560 м.

Следующий этап – расчет площади теплообмена испарителя и конденсора. На различных интернет-ресурсах и форумах предлагаются некие расчетные формулы, в большинстве случаев – некорректные. Мы не возьмем на себя смелость рекомендовать подобные методики и вводить вас в заблуждение, но предложим некий хитрый вариант:

  1. Обратитесь к любому известному производителю пластинчатых теплообменников, например, Alfa Laval, Kaori, «Анвитэк» и так далее. Можно выйти на официальный сайт бренда.
  2. Заполните форму подбора теплообменника либо созвонитесь с менеджером и закажите подбор агрегата, перечислив параметры сред (антифриз, фреон) – температуру на входе и выходе, тепловую нагрузку.
  3. Специалист фирмы произведет необходимые расчеты и предложит подходящую модель теплообменника. Среди его характеристик вы найдете главную – площадь поверхности обмена.

Пластинчатые агрегаты очень эффективны, но дороги (200—500 евро). Дешевле собрать кожухотрубный теплообменник из медной трубки наружным диаметром 9.5 или 12.7 мм. Выданную производителем цифру умножьте на коэффициент запаса 1.1 и поделите на длину окружности трубы, получите метраж.

Пластинчатый теплообменник из нержавейки – идеальный вариант испарителя, он эффективен и занимает мало места. Проблема в высокой цене изделия

Пример. Площадь теплового обмена предложенного агрегата составила 0.9 м². Выбрав медную трубку ½” диаметром 12.7 мм, вычисляем длину окружности в метрах: 12.7 х 3.14 / 1000 ≈ 0.04 м. Определяем общий метраж: 0.9 х 1.1 / 0.04 ≈ 25 м.

Оборудование и материалы

Будущий тепловой насос предлагается строить на базе наружного блока сплит-системы подходящей мощности (указана на табличке). Почему лучше использовать б/у кондиционер:

  • аппарат уже оснащен всеми комплектующими – компрессором, дросселем, ресивером и пусковой электрикой;
  • самодельные теплообменники можно поместить в корпус холодильной машины;
  • есть удобные сервисные порты для заправки фреона.

Примечание. Разбирающиеся в теме пользователи подбирают оборудование отдельно – компрессор, ТРВ, контроллер и так далее. При наличии опыта и знаний подобный подход только приветствуется.

Собирать ТН на базе старого холодильника нецелесообразно – мощность агрегата слишком мала. В лучшем случае удастся «выжать» до 1 кВт теплоты, чего хватит на обогрев одной небольшой комнаты.

Помимо внешнего блока «сплита» понадобятся следующие материалы:

  • труба ПНД Ø20 мм – на земляной контур;
  • полиэтиленовые фитинги для сборки коллекторов и подключения к теплообменникам;
  • циркуляционные насосы – 2 шт.;
  • манометры, термометры;
  • качественный водопроводный шланг либо труба ПНД диаметром 25—32 мм на оболочку испарителя и конденсатора;
  • трубка медная Ø9.5—12.7 мм с толщиной стенки не менее 1 мм;
  • утеплитель для трубопроводов и фреоновых магистралей;
  • комплект для герметизации греющих кабелей, укладываемых внутри водопровода (понадобится для уплотнения концов медных трубок).
Комплект втулок для герметичного ввода медной трубки

В качестве внешнего теплоносителя применяется солевой раствор воды либо антифриз для отопления – этиленгликоль. Также понадобится запас фреона, чья марка указана на шильдике сплит-системы.

Сборка теплообменного блока

Перед началом монтажных работ наружный модуль надо разобрать – снять все крышки, удалить вентилятор и большой штатный радиатор. Отключите электромагнит, управляющий реверсивным клапаном, если не планируете использовать насос в качестве охладителя. Датчики температуры и давления необходимо сохранить.

Порядок сборки основного блока ТН:

  1. Изготовьте конденсор и испаритель, просунув медную трубку внутрь шланга расчетной длины. На концах установите тройники для присоединения грунтового и отопительного контура, выступающие медные трубки уплотните с помощью специального комплекта для греющего кабеля.
  2. Используя в качестве сердечника отрезок пластиковой трубы Ø150—250 мм, намотайте самодельные двухтрубные контуры и выведите концы в нужные стороны, как это делается ниже на видео.
  3. Разместите и закрепите оба кожухотрубных теплообменника на месте штатного радиатора, медные трубки подпаяйте к соответствующим выводам. «Горячий» теплообменник–конденсатор лучше подключить к сервисным портам.
  4. Установите заводские датчики, измеряющие температуру хладагента. Утеплите голые участки трубок и сами теплообменные устройства.
  5. На водяных магистралях поставьте термометры и манометры.

Совет. Если планируется ставить основной блок на улице, нужно принять меры от застывания масла в компрессоре. Приобретите и смонтируйте зимний комплект электрического подогрева масляного картера.

На тематических форумах встречается другой способ изготовления испарителя – трубка из меди навивается спиралью, затем вставляется внутрь закрытой емкости (бака или бочки). Вариант вполне разумен при большом количестве витков, когда рассчитанный теплообменник попросту не помещается в корпусе кондиционера.

Устройство грунтового контура

На данном этапе выполняются несложные, но трудоемкие земляные работы и раскладка зондов по скважинам. Последние можно проделать вручную либо пригласить буровую машину. Расстояние между соседними скважинами – не менее 5 м. Дальнейший порядок работ:

  1. Прокопайте между сверлениями неглубокую траншею для укладки подводящих трубопроводов.
  2. В каждое отверстие опустите по 2 петли из полиэтиленовых труб и залейте ямы бетоном.
  3. Сведите магистрали к точке соединения и смонтируйте общий коллектор, используя фитинги ПНД.
  4. Проложенные в земле трубопроводы утеплите и засыпьте грунтом.
Слева на фото – опускание зонда в обсадную пластиковую трубу, справа – прокладка подводок в траншее

Важный момент. Перед бетонированием и засыпкой обязательно проверьте герметичность контура. Например, подключите к коллектору воздушный компрессор, накачайте давление 3—4 Бар и оставьте на несколько часов.

При соединении магистралей ориентируйтесь по схеме, представленной ниже. Отводы с кранами понадобятся при заполнении системы рассолом либо этиленгликолем. Две основные трубы от коллектора подведите к тепловому насосу и подключите к «холодному» теплообменнику–испарителю.

В высших точках обеих водяных контуров обязательно ставятся воздухоотводчики, на схеме условно не показаны

Не забудьте установить насосный агрегат, отвечающий за циркуляцию жидкости, направление течения – навстречу фреону в испарителе. Среды, проходящие через конденсор и испаритель, должны двигаться навстречу друг другу. Как правильно заполнить магистрали «холодной» стороны, смотрите на видео:

Аналогичным образом конденсор подсоединяется к домовой системе теплых полов. Смесительный узел с трехходовым клапаном монтировать необязательно благодаря низкой температуре подачи. Если необходимо объединить ТН с другими источниками тепла (солнечные коллекторы, котлы), используйте буферную емкость на несколько выводов.

Заправка и запуск системы

После монтажа и подключения агрегата к электросети наступает важный этап – заполнение системы хладагентом. Здесь ожидает подводный камень: вы не знаете, сколько фреона необходимо заправить, ведь объем основного контура сильно вырос за счет установки самодельного конденсатора с испарителем.

Вопрос решается методом заправки по давлению и температуре перегрева хладона, измеряемой на входе компрессора (туда фреон подается в газообразном состоянии). Подробная инструкция по заполнению методом измерения температуры изложена в следующем руководстве.

Во второй части представленного видео рассказывается, как нужно заполнять систему фреоном марки R22 по давлению и температуре перегрева хладагента:

По окончании заправки включите оба циркуляционных насоса на первую скорость и запускайте компрессор в работу. Показатели температуры рассола и внутреннего теплоносителя контролируйте по термометрам. На этапе прогрева магистрали с хладагентом могут обмерзать, впоследствии иней должен растаять.

Отопление дома в зимний период

На территории с более суровыми климатическими условиями актуально использование бивалентной системы отопления. За счет второго источника тепла расширяется диапазон температур. Работы одного теплового насоса достаточно только до уровня температуры -20 °С. При большем ее понижении подключаются электрообогреватель, камин, жидкотопливный или газовый котел. При этом мощность теплового насоса ограничивается от максимальной зимней потребности до 70 — 80%. Недостающие 20 — 30% дает дополнительный источник тепла. Это снижает общую эффективность работы системы. Однако снижение является незначительным.

При полном переходе на отопление здания геотермальной системой (в случае, когда не планируется устанавливать дополнительно котел или электроприбор) тепловой насос применяется совместно с внутренним модулем, содержащим небольшой встроенный электронагреватель. Он поддержит прибор, когда температура окружающей среды будет ниже -20 °С.

В каких случаях использование теплового насоса является обоснованным?

Вопрос отопления загородного дома предполагает рассмотрение нескольких вариантов:

  • Газ. При отсутствии рядом с домом газопровода это становится невозможным. В ряде регионов купить газ можно только в баллонах.
  • Уголь или дрова. С ними отопление превращается в трудоемкий и малоэффективный процесс.
  • Жидкотопливный котел требует больших расходов на топливо и специального помещения. Особое хранение необходимо и самому топливу, что неудобно в небольшом доме.
  • Отопление электричеством обходится очень дорого.

В таком случае на помощь приходит геотермальная система отопления. Ее используют даже там, где доступен газ. Установка теплового насоса дороже установки оборудования для отопления газом. Однако, газ в дальнейшем придется оплачивать постоянно, в отличие от энергии, взятой из окружающей среды.

Окупаемость теплового насоса сложно выразить в усредненном числовом значении. Все зависит от его начальной стоимости. Суть установки такого отопления сводится к перспективе. Хотя количество потребляемой электроэнергии — в 3−5 раз меньше, чем у других систем отопления, все же необходимо подсчитать в денежном эквиваленте все энергозатраты за год и сравнить их со стоимостью системы, ее монтажа и эксплуатации.

Достигнуть максимальной эффективности применения теплового насоса можно при соблюдении двух важных условий:

  • Отапливаемое здание должно быть утепленным, а показатель теплопотерь не должен превышать 100 Вт/м2. Существует прямая связь между тем, как утеплен дом и тем, насколько выгодно будет установка теплонасоса.
  • Подключение теплового насоса к низкотемпературным источникам обогрева (конвекторам, теплым полам), температурный режим которых колеблется между 30 — 40 °C.

Итак, тепловой насос станет неплохой альтернативой традиционным способам отопления. Прибор гарантирует экономичность и полную безопасность. Владельцу, после установки геотермальной системы отопления, не придется зависеть от различных внешних факторов, как, например, перебои с газоснабжением или вызовом сервисной службы. Энергия, взятая из окружающей среды, не требует оплаты и не исчерпывается.

В соответствии с прогнозами Мирового комитета по энергетике в 2020 г. геотермальные насосы составят три четверти всего отопительного оборудования.

Стоит ли устанавливать тепловой насос

Стоит, если вы понимаете принцип его работы, а расчеты показывают оправданность технического решения. Нужно оценить теплопотери дома, исходя из его площади, материала стен, утепления, размеров и конфигурации окон. Конечная цифра выводится в киловаттах: если теплопотери составляют, к примеру, 10 кВт, то именно такой мощности насос и нужно устанавливать на участке.

Как получить необходимый выход тепла? Есть два варианта — бурить скважину на большую глубину или укладывать горизонтальный контур. Второй вариант дешевле, но для его реализации надо иметь серьезную площадь участка и быть готовым на этапе закладки труб с теплоносителем полностью перекопать его траншеями. Коммуникации закладываются ниже уровня промерзания.

Можно бурить скважину и искать уже не гарантированные +2℃, а значительно более теплую среду на серьезной глубине. В таком случае один-два зонда с теплоносителем будут собирать необходимое количество энергии. Здесь нет такой уверенности как в случае с горизонтальным контуром. Бурить приходится и на 100 метров, и глубже, поэтому и процесс, и результат может неприятно удивить.

Даже если получится добуриться до грунтовых вод температурой +8℃ и поставить их на службу, нет гарантии того, какое время система сможет работать без сбоев. Например, из-за содержания железа и всевозможных солей в воде может быстро и неожиданно выйти из строя теплообменник. Нет и гарантии непрерывного течения источника тепла. Вода может просто уйти из скважины, и при отсутствии страховочной автоматики можно лишиться теплообменника: он перемерзнет и лопнет.

Схема со скважинами работает, но требует постоянного контроля и обслуживания. Да, экономия тут достигается за счет постоянного поступления тепла от воды, но вся она тратится на работу погружного насоса, отвечающего за перекачивание.

Замкнутые системы — самые надежные

Своими руками можно собрать тепловой насос в любой конфигурации. Системы с закрытым контуром практически вечны, при их работе нет осадка на теплообменнике, как и риска замерзания или разрыва какого-либа из элементов. В данном случае тоже можно использовать скважины, но в них уже погружаются трубы с теплоносителем.

Сюда же относится горизонтальный контур. Трубы при его укладке вкапываются минимум на 1,5 м., и расстояние между ними для исключения взаимного воздействия составляет около 1 м. Чтобы получить 10 кВт тепловой энергии, для климатических условий Московской области нужны 5-6 соток земли. Все они будут использоваться под укладку контура для отбора геотермальной энергии, за исключением площадки под домом. Это дешево, если коттедж только строится и участок свободен: далеко не все владельцы уже обжитых домов согласятся на такие манипуляции.

Если необходимой площади для укладки контуров нет, придется бурить скважины — горизонтальные или наклонные. Работает простая математика — 600 погонных метров уложенного горизонтально кабеля можно заменить тем же количеством метров глубины скважин, то есть пробурить их 6 штук на 100 м. (или 12 штук на 50 м.).

Использование тепловых установок в мире

Практика применения таких тепловых агрегатов в мире насчитывает уже более 50 лет. Главными движущими причинами такого явления стало удорожание традиционных энергетических ресурсов и повсеместная поддержка правительствами многих стран использования альтернативных источников энергии.

Поэтому количество тепловых насосов постоянно растет высокими темпами – до 10 – 30% в год, несмотря на высокую стоимость установки. Количество таких устройств в настоящее время составляет уже более 270 штук. Наиболее активно тепловые системы применяются в США и Канаде. На них приходится до половины установок, используемых во всем мире.

Россия, несмотря на положительные условия для применения тепловых насосов, отстает от мировых тенденций в их использовании. Здесь, по-видимому, играет роль наша убежденность в полной обеспеченности природными ресурсами. При этом, далеко не во всех населенных пунктах страны имеются газопроводы. Мировой опыт использования тепловых наcосов говорит о положительных тенденциях в развитии их использования.

Источники

  • https://izobreteniya.net/kak-sdelat-teplovoj-nasos/
  • https://HomeMyHome.ru/teplovojj-nasos-dlya-otopleniya-doma-ceny.html
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/teplovye-nasosy/teplovoj-nasos-svoimi-rukami-iz-starogo-xolodilnika.html
  • https://Energo.house/otoplenie/teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma.html
  • https://srbu.ru/otoplenie/1542-teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma.html
  • https://plusteplo.ru/otoplenie/sistemy-otopleniya/teplovoj-nasos/princip-raboty-teplovogo-nasosa.html
  • https://cdelayremont.ru/obzor-teplovyh-nasosov
  • https://navseryki.ru/teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html
  • https://otivent.com/teplovoj-nasos-svoimi-rukami
  • https://teplo.guru/eko/tepolovi-nasos-dlya-otopleniya.html
  • https://zapodlico.ru/chto_takoe_teplovoy_nasos_i_stoit_li_ego_ustanavlivat
  • https://TrubaNet.ru/truby-dlya-otopleniya/teplovojj-nasos-dlya-otopleniya-doma.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: