Теплові насоси своїми руками

46

Людство з найдавніших часів «звикло» використовувати наявні природні енергоносії, які просто спалюються для отримання тепла або для перетворення в інші види енергії. Навчилися люди застосовувати і прихований потенціал водних потоків – почали від водяних млинів і дійшли до потужних гідроелектростанцій. Однак те, що здавалося цілком достатнім ще сотню років тому, сьогодні вже не може задовольнити потреби зростаючого населення Землі.

Теплові насоси своїми руками

По-перше, природні «комори» все ж не бездонні, і видобуток енергоносіїв з кожним роком стає все складніше, перебираючись у важкодоступні регіони або навіть на морські шельфи. По-друге, спалювання природного сировини завжди пов’язане з викидами продуктів згоряння в атмосферу, що при нинішніх величезних обсягах таких викидів вже поставило планету на межу екологічного лиха. Енергії гідроелектростанцій недостатньо, та і порушення гідрологічного балансу річок також тягне за собою масу негативних наслідків. Ядерна енергетика, на яку колись дивилися, як на «панацею», після цілого ряду резонансних техногенних катастроф викликає масу питань, а в багатьох регіонах планети будівництво АЕС просто заборонено законодавчо.

Однак, є й інші, практично невичерпні джерела енергії, які стали широко використовуватися порівняно недавно. Сучасні технології дозволили досить ефективно застосовувати для отримання електрики або тепла енергію вітру, сонячного світла, океанських припливів і т. п. Одним з альтернативних джерел є і теплова енергія земних надр, водойм, атмосфери. Саме на використанні таких джерел заснована робота теплових насосів. Подібне обладнання для нас поки ще входить в розряд «екзотичних новинок», а в той же час саме таким способом опалюють своє житло дуже багато жителів Європи – наприклад, в Швейцарії та країнах Скандинавії кількість будинків з подібними системами перевалило за 50%. Поступово починає такий вид отримання тепла практикуватися і на російських просторах, хоча ціни на придбання високотехнологічного комплекту обладнання поки виглядають дуже страшними. Але, як завжди, знаходяться майстри-ентузіасти, які проявляють свої творчі здібності і збирають теплові насоси своїми руками.

Публікація нацелена те, щоб читач зміг ближче розглянути принцип дії і пристрій базова теплових насосів, дізнатися про тих перевагах і недоліках. Крім того, буде розказано про успішних дослідах створення діючих установок своїми силами.

Зміст статті

  • 1 Принцип дії теплового насоса
  • 2 Джерела низькопотенційної енергії
    • 2.1 А. Використання теплової енергії грунтів
    • 2.2 Б. Теплова енергія з свердловин
    • 2.3 Ст. Використання водойм в якості джерел тепла
    • 2.4 Р. Забір тепла з повітря
    • 2.5 Відео: корисна інформація з теорії та практики використання теплових насосів
  • 3 Загальні переваги і недоліки теплових насосів
  • 4 Можна зібрати тепловий насос своїми руками?
    • 4.1 Відео: виготовлення теплового насоса з використанням готових теплообмінників
    • 4.2 Відео: як майстер удосконалює власноруч створений тепловий насос

Принцип дії теплового насоса

Не всі про це замислювалися, але навколо нас – чимало джерел тепла, які «працюють» цілий рік і цілодобово. Для прикладу – навіть у найлютіші морози температура під льодом замерзлого водойми все одно залишається позитивною. Та ж картина і при заглибленні в товщу грунту – нижче межі його промерзання температура практично завжди стабільна і приблизно дорівнює середньорічній, характерною для даного регіону. Чималий тепловий потенціал несе в собі і повітря.

Теплові насоси своїми руками

Приблизний графік розподілу температури в товщі грунту

Можливо, когось підривали зовсім, здавалося б, невисокі температури води, ґрунту або повітря. Так, вони відносяться до низькопотенційного джерела енергії, але їх головний «козир» стабільність, а сучасні технології, засновані на законах теплофізики, дозволяють навіть незначну різницю перетворювати в необхідний нагрів. Та й, погодьтеся, коли на вулиці взимку варто мороз до 20 градусів, а нижче рівня промерзання грунт має 5 ÷ 7 градусів, то такий амплітудний перепад вже досить пристойний.

Саме це властивість безперервності надходження низькопотенційної енергії закладено в схему теплового насоса. По суті, цей агрегат є пристроєм, який «перекачує» і «концертує» тепло, забираемое з невичерпного джерела.

Можна провести певну аналогію з усім знайомим холодильником. Продукти, які укладаються для охолодження та зберігання і потрапляє в камеру при відкритті дверцят повітря – теж мають не дуже високу температуру. Але якщо доторкнутися до теплообмінної решітці конденсатора на задній стінці холодильника, то вона або дуже тепла, або навіть гаряча.

Теплові насоси своїми руками

Прообраз теплового насоса — знайомий всім холодильник, решітка конденсатора якого при роботі нагрівається.

Так чому б не використовувати цей принцип для нагріву теплоносія? Звичайно з холодильником аналогія не пряма – там немає стабільного зовнішнього джерела тепла, і по більшій мірі витрачається електроенергія. Але у випадку з тепловим насосом таке джерело можна знайти (організувати), і тоді це вийде «холодильник навпаки» основна спрямованість агрегату буде саме на отримання тепла.

За яким принципом працює тепловий насос?

Він являє собою систему з трьох контурів з циркулюючими за ним теплоносіями.

Теплові насоси своїми руками

Принципова схема роботи теплового насоса, включеного в систему опалення будинку

  • В самому корпусі теплового насоса (поз. 1) розміщені два теплообмінника ( поз. 4 і 8), компресор (поз. 7), контур циркуляції холодоагенту (поз. 5), прилади регулювання та управління.
  • Перший контур (поз. 1) з власним циркуляційним насосом (поз. 2) розміщений (завантажений) у джерела низькопотенційного тепла (про їх пристрої буде сказано нижче). Отримуючи теплову енергію від зовнішнього джерела безперебійного (показано широкою рожевою стрілкою), підігріваючись всього на кілька градусів (зазвичай, при використанні зондів або колекторів у ґрунті або у воді – до 4 ÷ 6 °С), що циркулює теплоносій потрапляє в теплообмінник-випарник (поз. 4). Тут відбувається первинна передача тепла, отриманого ззовні.
  • Холодоагент, що використовується у внутрішньому контурі насоса (поз. 5), має вкрай низьку температуру кипіння. Зазвичай тут застосовується один з сучасних, безпечних для навколишнього середовища фреонів, або двоокис вуглецю (по суті – зріджений вуглекислий газ). На вхід у випарник (поз. 6) він підходить у рідкому стані, при зниженому тиску це забезпечує регульований дросель (поз. 10). Особлива форма вхідного отвору капілярного типу і форма випарника сприяють практично миттєвого переходу холодоагенту в газоподібний стан. За законами фізики, випаровування завжди супроводжується різким охолодженням і поглинанням навколишнього тепла. Так як ця ділянка внутрішнього контуру розташований в одному теплообміннику з першим контуром, то фреон відбирає теплову енергію від теплоносія, одночасно охолоджуючи його (широка помаранчева стрілка). Охолоджені теплоносій продовжує циркуляцію, і знову набирає теплову енергію із зовнішнього джерела.
  • Холодоагент вже в газоподібному стані, переносячи передане йому тепло, потрапляє в компресор (поз. 7), де під впливом стиснення його температура різко піднімається. Далі, він потрапляє в наступний теплообмінник (поз. 8), в якому розташований конденсатор і труби третього контуру теплового насоса. (поз. 11).
  • Тут відбувається повністю протилежний процес – холодоагент конденсується, переходячи в рідкий стан, при цьому віддаючи свій нагрів теплоносія третього контуру. Далі, в рідкому стані при високому тиску він проходить через дросель, де тиск знижується, і цикл фізичних перетворень агрегатного стану хладагента повторюється знову і знову.
  • Тепер переходить до третього контуру (поз. 11) теплового насоса. Йому через теплообмінник (поз. 8) віддається теплова енергія від розігрітого компресією хладагента (широка червона стрілка). Цей контур має власні циркуляційний насос (поз. 12), що забезпечує рух теплоносія по трубах опалення. Однак набагато розумніше використовувати ще і акумулюючу, ретельно ізольовану буферну ємність (поз. 13), в якій буде накопичуватися передане тепло. Накопичений запас теплової енергії витрачається для потреб опалення та гарячого водопостачання, витрачаючись поступово, у міру потреби. Подібна міра дозволяє підстрахуватися на випадок перебоїв в електроживленні або використовувати більш дешевий нічний тариф на електроенергію, необхідну для роботи теплового насоса.
Теплові насоси своїми руками

Підвищити економічність опалення допоможе акумулятор тепла

Якщо встановлюється буферний акумулюючий бак, то до нього вже підводиться контур опалення (поз. 14) з власним циркуляційним насосом (поз. 15), що забезпечує переміщення теплоносія по трубах системи (поз. 16). Як уже говорилося, може бути і другий контур, який забезпечує подачу гарячої води для побутових потреб.

Тепловий насос не може працювати без електроживлення – воно потрібне для функціонування компресора (широка зелена стрілка), так і циркуляційні насоси по зовнішніх контурах також споживають електроенергію. Однак, як запевняють розробники і виробники теплових насосів, споживання електрики незрівнянно з одержуваним «обсягом» теплової енергії. Так, при правильній збірці і оптимальних умовах експлуатації, часто ведеться розмова про 300 і більше відсотках ККД, тобто при витраченому кіловат електрики тепловий насос може дати «на-гора» 4 кіловата теплової енергії.

Насправді подібне твердження про ККД трохи некоректно. Закони фізики ніхто не відміняв, і ККД понад 100% така ж утопія, як і «perpetummobile» вічний двигун. Мова в даному випадку йде про раціональне використання електрики в цілях «перекачування» і перетворення енергії, що надходить з невичерпного джерела. Тут доречніше використовувати поняття СОР (від англійського «coefficient of performance») що в російській мові частіше називається «коефіцієнтом перетворення теплоти». У цьому випадку, дійсно, можуть вийти значення, що перевищують одиницю:

COР = Qп / А, де:

COР – коэффициент преобразования теплоти;

Qп – кількість теплової енергії, отримана споживачем;

А – робота, виконана компресорною установкою.

Теплові насоси своїми руками

Схема розподілу потоків енергії

Існує ще один нюанс, про який часто просто забувають – визначеного витрати енергії для нормального функціонування насоса вимагає не тільки компресор, але і циркуляційні насоси по зовнішніх контурах. Споживана потужність у них, звичайно, значно менше, але, тим не менш, її теж можна врахувати, а цього часто в маркетингових цілях просто не робиться.

Отримане сумарно кількість теплової енергії може витрачатися:

Теплові насоси своїми руками

Для яких цілей може використовуватися енергія, отримана тепловим насосом?

1 – оптимальне рішення – це система теплих водяних підлог. Як правило, теплові насоси дають «підйом» температури до рівня приблизно в 50 ÷ 60 °С це достатньо для підігріву підлоги.

2 – гаряче водопостачання будинку. Зазвичай в системах ГВП температура на такому рівні і підтримується – близько 45 ÷ 55 °С.

3 – а ось для звичайних радіаторів такого нагріву буде явно недостатньо. Вихід – збільшувати кількість секцій або ж використовувати спеціальні низькотемпературні радіатори. Допоможуть вирішити питання і опалювальні прилади конвекційного типу.

4 – одна з найважливіших переваг теплових насосів – можливість їх переключення на «протилежний» режим роботи. У літній час такий агрегат може виконувати функцію кондиціонування повітря – відбираючи тепло з приміщень і переносячи його в грунт або водоймище.

Джерела низькопотенційної енергії

Які ж джерела низькопотенційної енергії здатні використовувати теплові насоси? У цій ролі можуть виступати гірські породи, ґрунт на різній глибині, вода з природних водойм, колодязів або підземних водоносних горизонтів, атмосферне повітря або теплі повітряні потоки, що відводяться з будівель або від промислових технологічних комплексів.

А. Використання теплової енергії грунтів

Як уже говорилося, нижче рівня промерзання грунту, характерного для даного регіону, температура ґрунту відрізняється стабільністю протягом усього року. Це і використовується для роботи теплових насосів за схемою «грунт – вода».

Теплові насоси своїми руками

Принципова схема відбору енергії «грунт — вода»

Для створення такої системи готуються спеціальні поверхневі теплові поля, на яких знімаються верхні шари грунту на глибину близько 1,2 ÷ 1,5 метрів. В них укладають контури, виконані з пластикових або металопластикових труб діаметром, як правило, 40 мм. Ефективність знімання теплової енергії залежить від місцевих кліматичних умов і від загальної протяжності створюваного контуру.

Орієнтовно, для середньої смуги Росії, можна оперувати такими співвідношеннями:

  • Сухі піщані грунти 10 Вт енергії з одного погонного метра труби.
  • Сухі глинисті грунти – 20 Вт/м.
  • Вологі глинисті грунти – 25 Вт/м.
  • Глиниста порода з високим розташуванням грунтових вод – 35 Вт/м.

При всій простоті такого теплообміну, спосіб аж ніяк не завжди є оптимальним рішенням. Справа в тому, що він припускає дуже значні об’єми земляних робіт. Те, що виглядає простою схемою – значно складніше в практичному виконанні. Посудіть самі – для того, щоб «зняти» з підземного контуру навіть всього 10 кВт тепловой енергії на глинистому грунті потрібно близько 400 метрів труби. Якщо ще враховувати обов’язкове правило, що між витками контуру повинен бути інтервал не менше 1,2 метрів, то для укладання буде необхідний ділянку площею 4 сотки (20 × 20 метрів).

Теплові насоси своїми руками

Закладка поля для відбору тепла з грунту — надзвичайно масштабна і трудомістка задача

По-перше, далеко не у всіх є можливість виділити таку територію. По-друге, на цій ділянці повністю виключаються будь-які споруди, так як велика ймовірність пошкодження контуру. І по-третє – відбір тепла з грунту, особливо при неякісно проведених розрахунках, може не пройти безслідно. Не виключено ефект переохолодження ділянки, коли літнє тепло не зможе повністю відновити температурний баланс на глибині залягання контуру. Це може негативно позначитися на біологічному балансі в поверхневих шарах грунту, і в результаті деякі рослини просто не будуть рости на переохолодженому ділянці – такий своєрідний локальний ефект «льодовикового періоду».

Б. Теплова енергія з свердловин

Навіть невеликий розмір ділянки не буде перешкодою для організації турбота теплової енергії з пробуреної свердловини.

Теплові насоси своїми руками

В якості джерела низькопотенційного тепла — глибока свердловина

Температура грунту з збільшення глибини стає лише стабільніша, а на глибинах понад 15 20 метрів міцно стоїть на 10-градусної позначки, збільшуючись на два ÷ три градуси на кожні 100 м занурення. Причому, ця величина – абсолютно не залежить від часу року або примх погоди, що робить саме свердловину самим стабільним і передбачуваним джерелом тепла.

Теплові насоси своїми руками

Свердловина з опущеним у неї зондом

У свердловини опускається зонд, що являє собою U-образну петлю з пластикових (металопластикових) труб з циркулюючим за ним теплоносієм. Найчастіше робиться кілька свердловин глибиною від 40 ÷ 50 до 150 метрів, не ближче 6 м одна від іншої, які зв’язуються або послідовно, або з підключенням до загального колектора. Тепловіддача ґрунту при такому розташуванні труб – значно вище:

  • При сухих осадових породах – 20 Вт/м.
  • Кам’янисті грунтові шари або насичені водою осадові породи – 50 Вт/м.
  • Тверді гірські породи, що володіють високою теплопровідністю – 70 Вт/м.
  • Якщо пощастило, і попався підземний водоносний горизонт – близько 80 Вт/м.

При недостатності місця або при складнощі у глибокому бурінні з-за особливостей ґрунту може виконуватися кілька похилих свердловин променями з однієї точки.

До речі, в тому випадку, якщо свердловина припадає на водоносний горизонт зі стабільним дебетом, то іноді застосовують відкритий контур первинного теплообміну. При цьому вода закачується насосом з глибини, бере участь у теплообміні, а потім, охолоджена, скидається в другу свердловину того ж горизонту, на розташовану на певній відстані від першої (це обчислюється при проектуванні системи). Одночасно може бути організований і водозабір для побутових потреб.

Теплові насоси своїми руками

Дві свердловини з прямою перекачуванням води через теплообмінник теплового насоса

Основний недолік свердловинного способу відбору тепла – висока вартість бурильних робіт, які провести власними силами, не маючи відповідним обладнанням, дуже складно або просто неможливо. Крім того, буріння свердловин часто потребує дозвільних документів від органів природонадзора. До речі, і використання прямого теплообміну із зворотним скиданням води в свердловину теж може виявитися забороненим.

Теплові насоси своїми рукамиСамостійно можна пробурити свердловину?

Безумовно, це надзвичайно складне завдання, однак є технології, що дозволяють при певних умовах виконати її самостійно.

Про те, як можна пробурити свердловину – в спеціальній публікації нашого порталу.

Ст. Використання водойм в якості джерел тепла

Розташований поблизу від будинку водойма достатньої глибини цілком може стати непоганим джерелом теплової енергії. Вода навіть зимовий час під верхньою кіркою льоду залишається в рідкому стані, і її температура вище нуля – це і потрібно теплового насосу.

Теплові насоси своїми руками

Відмінним джерелом тепла стають природні водойми

Орієнтовна тепловіддача з контуру, зануреного у воду – 30 кВт/м. Значить, щоб отримати віддачу у 10 кВт, потрібно контур порядку 350 м.

Теплові насоси своїми руками

Система труб з колектором готова до занурення у водойму

Такі контури-колектори монтуються на суші з пластикових труб. Потім вони переміщуються у водойма і занурюються на дно, на глибину не менше 2 метрів, для чого прив’язуються вантажі з розрахунку 5 кг на 1 погонний метр трубы.

Теплові насоси своїми руками

Труби необхідно притопити на глибину не менше 2 метрів

Потім виконується термоізольована прокладка труб до будинку і підключення їх до теплообмінника теплового насоса.

Однак, не слід думати, що будь водойма повною мірою підійде для таких цілей – знову ж таки, потрібні досить складні теплотехнічні розрахунки. Наприклад, невеликий і недостатньо глибокий ставок або дрібна тиха річечка мало того, що можуть не впоратися із завданням безперебійної подачі низькопотенційної енергії – їх можна просто переморозить взагалі до дна, убивши тим самим всіх мешканців водойми.

Переваги водяних джерел тепла – немає необхідності в бурових роботах, до мінімуму зводяться і земляні – тільки викопування траншей до будинку для укладання труб. А як недолік можна відзначити малу доступність для більшості домовласників просто з-за відсутності водойм в розумній близькості від житла.

До речі, в цілях теплообміну нерідко використовують каналізаційні стоки – у них навіть в холоди досить стабілізована позитивна температура.

Р. Забір тепла з повітря

Тепло для обігріву житла або для гарячого водопостачання можна брати буквально з повітря. На такому принципі працюють теплові насоси «повітря – вода» або «повітряповітря».

Теплові насоси своїми руками

Теплову енергію можна забирати буквально з повітря

За великим рахунком – це той же кондиціонер, тільки переключенный на режим «зима». Ефективність такої системи обігріву дуже сильно залежить і від кліматичних умов регіону, і від примх погоди. Сучасні установки, хоча і розраховані для роботи навіть при дуже низьких температурах (до – 25, а деякі – навіть до – 40 °С), але коэффициент преобразования енергії при цьому різко падає, рентабельність і доцільність подібного підходу відразу починають викликати купу питань.

Але зате такий тепловий насос взагалі не вимагає ніяких трудомістких операцій – частіше всйого первинний теплообмінний блок встановлюється або на стіні (даху) будівлі, або в безпосередній близькості від нього. Його, до речі, практично не можна відрізнити від зовнішнього блоку спліт-системи кондиціонування.

Теплові насоси своїми руками

Повітряний модуль часто практично не відрізняється від зовнішнього блоку спліт-кондиціонери

Такі теплові насоси часто використовують в якості додаткових джерел теплової енергії для опалення, а в літній час – в ролі теплогенератора для гарячого водопостачання.

Застосування подібних теплових насосовполне виправдано для рекуперації – використання вторинного тепла, наприклад, на виходах вентиляційних шахт (каналів). Так установка отримує досить стабільний і високотемпературний джерело енергії – це широко застосовується на промислових підприємствах, де постійно є джерела вторинного тепла для його утилізації.

В системах «повітря-повітря» і «повітря – вода» первинного контуру теплообміну взагалі немає. Вентилятори створюють повітряний потік, який обдуває безпосередньо трубки випарника з циркулюючим за ним холодоагентом.

До речі, існує ціла лінійка теплових насосів типу (від англійського «direct exchange», що означає «прямий обмін»). У них теж, по суті, відсутній первинний контур. Теплообмін з джерелом низькопотенційного тепла (в свердловинах або в шарі грунту) проходить відразу в мідних трубах, заповненіх хладагентом. Це, з одного боку, дорожче і складніше у виконанні, але зате дозволяє істотно зменшити і глибину свердловин (достатньо одного 30-метрової вертикальної або кількох похилих до 15 м), і загальну площу теплообмінного горизонтального поля, якщо воно розташоване під верхнім шаром грунту. Відповідно, можна говорити і про більшому коефіцієнті перетворення, і в цілому – ефективності теплового насоса. Але от тільки і мідні теплообмінні труби набагато дорожче пластикових і складніше в монтажі, і вартість холодоагенту значно вище, ніж звичайного теплоносія-антифризу.

Теплові насоси своїми рукамиА як влаштований кондиціонер, і можна змонтувати самостійно?

Вже говорилося, що базовим принципом дії кондиціонер і тепловий насос – практично «близнюки», але в «дзеркальному відображенні».

Детальніше про пристрій і основні правила установки побутових кондиціонерів в спеціальній публікації порталу.

Відео: корисна інформація з теорії та практики використання теплових насосів

Загальні переваги та недоліки теплових насосів

Отже, можна підвести певну риску в розгляді теплових насосів, акцентировав уувагу на основних, уявних і дійсних, достоїнства і недоліки.

А. Висока економічність і загальна рентабельність такого типу опалення.

Про це вже згадувалося вище – в продуманою і правильно змонтованої системи, при оптимальних умовах експлуатації, можна розраховувати на отримання 4 кВт тепловой енергії замість витраченого 1 кВт – електричної.

Все це буде справедливим лише у тому випадку, якщо житло отримало саме високоякісне утеплення. Це, безумовно, стосується будь-яких систем опалення, просто ці «магічні цифри» 300% більшою мірою показують важливість надійного термоізоляції.

За регулярним витрат на споживані енергоресурси теплові насоси стоять на першому місці в плані економічності, дещо випереджаючи навіть дешевий мережевий газ. При цьому слід врахувати і те, що відпадає необхідність підвозу і складування паливних запасів якщо мова йде про колах на твердому або рідкому паливі.

Б. Тепловий насос може стати високоекономічним основним джерелом опалення і гарячого водопостачання.

Це питання вже піднімалося. Якщо в будинку в якості основного джерела обігріву в приміщеннях використовуються водяні теплі підлоги, то тепловий насос відповідної потужності таке навантаження повинен «потягнути». Для більшості ж звичних радіаторів температура в 50 ÷ 55 градусів буде явно недостатня.

Особливо варто згадати насоси, що забирають тепло з повітря. Вони вкрай чутливі до поточних погодних умов. Хоча виробники заявляють про можливість роботи при —25 і навіть -40 °З, ефективність різко знижується, і ні про які 300% вже не може йтися.

Теплові насоси своїми руками

Один з варіантів бівалентної системи опалення будинку

Розумне рішення – створювати комбіновану систему опалення (бивалентную). Поки вистачає потужності ТН, він виступає основним джерелом тепла, при недостатності потужності при настання справжніх холодів – на підмогу приходять електричний нагрів, рідко або твердопаливний котел, сонячний колектор і т. п. Газове обладнання в цьому випадку не розглядається – якщо є можливість застосовувати для опалення мережевий газ, то потреба в тепловому насосі виглядає досить сумнівно, принаймні, при нинішньому рівні цін на енергоносії.

Ст. Система опалення з тепловим насосом не вимагає димоходу. Вона працює практично безшумно.

Дійсно, складнощів з облаштуванням димоходу у господарів не виникне. Що ж стосується тиші роботи, то як і у будь-якої іншої побутової техніки з тими або іншими приводами, шумовий фон все одно присутній від роботи компресора, циркуляційних насосів. Інше питання, що в сучасних моделях цей рівень гучності при правильній налагодження агрегату – досить невеликий і не заподіює занепокоєння мешканцям. Крім того, напевно, мало кому прийде в голову встановлювати подібне обладнання в житлових кімнатах.

Р. Повна екологічність системи повністю відсутні які-небудь викиди в атмосферу, немає ніякої загрози мешканцям будинку.

Все вірно, особливо щодо моделей, в яких в якості холодоагенту використовується сучасний, безпечний для озонового шару фреон (наприклад, R-410А).

Теплові насоси своїми руками

Посудину з сучасним, екологічно безпечним фреоном R-410А

Також можна відразу відзначити пожежо і вибухобезпечність такої системи – немає легкозаймистих або горючих речовин, виключається скупчення їх вибухонебезпечних концентрацій.

Д. Сучасні теплові насоси є універсальними кліматичними установками, здатними працювати і на опалення, і на кондиціювання – в літній час.

Це дуже важлива перевага, яке, дійсно, дає господарям безліч додаткових зручностей.

Тобто Робота теплового насоса повністю контролюється автоматикою, і не вимагає втручання користувача. Така система, на відміну від інших, не потребує регулярного обслуговування і профілактики.

Теплові насоси своїми руками

Панель управління сучасного теплового насоса

З першим твердженням можна повністю погодитися, однак, не забувши згадати і те, що більшість сучасних опалювальних газових або електричних установок також повністю автоматизовані, тобто такою гідністю володіють не тільки теплові насоси.

А ось по другому питанню можна вступити в дискусію. Напевно, ні один з промислових або побутових опалювальних агрегатів не може обійтися без регулярних перевірок і профілактичних робіт. Навіть якщо справедливо припустити, що у внутрішній контур з холодоагентом і автоматику самостійно лізти не варто, то зовнішні контури з антифризом або іншим теплоносієм певного участі все ж зажадають. Тут і регулярна чистка фільтрів (особливо у повітряних системах), і контроль складу та рівня теплоносія, і ревізія роботи циркуляційних насосів, і перевірка стану труб на цілісність і наявність підтікань на фітингах, і багато іншого – одним словом, те, без чого не обходиться жодна система опалення. Одним словом, твердження про повну непотрібність обслуговування виглядає, щонайменше, голослівно.

Ж. Швидка окупність системи опалення з тепловим насосом.

Це питання – настільки неоднозначний, що на ньому варто зупинитися особливо.

Деякі компанії, що займаються реалізацією подібного обладнання, що обіцяють своїм потенційним клієнтам дуже швидке повернення вкладених у реалізацію проекту коштів. Вони призводять викладки в таблицях, за яким, дійсно, можна створити думку, що тепловий насос – єдине прийнятне рішення, якщо немає можливості протягнути до будинку газову магістраль.

Ось один з таких зразків:

Види палива Природний газ (метан) Березові Дрова колоті Ел. енергія за єдиним тарифом Дизпаливо Тепловий насос (нічний тариф)
Од. поставки палива м 3 3 м 3 кВт × год літр кВт × год
Вартість палив. з доставкою, руб 5.95 6000 3.61 36.75 0.98
Калорійність палива 38.2 4050 1 36 1
Од. вимірювання калорійності МДж/м 3 кВт × год кВт × год МДж/літр кВт × год
ККД котла,% або COP 92 65 99 85 450
Вартість палива, руб/МДж 0.17 0.41 1.01 1.19 0,06
Вартість палива, руб/кВт*год 0.61 1.48 3.65 4.29 0.22
Вартість палива, руб/ГКал 708 1722 4238 4989 253
Вартість палива в рік, руб 24350 59257 145859 171721 8711
Термін експлуатації обладнання, років 10 10 10 10 15
Приблизна вартість устаткування, руб 50000 70000 40000 100000 320000
Вартість монтажу, грн 70000 30000 30000 30000 80000
Вартість підключення мереж (техумови, обладнання та монтаж), руб 120000 0 650 0 0
Первоночальные інвестиції, руб (приблизно) 240000 100000 70650 130000 400000
Експлуатаційні витрати, руб/рік 1000 1000 0 5000 0
Види експлуатаційних робіт техобслуговування, чистка камери чистка камери, димоходів Заміна Тенів чистка камери, форсунок, заміна фільтрів немає
Разом витрати за весь період експлуатації (з витратами на паливо), руб 493502 702572 1529236 1897201 530667
Разом відносна вартість 1 року експлуатації (паливо, амортизація, обслуговування і т. д) 49350 70257 152924 189720 35378

Так, підсумкова рядок дійсно вражає, але все тут йде «гладко»?

Перше, що кинеться в очі уважному читачеві – тариф на електроенергію для електричного обігріву взято загальний, а на тепловий насос, чомусь, пільговий нічний. Мабуть, для того, щоб підсумкова різниця була більш наочною.

Далі. Вартість обладнання теплового насоса показана не зовсім коректно. Якщо уважніше ознайомитися з пропозиціями в інтернеті, то ціни на установки потужністю близько 7 ÷ 10 кВт, які можуть використовуватися в цілях опалення, починаються від 300 350 тисяч рублів (повітряні теплові насоси і малопотужні установки, що використовуються лише для гарячого водопостачання, стоять дещо менші).

Здавалося б, все правильно, але «диявол криється в деталях» Це – лише вартість самого апаратного блоку, який без периферійних пристроїв, контурів, зондів і т. п. – марний. Ціна лише одного колектора (без труб) дасть ще не менше 12 ÷ 15 тисяч, свердловинний зонд ствіт не менше. А якщо ще додати вартість труб, фітингів, запірно-арматурних елементів, досить великої кількості теплоносія – загальна сума зростає стрімко.

Теплові насоси своїми руками

Труби, колектори, запірна арматура — теж досить «вагома» стаття загальних витрат

Але і це ще не все. Вже згадувалося, що система опалення на основі теплового насоса, як, мабуть, жодна інша, потребує складних спеціалізованих розрахунках. При проектуванні враховується дуже багато факторів: загальна площа і обсяги самої будівлі, ступінь його утеплення та розрахунок теплових втрат, забезпеченість достатньою по потужності джерелом електропостачання, наявність необхідного ділянки території (довколишнього водойми) для розміщення теплообмінних горизонтальних контурів або буріння свердловин, тип і стан ґрунтів, розташування водоносних шарів і багато іншого. Безумовно, і вишукувальні, та проектувальні роботи також потребують і часу, і відповідної оплати спеціалістам.

Установка ж обладнання «навмання», без правильного проектування, загрожує різким зниженням ефективності роботи системи, а інколи – навіть локальними «екологічними катастрофами» у вигляді неприпустимого переохолодження грунту, колодязів або свердловин, водойм.

Наступне – монтаж обладнання та створення теплообмінних полів або свердловин. Вже згадувалося про масштаби земляних робіт, глибині буріння. Для заповнення свердловин після установки зондів потрібен спеціальний бетонний розчин з високим ступенем теплопровідності. Плюс до цього – комутація контурів, прокладка магістралей до дому і т. п. – все це ще один чималий «пласт» матеріальних витрат. Сюди ж можна віднести придбання і монтаж акумулюючої ємності з необхідною автоматикою управління, переробку системи опалення під теплі підлоги або встановлення спеціальних теплообмінних приладів.

Одним словом, витрати значні, і, напевно, саме це поки тримає системи опалення від теплових насосів в розряді «екзотики», недоступною переважній більшості власників приватних будинків.

А як же з високою їх популярністю і масовістю застосування в інших країнах? Справа в тому, що там працюють урядові програми стимулювання населення до використання альтернативних джерел енергопостачання. Споживачі, які виявили бажання перейти на подібні види опалення, мають право на отримання державних субсидій, багато в чому покривають початкові витрати на проектування і монтаж обладнання. Так і рівень доходів працюючих громадян, якщо чесно, там декілька вище, ніж в наших краях.

Теплові насоси своїми руками

Для європейських міст і селищ це досить звична картина — теплообмінник теплового насоса біля будинку

Резюме – до тверджень про швидкої окупності такого проекту потрібно ставитися з певною часткою обережності. Перш ніж братися за такий масштабний і відповідальний комплекс заходів, следует тщательно прорахувати і зважити все «бухгалтерію» до дрібниць, оцінити ступінь ризику, свої фінансові можливості, плановану рентабельність і т. п. Можливо, знайдуться більш раціональні, прийнятні варіанти – прокладання газу, встановлення сучасних твердопаливних котлів тривалого горіння, використання нових розробок в сфері електричного обігріву і т. п.

Не слід сприймати написане, як «негатив» на адресу теплових насосів. Безумовно – це надзвичайно прогресивний напрямок, і в нього величезні перспективи. Мова йде лише про те, що в подібних питаннях не слід проявляти необдуманого волюнтаризму – рішення повинні ґрунтуватися на ретельно продуманих і всебічно проведених розрахунках.

Чи можна зібрати теплової насозвоими руками?

Загальна перспективність використання «дармових» джерел теплової енергії, у сукупності з зберігається високою ціною на обладнання, волею-неволею приводять багатьох домашніх умільців до питань самостійного створення подібних опалювальних установок. Є можливість виготовити теплової насозвоими силами?

Безумовно, зібрати таку теплову машину, використовуючи деякі готові агрегати та потрібні матеріали – цілком можливо. В інтернеті можна знайти і відеоматеріали, та статті з успішними прикладами. Правда, точних креслень відшукати – навряд чи вдасться, все зазвичай обмежується рекомендаціями щодо можливості виготовлення тих чи інших деталей і вузлів. Втім, в цьому є раціональне «зерно»: як вже говорилося, тепловий насос – настільки індивідуальна система, що вимагає розрахунків стосовно до конкретних умов, що сліпо копіювати чужі напрацювання навряд чи доцільне.

Тим не менш, того, хто все ж таки зважиться на самостійне виготовлення, слід прислухатися до деяких технологічних рекомендацій.

Отже, «винесемо за дужки» створення зовнішніх контурів опалення та первинного теплообміну. Основним завданням в такому випадку стає виготовлення двох теплообмінників, випарника і конденсатора, пов’язаних контуром з мідної трубки з циркулюючим за нього холодоагентом. Цей контур, як видно із принципової схеми, підключений до компресора.

Теплові насоси своїми руками

Компресор знайти нескладно — новий або від розібраної на запчастини техніки

Сам компресор роздобути не так складно – його можна придбати новий – в спеціалізованому магазині. Можна пошукати на господарському ринку – часто продають агрегати від розібраних на запчастини старих холодильників або кондиціонерів. Цілком можливо, що компресор виявиться й у власних запасах – багато дбайливі господарі навіть при покупці нової побутової техніки такі речі не викидають.

Тепер – питання теплообмінників. Тут є кілька різних варіантів:

А. Якщо є можливість придбати готові пластинчасті теплообмінники, запаяні в герметичний корпус, то цим зважиться відразу безліч проблем. Такі пристрої володіють відмінною ефективністю теплопередачі з одного контуру в інший – недарма їх використовують в системах опалення при підключенні автономної внутрішньоквартирної розводки до труб центральної мережі.

Теплові насоси своїми руками

Готові пластинчасті теплообмінники заводської збірки

Зручність ще і в тому, що подібні теплообмінники компактні, мають готові патрубки, фітинги або різьбові з’єднання для підключення до обох контурах.

Відео: виготовлення теплового насоса з використанням готових теплообмінників

Б. Варіант теплового насоса з теплообмінниками з мідних трубок і закритих ємностей.

Обидва теплообмінника, в принципі, схожі по будові, але ємності для них можуть використовуватися різні.

Для конденсатора підійде циліндричний бак з нержавіючої сталі ємністю близько 100 літрів. У ньому необхідно розмістити мідний змійовик, вивівши його кінці зверху і знизу назовні і герметично запаяв місця проходу по закінченні складання. Вхід повинен розташовуватися знизу, вихід, відповідно – в верхній частині теплообмінника.

Сам змійовик навивають з мідної трубки, яку можна придбати в магазині метражем (товщина стінок не менше 1 мм). В якості шаблону можна взяти трубу великого діаметру. Витки змійовика слід кілька рознести між собою, прикріпивши, наприклад, до алюмінієвого перфорированному профілю.

Теплові насоси своїми руками

Змійовик теплообмінника, навитий з мідної трубки

Водяний контур опалення може бути підключений за допомогою звичайних водопровідних патрубків, змонтованих (вваренных, впаянных або на різьбовому з’єднанні з ущільненням) в протилежних краях теплообмінного бака. Для циркуляції води використовується саме внутрішньо простір теплообмінника. У результаті повинна вийти приблизно така конструкція:

Теплові насоси своїми руками

Теплообмінник-конденсатор в зборі

Для випарника такі складності не потрібні – тут не буває високих температур або надлишкового тиску, тому буде достатньо об’ємної пластикової ємності. Змійовик навивається приблизно так само, кінці його виводяться назовні. Для циркуляції води з первинного контуру також досить звичайних сантехнічних з’єднань.

Теплові насоси своїми руками

Для випарника буде цілком достатньо пластикової ємності з теплообмінним змійовиком всередині

Випарник також встановлюється на кронштейни поруч з конденсатором, а біля них готується майданчик для монтажу компресора з подальшим його підключенням до контуру.

Рекомендацій щодо обв’язку компресора, встановлення дросельного регулювального клапана, по діаметру і довжині капілярної трубки, необхідності регенераційної теплообмінника і т. п., даватися не буде – це повинен розраховувати і монтувати тільки фахівець по холодильним установкам.

Теплові насоси своїми руками

Для остаточного складання насоса доведеться запросити фахівця

Слід пам’ятати, що тут потрібні високі навички герметичній пайки мідних трубопроводів, вміння правильно проводити закачування хладагента – фреону, проводити перевірку і здійснювати пробний запуск. Крім того, робота ця – доволі небезпечна, яка вимагає дотримання вельми специфічних правил обережності.

Ст. Тепловий насос з теплообмінниками з труб

Інший варіант виготовлення теплообмінників. Для цього знадобляться металопластикові та мідні труби.

Теплові насоси своїми руками

Деталі майбутнього теплового насоса

Мідні трубки підбираються двох діаметрів – близько 8 мм для конденсатора, і близько 5 ÷ 6 для випарника. Довжина їх відповідно 12 і 10 метрів.

Металопластикові труби призначені для циркуляції за ним води з контурів первинного теплообміну і опалення, і в їх порожнини будуть розташовані мідні трубки внутрішнього контуру теплового насоса. Відповідно, діаметр труб можна взяти 20 та 16 мм.

Металопластикові труби розтягується в довжину, так щоб в них можна було без особливих зусиль ввести мідні, які повинні виступати з кожної сторони приблизно на 200 мм.

На кожен з кінців труби одягається і «запаковується трійник, так, щоб мідна трубка пройшла крізь нього прямо. Простір між нею і тілом трійника надійно запечатується термостійким герметиком. Залишився перпендикулярний висновок трійника буде служити для підключення теплообмінника до водяного контуру.

Теплові насоси своїми руками

Два складових теплообмінника з металопластикових та мідних труб

Труби в зборі навиваються спіралями. Обов’язково слід відразу передбачити їх термоізоляцію, одягнувши в поролонові утеплювачі «сорочки». У підсумку виходять два готових теплообмінника.

Теплові насоси своїми руками

Рама з першим теплообмінником та встановленим компресором

Розмістити їх можна один над іншим в імпровізованому корпусі рамного типу. На цьому ж каркасі передбачається і майданчик для установки компресора. А щоб знизити передачу вібрації від нього на загальну конструкцію, можна компресор кріпити, наприклад, через автомобільні сайлент-блоки.

Теплові насоси своїми руками

Обидва теплообмінника встановлені і підключені до компресора

Щоб провести обв’язку компресора і заправку отриманого контуру фреоном, знову ж потрібно запросити фахівця-холодильщика.

Можна встановити такий тепловий насос на призначене йому місце і приєднати фітинги трійників на теплообмінниках кожен до свого контуру. Залишиться лише підвести живлення і запустити агрегат.

Теплові насоси своїми руками

У підсумку тепловий насос може виглядати приблизно так

Всі розглянуті саморобні теплові насоси – цілком працездатні конструкції. Однак, не слід думати, що ось так просто можна повністю вирішити проблему дешевого опалення будинку. Тут мова йде, скоріше, про створення діючих моделей, які вимагають подальшого доопрацювання, модернізації. Навіть досвідчені в цій справі майстри, які виготовили вже не один подібний апарат, постійно шукають шляхи до вдосконалення, створюючи нові «версії».

Відео: як майстер удосконалює власноруч створений тепловий насос

Крім того, було розглянуто лише сам тепловий насос, а йому для нормальної роботи потрібна апаратура керування, контролю, регулювання, пов’язана з системою опалення будинку. Тут вже не обійтися без певних знань в області електротехніки та електроніки.

Знову ж таки, можна повернутися до проблем розрахунків – «потягне» чи саморобний тепловий насос системи опалення, так щоб стати реальною альтернативою іншим джерелам тепла? Часто в цих питаннях домашнім майстрам доводиться пробиратися на дотик». Однак, якщо базовий принцип засвоєний, і перша модель успішно запрацювала – це вже велика перемога. Можна свій пробний зразок тимчасово пристосувати до забезпечення будинку гарячою водою для побутових цілей, а самому братися за проектування більш досконалого агрегату, з урахуванням вже напрацьованого досвіду та виправлення допущених помилок.

Теплові насоси своїми рукамиГаряче водопостачання – від енергії сонця!

Дуже практичним рішенням буде використання енергії сонячних променів для забезпечення будинку гарячою водою. Цей джерело альтернативної енергії – набагато простіше і дешевше у виконанні, ніж тепловий насос. Як зробити сонячний водонагрівач своїми руками у спеціальній публікації нашого порталу.