Тепловой насос своими руками: из холодильника, кондиционера

Работа ТН по принципу очень схожа с функционированием простого холодильника. Морозильный прибор, чтобы создать внутри себя низкую температуру, выкачивает тепло из своих камер и через радиаторы передает ее наружу. ТН действует по аналогичному принципу: получает тепло из воды или грунта и передает его в радиаторы для отопления помещений или бассейна.

Как работает тепловой насос?

Тепловой насос для отопления дома своими руками имеет довольно простой принцип работы. Основные составляющие системы следующие:

  1. Насос тепловой.
  2. Заборное устройство.
  3. Устройство, занимающееся распределением тепла.

Все насосы работают по «цикл Карно», который заключается в следующем: в коллектор податься температуростойкая жидкость, которая не будет замерзать при снижении температурных показателей. Она забирает тепловую энергию и перемещает ее к насосу.

Попадая в испаритель, энергия взаимодействует с хладогеном, в результате чего образуется пар. Давление увеличивается, температурные показатели подымаются. Тепловая энергия передается в помещение, хладаген становится жидким и вновь направляется в коллектор, таким образом, получается замкнутая система.

Расчет параметров системы

Мощность, которую потребует самодельный тепловой насос, можно рассчитать из соотношения:

R = (k * v * T)/860, где

R мощность, необходимая для обогрева помещения

k коэффициент для учета тепловых потерь зданием (1 – качественно утепленное помещение, 4 – дощатый барак);

v – общий объем помещения, подлежащего отоплению;

T наибольший перепад температур внешнего мира и внутридомового пространства;

860 – коэффициент перевода результата расчета в кВт из ккал.

В качестве примера приведем расчет для дома 200 квадратных метров с высотой потолков 2,8 метра:

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

Целесообразно использовать теплонасос с запасом мощности 10 – 12%, то есть – порядка 35 кВт.

Нужно обратить внимание на такой показатель, как разность наружной и внутренней температур. Если брать подогретый воздух из окружающего пространства с температурой порядка 7оС, показатель разности составит (22 – 7) 15 градусов, а мощность теплонасоса составит 9,8 кВт. Сравните два этих показателя и почувствуйте разницу при использовании тепла окружающего пространства.

Принцип действия – обобщенная схема

Чтобы понять принцип действия теплового насоса, ознакомимся вначале с обобщенной схемой его устройства. Благодаря этому, у нас появится возможность двигаться от простого к сложному.

Принцип действия – обобщенная схема

Разбираемся с принципом действия теплового насоса

Начать следует с замкнутого контура. В этом контуре движется газ, который циркулирует благодаря компрессору. Согласитесь, сейчас у данной конструкции практически нет никаких функций, однако если оборудовать ее некоторыми компонентами, то можно получить функционирующий тепловой насос.

Принцип действия – обобщенная схема

Замкнутый контур

В первую очередь, добавляем в нашу схему расширительный клапан.

Принцип действия – обобщенная схема

Добавлен расширительный клапан

Читайте также:  Ремонт газовых колонок "Вектор Люкс" своими руками: обзор типовых поломок и их способов их устранения

Сейчас в нашем контуре имеются две области — высокого и низкого давления. Вместе с тем, мы можем наблюдать немаловажный физический эффект: сжимающийся газ нагревается, а во время снижения давления, напротив, его температура снижается.

Принцип действия – обобщенная схема

Контур состоит из двух областей

Максимальная в данном случае температура наблюдается в точке, где газ выходит из компрессора.

Принцип действия – обобщенная схема

Температура газа на выходе из компрессора самая высокая

Наименьшая же температура наблюдается на выходе из расширительного клапана.

Принцип действия – обобщенная схема

Температура газа на выходе из расширительного клапана самая низкая

Далее в систему добавляем пару теплообменников.

Принцип действия – обобщенная схема

В систему добавлены теплообменники

Газ, у которого высокая температура, при прохождении через теплообменник будет большую часть тепла отдавать внешнему потребителю. Вместе с тем, газ, температура которого низкая, при прохождении через теплообменник, напротив, будет поглощать тепловую энергию из наружного источника.

Принцип действия – обобщенная схема

Прохождение горячего газа через теплообменник

Конструкция, которая у нас получилась, имеет все функции, которые должны присутствовать у теплового насоса. Но чтобы она была полноценной, необходимо оснастить ее источником низкотемпературного тепла, а также выполнить подключение к отопительной системе.

Принцип действия – обобщенная схема

У этой конструкции имеются все функции теплового насоса

Самым оптимальным для нашего региона вариантом является применение геотермальных зондов, которые и будут служить источниками упомянутого выше низкотемпературного тепла.

Принцип действия – обобщенная схема

Использование геотермальных зондов

Что же касается отопительных приборов, то в качестве таковых могут использоваться батареи, теплые полы/стены.

Принцип действия – обобщенная схема

Подключение к отопительным приборам

Эффективность фанкойлов

Так появились новое название чиллера, работающего на тепло, – тепловой насос. Помимо использования электричества или применения природных ископаемых для получения тепла, был получен еще один способ получения тепла, причем в 2-4 четыре раза эффективнее, чем прямое использование электричества в нагревательных приборах. Теплота, которая в последующем идет на нагрев воздуха, проходящего через фанкойл, получается в результате работы холодильного контура, а в частности, от работы компрессора при сжатии холодильного агента. На выходе из компрессора холодильный агент может выходить с температурой от +60 ℃ до +100 ℃. Эта теплота идет в дальнейшем на нагрев воды, которая и поступает в фанкойл, а далее и на воздух. Так как работа на тепло предусматривается и в зимний период, то, для исключения замерзания воды, ее меняют на любую жидкость, которая не замерзает при низких температурах, тогда и в фанкойлы будет поступать эта же жидкость. В таких ситуациях первоначальный подбор и расчеты должны быть сделаны именно для той жидкости, которая в дальнейшем будет заливаться. Замена одной жидкости на другую уже во время эксплуатации запрещена. Эффективность работы системы теплоснабжения на основе незамерзающих жидкостей будет ниже из-за их повышенной вязкости, что влечет за собой дополнительные потери на сопротивление при теплообмене.

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.

Отзывы владельцев тепловых насосов можно прочитать здесь:

Как самостоятельно изготовить такое устройство?

Самым практичным для обогрева жилищ считается модель теплового насоса Френетта, в которой отсутствует вентилятор и внутренний цилиндр. Вместо этого используется множество металлических дисков, которые вращаются внутри прибора. Роль теплоносителя выполняет масло, которое поступает в радиатор, охлаждается и затем возвращается в систему. Работа такого устройства убедительно продемонстрирована в видеоматериале:

Для знающих английский язык может пригодиться такое видео:

Изготовить тепловой насос по принципу Евгения Френетта в домашних условиях не сложно. Для этого понадобится:

  • металлический цилиндр;
  • стальные диски;
  • гайки;
  • стальной стержень;
  • небольшой электромотор;
  • трубы;
  • радиатор.

Диаметр стальных дисков должен быть немного меньше диаметра цилиндра, чтобы между стенками корпуса и вращающейся частью был небольшой зазор. Количество дисков и гаек зависит от размеров конструкции. Диски последовательно нанизывают на стальной стержень, разделяя их гайками. Обычно используются гайки, высота которых составляет 6 мм. Цилиндр следует заполнить дисками до верха. На стальной стержень наносят наружную резьбу по всей его длине. В корпусе делают два отверстия для теплоносителя. Через верхнее отверстие разогретое масло будет поступать в радиатор, а снизу оно будет возвращаться в систему для дальнейшего нагрева.

В качестве теплоносителя разработчики устройства рекомендуют использовать жидкое масло, а не воду, поскольку температура кипения такого масла в несколько раз выше. При быстром нагреве вода может превратиться в пар и в системе возникнет избыточное давление, что может привести к повреждению конструкции.

Как самостоятельно изготовить такое устройство?

Это примерная схема конструкции теплового насоса Френетта, которую не сложно реализовать с помощью подручных средств и доступных материалов

Читайте также:  Геотермальное отопление и принцип работы геотермального насоса

Для монтажа стержня с резьбой также понадобится подшипник. Что касается электродвигателя, подойдет любая модель, обеспечивающая достаточное количество оборотов, например, рабочий двигатель от старого вентилятора.

Процесс сборки устройства происходит следующим образом:

  1. В корпусе проделывают два отверстия для труб отопления.
  2. По центру корпуса устанавливают стержень с резьбой.
  3. На резьбу навинчивают гайку, ставят диск, навинчивают следующую гайку и т. д.
  4. Монтаж дисков продолжают до заполнения корпуса.
  5. В систему заливают жидкое масло, например, хлопковое.
  6. Корпус закрывают и фиксируют стержень.
  7. К отверстиям подводят трубы радиатора отопления.
  8. К центральному стержню присоединяют электродвигатель, который обеспечивает вращение.
  9. Включают прибор в сеть и проверяют его работу.

Чтобы улучшить работу теплового насоса этого типа и сделать его использование более удобным и экономичным, рекомендуется применить систему автоматического включения-отключения для двигателя. Управляется такая система с помощью термодатчика, который крепят прямо на корпус устройства.

Принцип работы теплонасоса

Особенностью тепловых насосов является то, что они работают на природных источниках энергии. Для рассеивания тепла насосу не требуется дизельное топливо, электричество или твердое топливо.

В качестве источников энергии используются вода, атмосфера и почва. Насосы не вырабатывают тепло, а просто транспортируют его в здание. Он потребляет небольшое количество электроэнергии.

Для обеспечения дома теплом необходим только тепловой насос и источник тепла. Принцип работы системы аналогичен принципу работы обычного холодильника, но наоборот. В этом случае тепло отводится снаружи и передается в дом.

Важный момент: основным элементом альтернативной системы отопления является тепловой насос, поэтому к его конструкции следует подходить очень осторожно.

Насос состоит из следующих элементов:

Функции теплового насоса типа «воздух-воздух»: ://-:html.

  • Компрессор, который является промежуточным элементом системы;
  • испарителя. Он передает низкопотенциальную энергию;
  • Дроссельный клапан, возвращающий хладагент (фреон) в испаритель;
  • конденсатор, в котором фреон охлаждается и выделяется тепло.

Насос работает по определенному принципу. Похоже на то:

Принцип действия теплового насоса. (Нажмите для увеличения)

  1. Низкопотенциальное тепло, вырабатываемое внешними источниками энергии, передается испарителю по трубам — первому элементу конструкции насоса. Тепло передается через хладагенты, способные выдерживать низкие температуры без замерзания.
  2. Тепло передается хладагенту, который циркулирует по замкнутому контуру системы. Фреон часто используется в качестве хладагента.
  3. Компрессор имеет высокое давление на фреон, что значительно повышает его температуру.
  4. На следующем этапе хладагент поступает в конденсатор, где тепло передается в нагревательный контур. Это позволяет теплу проникать в помещение, а фреон охлаждается и возвращается в жидкое состояние.
  5. Фреон возвращается в испаритель через редукционный клапан давления, где процесс повторяется.

Исходя из принципа работы насоса, электричество расходуется только на работу компрессора. Это делает тепловой насос самым экономичным видом теплообмена.