Тепловой насос: 6 этапов работы аппарата

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно

Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата

Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

https://youtube.com/watch?v=2pEnKfMgf7g

Как сделать агрегат из холодильника

Холодильник — один из самых подходящих агрегатов для создания теплового насоса. Это объясняется тем, что в комплектацию прибора входит компрессор.

Подготовка схемы и чертежа

​

Перед тем как начинать строить прибор, выбирают место источника. Затем вырывается скважина или траншея для монтажа труб.

Конструкция агрегата одинакова для любого источника тепла. Схему прибора заказывают у профессионала или выбирают в интернете. На ее основании делают чертеж. В нем обозначают все расстояния, точки узлов и размеры.

Подбор необходимых деталей

Основная деталь, обеспечивающая работу конструкции, — это компрессор. Если в холодильнике он вышел из строя, приобретается новый прибор. Такие устройства реализуют мастера, специализирующиеся на ремонте холодильников. Чинить старый компрессор не рекомендуется.

Помимо компрессора, подготовьте:

• клапан терморегулирования;
• L-образные кронштейны, размером 30 см;
• герметичную емкость, сделанную из нержавеющей стали, объемом не менее 120 литров;
• емкость из пластика, объемом 90 литров;
• трубы из меди разного диаметра в количестве 3 штук;
• несколько труб из металлопластика;
• болгарку для нарезки материалов;
• сварочный аппарат для соединения труб;
• стандартный набор инструментов.

Монтаж узлов системы

• Болгаркой бак из металла разрежьте на две одинаковые части.
• Из медной трубы сделайте змеевик. Для этого трубу накрутите на цилиндрическую опалубку по спирали, не прилагая больших усилий, и снимите ее.
• Змеевик надежно зафиксируйте в одной из половин бака.
• Детали металлического бака приварите друг к другу и сделайте в емкости резьбовые отверстия.
• На стальной бак, объемом 120 литров, намотайте трубу из меди и зафиксируйте концы с помощью реек.
• К выводам подключите сантехнические переходы.
• На бак из пластика намотайте змеевик, концы зафиксируйте рейками.
• Пластиковый бак, который в системе отопления выполняет функцию испарителя, подвесьте на стену с помощью кронштейнов.

После этого соберите систему, согласно подготовленной схеме, и залейте внутрь фреон. К выбору жидкости рекомендуется подойти со всей ответственностью, в противном случае возникнут большие проблемы при ее заливке и во время эксплуатации системы. Специалисты советуют использовать состав марки R 422 или R 22.

Подключение к заборному устройству

Когда система готова, ее присоединяют к заборному устройству:

• Для приборов, работающих по принципу «вода-почва», коллектор погружается в землю, где температура выше +1 °C. На этом же уровне монтируют трубы.
• Для приборов, функционирующих по принципу «вода-вода», коллектор и трубы погружают в центр источника тепла.
• Агрегаты, работающие от воздуха, устанавливают снаружи здания.

Обзор производителей

• Daikin Altherma (EHYHBH05AV32/EHYKOMB33AA3/EVLQ05CV3). Гибридная модель со встроенным газовым котлом. Оснащается коаксиальным дымоходом. В режиме работы ТНУ внешний блок собирает тепло от воздуха. При переключении на газовое отопление, котел работает от центрального газопровода. Аппарат очень компактный и как другие модели от Daikin может работать в 3 режимах.
• Viessmann Vitocal (200-S). Отличается высокой энергоэффективностью, работает очень тихо. Управляется аппарат вручную и через мобильное приложение на телефоне. Оборудован баком косвенного нагрева, используется для отопления и получения горячей воды.
• Mitsubishi Electric (PUHZ-SHW230YKAR1) – японский тепловой насос. Генерирует тепло при температурах до -28°С, причем его эффективность не падает после достижения температуры в -15°С. Очень компактный вариант, простой в монтаже
• Panasonic (WH-UD16HE5/WH-SDC16H6E5) – обеспечивает максимальную мощность до температуры -20°С. Максимальная температура воды на выходе – +55°С. Аппарат очень экономичен, с прекрасными характеристиками. Интегрируется в любую систему отопления.
• LG (HU163.U33 + HN1639 NK3) – южнокорейская модель, работающая по принципу инверторного кондиционера. Совместима с радиаторной системой отопления и системой «теплый пол». Может использоваться для получения горячей воды и для охлаждения воздуха. Минимальная температура внешнего воздуха -20°С. В линейке есть модели, которые подключаются не только к однофазной, но и к трехфазной сети.

Самостоятельное изготовление устройства

Обзор вариантов устройства насоса Френетта позволяет понять, что принципы его работы с той или иной долей эффективности могут быть использованы в конструкциях различного типа и вида. Основная идея остается прежней: узкое пространство между элементами из металла, заполненное маслом, и вращение с помощью электродвигателя.

На схеме представлен вариант теплового насоса Френетта, который обычно используется для самостоятельного изготовления устройства. Основа конструкции – металлические диски, разделенные гайками (+)

Чтобы изготовить такое устройство надо подготовить необходимые материалы:

• полый цилиндр из металла;
• набор одинаковых стальных дисков с отверстием по центру;
• набор гаек высотой 6 мм;
• стальной стержень с резьбой:
• электродвигатель с удлиненным валом;
• подшипник;
• радиатор отопления;
• соединительные трубы.

Размеры насоса могут быть больше или меньше. Но расстояние между дисками следует выдержать точно – 6 мм. В качестве разделителей используются стандартные гайки, а стальной стержень является центром конструкции.

Его толщина должна соответствовать диаметру гайки. Если стержня с резьбой под рукой не оказалось, ее придется просто нарезать.

Металлические диски для теплового насоса Френетта должны быть чуть меньше диаметра цилиндрического корпуса, чтобы обеспечить свободное вращение и борлее эффективный нагрев теплоносителя

Очевидно, что и отверстие в дисках должно быть таким, чтобы их можно было свободно надеть на осевой стержень. Наружный диаметр дисков должен быть меньше корпуса на несколько миллиметров. Если готовых элементов под рукой не оказалось, диски вырезают самостоятельно из листового металла или поручают эту работу токарю.

Стальные диски для теплового насоса Френетта можно вырезать в домашних условиях, если в наличии имеется подходящее оборудование

Цилиндрический корпус можно сделать из старой металлической емкости подходящей конфигурации или же сварить из металла. Подойдет и обрезок широкой металлической трубы.

К торцам цилиндра приваривают стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не протекало. В верхнем и нижнем торце корпуса следует сделать дополнительные отверстия: для входа и выхода труб отопления, ведущих к радиатору.

Разумеется, все места соединения труб следует загерметизировать. Для резьбовых соединений используют специальные уплотнители: ФУМ-ленту, лен и т.п. Если решено использовать полипропиленовые трубы, понадобятся специальные фитинги и, возможно, паяльник для монтажа таких труб.

Для работы насоса Френетта высокопроизводительный электродвигатель не нужен. Подойдет устройство, снятое со старой или сломанной бытовой техники, например, с обычного вентилятора.

Чтобы стержень вращался свободно, нужен подходящий подшипник стандартных размеров. Когда все элементы подготовлены, можно начинать сборку устройства. Сначала на нижнюю часть внутри корпуса устанавливают центральную ось с подшипником. Затем на ось навинчивают разделительную гайку, затем надевают диск, снова – гайку, снова – диск и т.д.

Диски с гайками чередуют до тех пор, пока корпус не будет заполнен доверху. Еще на этапе подготовки можно сделать предварительные расчеты по количеству необходимых дисков и гаек.

Нужно к толщине гайки (6 мм) прибавить толщину диска. Высоту корпуса разделить на эту цифру. Полученное число даст сведения о нужном количестве пар “гайка+диск”. Последней устанавливают гайку.

После того, как корпус заполнен этими подвижными элементами, его заполняют жидким маслом. Тип масла значения не имеет, можно взять минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое масло, которое хорошо переносит нагрев и не застывает. После этого конструкцию накрывают верхней крышкой и аккуратно ее заваривают.

К этому моменту трубы радиатора уже обычно присоединены к крышкам. Для удобства во время дальнейшего монтажа и обслуживания устройства на трубах можно поставить два запорных крана. Теперь к валу двигателя нужно присоединить ось теплового насоса.

Систему включают в сеть, проверяют наличие протечек, оценивают характеристики работы устройства.

Изготовленный своими руками тепловой насос Френетта можно подключить к обычному чугунному или биметаллическому радиатору, который обеспечит необходимый отопительный эффект

Если все сделано правильно, ось с дисками начнет раскручиваться, разогревая находящееся внутри устройства масло. Горячий теплоноситель станет перемещаться через верхнее отверстие по трубе в радиатор отопления. Остывшее масло будет возвращаться в корпус теплового насоса по нижней трубе для повторного нагрева.

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.

Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.

Свойства и устройство

Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.

Преимущества теплонасоса:

• не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
• нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
• нет необходимости дополнительных коммуникаций;
• абсолютно пожаро — и взрывобезопасный;
• полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
• сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.

Алгоритм изготовления своими руками

Правила изготовления агрегата:

• Определитесь с источником, от которого будет работать контур отопления. В областях с суровым климатом советуют использовать источники, расположенные под землей, в регионах с теплым климатом энергию можно получать из воздуха.
• Выполните расчет мощности агрегата. Она зависит от качества утепления дома. Если здание не обшито утеплителем, то рекомендуемая мощность прибора — 70 Вт/м2. Только такой агрегат создаст комфортный микроклимат внутри здания. Для домов, утепленных современным материалом, подойдет мощность в 45 Вт/м2. В здании, утепленном по специальной технологии, не используется мощный агрегат. Рекомендуют брать мощность в 25 Вт/м2. Если мощность увеличить, то внутри помещения будет слишком высокая температура.
• Подготовьте основное и дополнительное оборудование.
• Выполните монтаж узлов и сборку системы. После этого подключите ее к источнику.

Типы теплообменников

В обозначении типа теплообменника теплового насоса первый показатель определяет способ устройства внешнего контура системы теплоснабжения, а второй – устройство внутреннего контура.

«Вода — вода»

В теплообменниках данного типа забор тепла осуществляется из водных объектов (скважина, река, озеро и т.д.), энергии солнца или иных объектов. В первичном контуре циркулирует теплоноситель – вода, либо иная жидкость. Циркуляция осуществляется путем создания давления посредством установки насоса.

Контур может быть замкнутым или разомкнутым, какой вариант выбрать определяется типом теплоносителя. В тепловом насосе, во внутреннем контуре, циркулирует фреон, который получая энергию от внешнего контура испаряется, поступает на конденсатор, где отдает полученное тепло теплоносителю потребителя.

«Вода – воздух»

В теплообменниках этого типа энергия собранная в наружном контуре, в котором циркулирует жидкость (вода или иной энергоноситель), поступает в теплообменники теплового насоса, где передается воздуху внутри помещения.

«Воздух – воздух»

В теплообменниках данного типа наружный контур размещается на наружной стороне здания, он является испарителем в этой конструкции насоса. Тепло наружного воздуха нагревает хладагент, который испаряется. Далее, проходя через компрессор сжимается и поступает на внутренний блок – конденсатор, который располагается внутри здания. Конденсатор отдает тепло воздуху внутри помещения в котором находится, хладагент вновь поступает на испаритель.

«Воздух – вода»

В теплообменнике данного типа тепловая энергия забирается из наружного воздуха. Воздух поступает в компрессор, где под действием давления повышается его температура, после чего поступает в теплообменник. В теплообменнике происходит конденсация подаваемого воздуха и передача энергии энергоносителю отопительной системы потребителя.

«Земля – вода»

Теплообменники данного типа основаны на получении энергии земли и передачи ее потребителям. В замкнутом наружном контуре, расположенном ниже уровня промерзания, циркулирует рассол (антифриз). Циркуляция осуществляется посредством установки насоса. Рассол поступает на конденсатор теплового насоса, где передает полученную энергию хладагенту, который в свою очередь передает ее системе отопления потребителя путем конденсации в теплообменнике насоса.

«Земля – воздух»

В теплообменниках этого типа тепловая энергия полученная рассолом, циркулирующим в наружном контуре, который расположен под поверхностью земли, передается в камерах теплообменника воздуху внутри помещения.

Обогрев кондиционером зимой: плюсы и минусы

Кондиционер – это специальный бытовой прибор, предназначенный для охлаждения воздуха. Производители климатической техники оснащают современные сплит-системы функцией обогрева, что позволяет владельцу эксплуатировать кондиционер не только летом, но и в холодное время года, создавая в помещении теплую комфортную атмосферу. Благодаря встроенной системе настроек пользователь может устанавливать необходимую температуру воздуха в помещении.

Опция обогрева – неоспоримый плюс климатических систем. Но есть и минусы.

Особенности и недостатки обогрева кондиционером:

1. Кондиционер не является полноценным прибором отопления, поэтому многие производители рекомендуют использовать их в качестве дополнительного источника тепла или для обогрева комнат в межсезонье, когда еще не работает центральная отопительная система. Но если подобрать кондиционер с достаточной мощностью с расчетом на отапливаемую площадь помещения, такой прибор вполне заменит обычные радиаторы.
2. Сплит-системы нельзя эксплуатировать на обогрев, если температура на улице ниже критического температурного показателя, указанного в инструкции пользователя. Как правило, максимальным значением многих моделей является –100, –150. Таким образом, для многих северных регионов России холодная зимняя погода становится серьезным препятствием для эксплуатации климатического оборудования на обогрев. Единственный выход – приобретение специального зимнего комплекта для подключения к кондиционеру, позволяющего эксплуатировать оборудование при высоких минусовых температурах.
3. В южных регионах, где температура воздуха зимой редко опускается ниже –100, такой прибор может стать полноценным источником тепла с учетом правильно подобранной мощности.
4. Кондиционер работает от электросети и при его эксплуатации расходуется определенное количество энергии. В зимний сезон прибор работает на большой мощности и затрачивает больше энергии. Владельцу рекомендуется заранее просчитать, насколько выгодна ему будет эксплуатация кондиционера на обогрев или все же в зимний сезон дешевле отапливаться конвекторами или другими видами обогревателей.

Теплопоступление от солнечной радиации.

Для остекленных поверхностей

где: F_O — площадь поверхности остекления, м2;q_O — величина солнечной радиации в ккал/(м2 × ч) через 1 м2 поверхности остекления, зависящая от её ориентации по странам света;1,16 — переводной коэффициент из ккал/ч в Вт.

Солнечная радиация q_o через остекленные поверхности в ккал / (м2 × ч) (при А_о  = 1)

Характеристика остекленной поверхности	Страны света и широты
Юг	Юго-восток и юго-запад	Восток и запад	Северо-восток и северо-запад
35°	45°	55°	65°	35°	45°	55°	65°	35°	45°	55°	65	35°	45°	55°	65
Окна с двойным остеклением (две рамы):
С деревянными переплетами….	110	125	125	145	85	110	125	145	125	125	145	145	65	65	65	60
С металлическими переплетами…..
Фонарь с двойным вертикальным остеклением прямоугольный тип Шеда):	140	160	160	180	110	140	160	180	160	160	180	180	80	80	80	80
С металлическими переплетами…..	130	160	160	170	110	140	170	170	160	160	180	180	85	85	85	80
С деревянными переплетами….	120	145	145	150	100	125	150	150	145	145	160	160	75	75	5	70

Примечание. Для остекленных поверхностей, ориентированных на север q_O = 0 .

А_О — коэффициент, зависящий от характеристики остекления.

Значение коэффициента А_О.

Характеристика остекления	АО
Остекление с одной рамой:
двойное	1,15
одинарное	1,45
Загрязнение стекла:
обычное	0,8
обычное	0,7
Забелка окон	0,6
Остекление с матовыми стеклами	0,4
Внешнее зашторивание окон	0,25

Для покрытий

где: F_П — площадь поверхности покрытия, м2;q_П — величина солнечной радиации в ккал / (м2 × ч) через 1 м2 поверхности покрытия.

Величина солнечной радиации в ккал / (м2 × ч) через 1 м2 поверхности покрытия

Характеристика покрытия и широта	qП
При бесчердачном покрытии для широт:
35°	20
45°	18
55°	15
65°	12
При покрытии с чердаком для всех широт	5

К_П — коэффициент теплопередачи покрытия должен быть не выше 0,8 ккал / (м2 × ˚С);1,16 — переводной коэффициент из ккал / ч в Вт.

Основные характеристики

При выборе модели ТН следует учитывать:

• выходную тепловую мощность;
• коэффициент трансформации тепловых насосов;
• условный кпд;
• годовую эффективность и издержки.

Выходная мощность

При создании нового проекта дома учитывают его потребности в тепле с учетом конструктивных особенностей материалов, создающих теплопотери через стены, окна, двери, потолок и пол помещений различных габаритов. Расчет учитывает создание комфорта при самых низких морозах в конкретной местности.

Потребляемая тепловая мощность здания выражается в кВт. Она должна покрываться вырабатываемой энергией теплового насоса. Однако часто при расчетах делают упрощение, позволяющее экономить: длительность самых холодных дней в течение года не превышает нескольких недель. На этот период подключается дополнительный источник тепла, например, ТЭНы, подогревающие воду в котле.Они работают только в критических ситуациях при морозах, а в остальное время отключены. Это позволяет использовать ТН с меньшими мощностями.

Возможности конструкций

Для справки. Модели выходной мощности 6÷11 кВт «рассольно-водяных» схем способны нагревать воду встроенных баков в относительно небольших постройках. Мощность в 17 кВт достаточна для поддержания температуры воды 65ºС у котла с емкостью 230÷440 литров. Потребности в тепле средних по величине зданий покрывают мощности 22÷60 кВт.

Коэффициент трансформации тепловых насосов Ктр

Он определяет эффективность конструкции по безразмерной формуле:

Kтр=(Твых-Твх)/Твых

Величина «Т» обозначает температуру теплоносителей на выходе и входе в конструкцию.

Коэффициент преобразования энергии (ͼ)

Его рассчитывают для определения доли полезной мощности тепла по отношению к приложенной энергии на компрессор.

ͼ=0,5Т/(Т-То)=0,5(ΔТ+То)/ΔТ

Для этой формулы температура потребителя «Т» и источника «То» определяется в градусах Кельвина.

Величину ͼ можно определить по количеству затраченной энергии на работу компрессора «Рэл» и полученной полезной теплопроизводительности «Рн». В этом случае его называют «СОР» по сокращению от английского термина «Coefficient of perfomance».

ͼ=Рн/Рэл

Коэффициент ͼ — переменная величина, зависимая от перепада температур между источником и потребителем. Он обозначается цифрами от 1 до 7.

Условный КПД

Некоторые продавцы в рекламных целях «называют» показатель СОР термином КПД и заявляют, что он больше единицы и составляет 400 или 500%.

Это неверное утверждение: коэффициент полезного действия учитывает потери мощности при работе конечного устройства.Для его определения надо выходную тепловую мощность разделить на приложенную с учетом энергии геотермальных источников. При таком расчете вечного двигателя не получится.

Годовая эффективность и издержки

Коэффициент СОР оценивает работу теплового насоса в определенный момент времени при конкретных условиях эксплуатации. Чтобы проанализировать работу ТН, введен показатель эффективности системы за год (β).

β=Qwp/WeІ

Здесь символ Qwp обозначает величину тепловой энергии, произведенной за год, а Wel — значение потребленного электричества установкой за то же время.

Показатель издержек Eq

Эта характеристика обратна показателю эффективности.

Eq=1/β

Для определения характеристик ТН используется специализированное программное обеспечение и заводские стенды.

Выводы и полезное видео по теме

У нас тепловые насосы пока еще не особенно распространены, однако уже можно найти умельцев, способных поделиться опытом самостоятельного изготовления подобных систем. Предлагаем подборку полезных видеоматериалов.

Особенности подключения, эксплуатации самодельного теплового насоса:

Видеоотзыв о работе самодельной отопительной системы из кондиционера:

Схемы обогрева с теплонасосами не всегда рентабельны и удобны, поэтому обязательно взвесьте плюсы и минусы отопления этого типа.

Если придете к выводу, что такая система подойдет для вашего дома, не торопитесь тратить огромные суммы на готовую установку и соберите конструкцию самостоятельно. Это не так уж и сложно, требует гораздо меньших денежных вложений, а эффект может превзойти все ожидания.

Собираетесь собрать тепловой насос собственноручно, но не знаете с чего начать? Или может уже доводилось собирать подобную конструкцию и есть необходимые знания, которыми вы можете поделиться с нашими читателями? Оставляйте, пожалуйста, комментарии, задавайте вопросы в расположенном ниже блоке.

Рассмотрим варианты изготовления теплового насоса своими руками

Итоги

Несомненно, стоимость теплового насоса из кондиционера в разы ниже готовых заводских вариантов, даже китайского производства. Но нюансов тут море: нужно позаботиться об источнике и количестве подаваемого тепла, правильно рассчитать длину теплообменников (змеевиков), установить автоматику, обеспечить гарантированное питание, и т.д. Но если вы в состоянии решит эти проблемы, то это, несомненно, выгодно. Позволим дать вам совет: в первый год очень желательно иметь резервное отопление, а испытания и пробный пуск, лучше проводить еще летом, чтобы было время на доработку агрегата до начала отопительного сезона.