В этой статье мы детально разберем, как можно самостоятельно изготовить тепловой насос для экономичного отопления загородного дома. Вы узнаете о принципах его работы, существующих разновидностях и получите практическое руководство по сборке.
Принцип работы теплового насоса
Тепловой насос – это инновационное устройство, которое позволяет использовать бесплатную тепловую энергию из окружающей среды для обогрева жилья и нагрева воды. Источником этой энергии может выступать воздух, грунт или водоемы. По своей сути, это «передатчик» тепла из одной среды в другую.
Основу конструкции составляет замкнутый фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника (испаритель и конденсатор) и систему медных трубок. Принцип действия удивительно прост и знаком каждому: обычный бытовой холодильник работает по точно такой же схеме. Он забирает тепло из своих камер и «перекачивает» его на заднюю решетку. Тепловой насос делает то же самое, но его цель – не охлаждение, а нагрев.
Как это происходит? Устройство отбирает низкопотенциальное тепло (даже при отрицательных температурах воздуха или из холодной грунтовой воды) через испаритель. Фреон внутри контура закипает, превращаясь в газ. Компрессор сжимает этот газ, что приводит к резкому росту его температуры. Затем горячий фреон проходит через конденсатор, где отдает накопленное тепло воде в системе отопления или воздуху в помещении. Охладившись, фреон снова становится жидкостью, и цикл повторяется.
Ключевое преимущество технологии – высочайшая эффективность. На работу компрессора и циркуляционных насосов тратится 1 кВт электроэнергии, а на выходе получается от 3 до 5 кВт тепловой энергии. Это не нарушает законы физики, так как энергия не создается из ничего, а переносится из внешней среды внутрь дома.
Основные виды тепловых насосов
Классификация устройств основана на источнике низкопотенциального тепла и среде, в которую это тепло передается. Рассмотрим самые распространенные типы:
1. «Воздух-вода» или «Воздух-воздух»: Самый простой в монтаже вариант. Насос забирает тепло из наружного воздуха. Его эффективность несколько снижается в сильные морозы, но современные модели работают при температурах до -25°C.
2. «Грунт-вода» (геотермальный): Самый стабильный и эффективный вид, так как температура грунта на глубине нескольких метров практически постоянна круглый год. Для сбора тепла используется либо горизонтальный коллектор (система труб, уложенных в траншеи ниже уровня промерзания), либо вертикальные зонды, погруженные в глубокие скважины.
3. «Вода-вода»: Использует тепло грунтовых вод, водоемов или сточных вод. Требует наличия близкого водоема или высокого уровня грунтовых вод.
Выбор типа зависит от условий вашего участка, бюджета и требуемой тепловой мощности.
Пошаговая инструкция по сборке теплового насоса своими руками
Создание самодельного теплового насоса – сложная техническая задача, требующая навыков в пайке, сварке и работе с холодильным оборудованием. В качестве основы часто используют компрессор от старого кондиционера или промышленного холодильника (он мощнее бытового).
Необходимые материалы и инструменты:
· Компрессор (от кондиционера предпочтительнее).
· Медные трубки для фреонового контура.
· Запорная арматура, терморегулирующий расширительный клапан (ТРВ).
· Два герметичных бака объемом 100-120 литров (для конденсатора и испарителя).
· Фреон соответствующей марки.
· Фитинги, вентили.
· Контрольные приборы: манометры, термометры.
· Циркуляционные насосы для контуров отопления и источника тепла.
· Материалы для каркаса (металлопрофиль, листовой материал).
· Инструменты для пайки меди, сварки, сборки.
Этапы сборки:
1. Изготовление теплообменников (конденсатора и испарителя).
Конденсатор (отдает тепло в систему отопления) делается из металлического бака. Медная трубка навивается в змеевик, который помещается внутрь бака. В баке также врезаются штуцеры для подачи и обратки теплоносителя отопления. Испаритель (забирает тепло из внешней среды) можно сделать аналогично или использовать пластиковый бак с змеевиком из полипропиленовой трубы для экономии.
2. Сборка фреонового контура.
Компрессор, конденсатор, испаритель и ТРВ соединяются медными трубками с помощью пайки. Крайне важно не перегреть терморегулирующий клапан во время пайки. Сборка требует аккуратности и полной герметичности.
3. Заправка фреоном.
Это ответственный этап, который лучше доверить специалисту с оборудованием для вакуумирования и заправки. Неправильное количество хладагента приведет к неэффективной работе или поломке компрессора.
4. Монтаж гидравлических контуров и электрооборудования.
К теплообменникам подключаются циркуляционные насосы: один для контура отопления дома, другой – для контура источника тепла (например, грунтового коллектора). Собирается электрическая схема управления компрессором и насосами с защитной автоматикой.
Важные технические нюансы:
· В конденсатор фреон должен подаваться сверху, а выходить снизу.
· В испаритель, наоборот, подача фреона осуществляется снизу.
· Все соединения должны быть абсолютно герметичны.
Геотермальное отопление: использование тепла земли
Наиболее эффективной основой для самодельного теплового насоса является система «грунт-вода». На глубине 1,5-2 метра температура земли стабильно держится на уровне +5…+8°C круглый год, что является отличным источником тепла.
Организовать такой источник можно двумя способами, которые реально реализовать самостоятельно:
1. Горизонтальный коллектор. Трубы (чаще всего полиэтиленовые) укладываются в траншеи ниже глубины промерзания на большой площади участка. Это требует значительных земляных работ, но дешевле бурения скважин.
2. Вертикальные зонды. В скважины глубиной 50-100 метров опускаются U-образные петли труб. Этот способ требует специального оборудования для бурения, но занимает мало места на участке и обладает самой высокой эффективностью.
Собранный тепловой насос подключается к этому грунтовому контуру и к внутренней системе отопления дома (теплые полы, радиаторы).
Преимущества геотермального отопления:
· Независимость от погодных условий и времени года.
· Высокий КПД и экономия до 80% на отоплении compared с электрическими котлами.
· Долгий срок службы системы (25+ лет для подземной части, 15-20 лет для насоса).
· Экологичность и безопасность.
Прежде чем приступать к проектированию и сборке, необходимо рассчитать теплопотери вашего дома. Чем лучше утеплено здание, тем меньшей мощности потребуется насос, что снизит как начальные затраты, так и эксплуатационные расходы. Создание теплового насоса – это сложный, но реализуемый проект для технически подготовленного человека, который может принести значительную экономию и энергетическую независимость.