26 ноября, 2020

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы

В последнее время производственная технология теплонасосов существенно усовершенствовалась. Первые варианты могли только отчасти выполнить требования в энергии тепла. Современные разновидности очень продуктивны и могут использоваться для отопительных коммуникаций.

Собственно поэтому установить теплонасос собственными руками пытаются очень много домовладельцев.

Рабочие специфики и классификация

Под термином теплонасос понимается комплект конкретного оборудования. Главной функцией данного оборудования считается сбор энергии тепла и ее перевозка к потребителю. Источником такой энергии может стать любое тело или среда, обладающая температурой от +1? и более градусов.

В находящейся вокруг нас обстановке источников низкотемпературного тепла вполне достаточно. Это отходы промышленности фирм, тепловых и АЭС, стоки канализации и др. Для работы теплонасосов в области домашнего отопления необходимы три собственными силами восстанавливающихся природных источника — воздух, вода, земля.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Теплонасосы «черпают» энергию из процессов, постоянно происходящих во внешней среде. Течение процессов никогда не заканчивается, потому источники признаны безграничными по человеческим параметрам

Три указанных возможных поставщиков энергии прямо связаны с солнечной энергией, которое путем нагревания приводит в движение воздух с ветром и сообщает энергию тепла земле. Именно подбор источника считается ключевыми параметром , по которой делят тепловые насосные системы.

Рабочий принцип теплонасосов основывается на способности тел или сред передавать энергию тепла иному телу или обстановке. Получатели и поставщики энергии в тепловых насосных системах работают в большинстве случаев в паре. Так есть такие виды теплонасосов:

  • Воздух — вода.
  • Грунт — вода.
  • Вода — воздух.
  • Вода — вода.
  • Грунт — воздух.
  • Вода — вода.

При этом первое слово определяет вид среды, у которой система забирает низкотемпературное тепло. Второе указывает на вид носителя, которому и подается эта тепловая энергия. Так, в теплонасосах вода — вода, тепло отбирается у среды воды и в виде теплоносителя применяется жидкость.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Теплонасосы по конструктивному типу являются парокомпрессионными установками. Они вынимают тепло из природных источников, отделывают и транспортируют его к потребителям (+)

Современные теплонасосы применяют три ключевых источника энергии тепла. Это — грунт, вода и воздушная среду. Самый обыкновенный из данных вариантов — воздушный тепловой насос. Востребованность подобных систем связана с их довольно не трудной конструкцией и легкостью монтажа.

Но не взирая на подобную популярность, эти разновидности имеют довольно невысокую продуктивность. Более того КПД нестабилен и зависим сезонных колебаний режима температур. С уменьшением температуры их продуктивность существенно падает. Такие варианты теплонасосов можно рассматривать как добавление к имеющемуся главному источнику энергии тепла.

Варианты оборудования, использующие тепло грунта, являются более эффективными. Грунт получает и накапливает энергию тепла не только от солнечных лучей, он регулярно подогревается за счёт энергии земного ядра. Другими словами, грунт считается своеобразным аккумулятором тепла, мощность которого, почти что, не ограничена. Причем, температура грунта, в особенности на некоторой глубине, постоянна и колеблется в несущественных пределах.

Постоянство температуры источника считается хорошим аргументом стабильной и результативной работы этого вида климатического оборудования. Подобными параметрами владеют системы, в которых водная среда считается главным источником энергии тепла. Коллектор подобных насосов располагают либо в скважине, где он оказывается в слое несущим воду, либо в пруде.

Среднегодовая температура подобных источников, как грунт и вода, может меняться от +7? до + 12? С. Такой температуры вполне хватает, чтобы обеспечить производительную работу системы.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Самыми эффективными считаются теплонасосы, извлекающие энергию тепла из источников со стабильными показателями температур, т.е. из воды и грунта

Ключевые конструкционные элементы теплонасосов

Для того, дабы установка получения энергии работала согласно рабочим принципам теплонасоса, в его конструкции обязаны быть 4 ключевых агрегата, это:

  • Нагнетатель воздуха.
  • Атомайзер.
  • Конденсатор.
  • Дроссельный клапан.

Определяющим элементом конструкции теплонасоса считается нагнетатель воздуха. Его важная функция — увеличение давления и температуры паров, образующихся в результате кипения хладагента. Для климатической техники, и теплонасосов, например, используются современные компрессоры спирального типа.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

В качестве рабочего тела, осуществляющего яркий перенос тепловой энергии, применяются жидкости с невысокой температурой кипения. В основном, применяется нашатырный спирт и фреоны (+)

Такие нагнетатели воздуха рассчитаны на эксплуатацию при низкой температуре. В отличии от остальных разновидностей компрессоры спирального типа делают мало шума и работают, как при низкой температуре кипения газа, так и при большой температуре конденсации. Безоговорочным преимуществом являются их небольшие размеры и не очень большой удельный вес.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Почти что вся энергия теплонасоса тратится на перевозку тепловой энергии снаружи в середину помещения. Так на работу систем уходит около 1 энергетической единицы во время изготовления 4 — 6 единиц (+)

Атомайзер, как конструктивный компонент, собой представляет емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент, циркулируя по замкнутому контуру, идет через атомайзер. В нем хладагент разогревается и преобразуется в пар. Появляющийся пар, под невысоким давлением, направляется в сторону нагнетателя воздуха.

В компрессоре пары хладагента подвержены действию давления и их температура увеличивается. Нагнетатель воздуха перекачивает под высоким давлением разогретый пар в сторону конденсатора.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Нагнетатель воздуха сжимает циркулирующую по контуру среду, благодаря чему становится больше ее температура и давление. Потом сжатая среда поступает в трубный змеевик (конденсатор), где охлаждается, передавая тепло воде либо воздуху

Следующий конструктивный компонент системы — конденсатор. Его роль сводится к отдаче энергии тепла внутреннему контуру системы для отопления. Серийные образцы, изготавливающиеся промышленными фирмами, оборудуются пластинчатыми трубными змеевиками. Ключевым материалом для этих конденсаторов служит легированная сталь или медь.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Для самостоятельного изготовления трубного змеевика подойдёт медная трубка диаметром полдюйма. Толщина стенок труб, применяемых для изготовления трубного змеевика, обязана быть не меньше 1 мм

Терморегулирующая арматура теплонасоса

Терморегулирующий, или иначе дроссельный, клапан монтируется в начале той части гидравлического контура, где циркулирующая среда большого давления превращается в среду с невысоким давлением. Точнее дроссель в паре с компрессором разделяют контур теплонасоса на 2 половины: одну с большими параметрами давления, иную — с невысокими.

При прохождении через расширительный дроссельный вентиль циркулирующая по замкнутому контуру жидкость отчасти выветривается, благодаря чему давление вместе с температурой падают. Потом поступает в трубный змеевик, сообщающийся с внешней средой. Там захватывает энергию среды и переносит ее назад в систему.

При помощи дроссельного клапана происходит управление потока хладагента в сторону атомайзера. Во время выбора клапана необходимо брать во внимание параметры системы. Клапан должен подходить таким параметрам.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

При прохождении через теплорегулирующий клапан теплоноситель в жидком виде отчасти выветривается, а температура потока понижается (+)

Подбор типа теплонасоса

Главным показателем этой системы отопления считается мощность. От мощности первым делом будут подчиняться и материальные затраты на приобретение оборудования и подбор того либо другого источника низкотемпературного тепла. Чем больше мощность тепловой насосной системы, тем выше цену деталей компонентов.

Первым делом имеется в виду мощность нагнетателя воздуха, глубина скважин для геотермических зондов, либо площадь для локации горизонтального коллектора. Правильные термодинамические расчеты являются своеобразной гарантией того, что система будет продуктивно работать.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Если есть наличие рядом с личным участком пруда намного более выгодным и производительным подбором станет тепловой насос вода-вода

Для начала необходимо изучить участок, который предполагается для установки насоса. Оптимальным условием будет наличие на этом месте пруда. Применение варианта типа вода-вода существенно уменьшит объем работ с землей. Применение тепла Земли, напротив, подразумевает огромное количество работ, которые связаны с выемкой грунта. Системы, которые в качестве низкопотенциального тепла применяют водную среду, считаются самыми эффективными.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Приспособление теплонасоса, извлекающего энергию тепла из грунта, подразумевает проведение внушительного количества работ с землей. Закладывается коллектор пониже уровня сезонного обмерзания

Применять энергию тепла грунта можно двумя вариантами. Первый подразумевает бурение колодцев диаметром. Глубина таких скважин, в зависимости от показателей системы, достигает 100 м и более. В эти скважины помещают специализированные зонды. При втором способе применяется коллектор из труб. Такой коллектор размещается под землей в горизонтальном положении. Для такого варианта нужно очень большая площадь.

Для укладывания коллектора безупречными считаются участки с влажным грунтом. Естественно, бурение колодцев обойдется очень дорого, чем горизонтальное размещение коллектора. Однако, не на каждом участке есть свободные площади. На один кВт мощности теплонасоса необходимо от 30 до 50м? площади.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Сооружение для забора тепловой энергии одной глубокой скважиной оказаться может немногим доступнее выкапывания котлована. Но значительный плюс в значительной экономии места, что важно для хозяев маленьких участков

На случай с наличием на участке высоко залегающего горизонта почвенных вод, трубные змеевики возможно организовать в 2-ух размещенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах. Отбор энергии тепла в подобных системах путем перекачивания подземной воды по замкнутому контуру, части которого размещены в скважинах. Подобная система требует установку фильтра и периодической чистке трубного змеевика.

Наиболее простая и недорогая схема теплонасоса основывается на извлечении тепловой энергии из воздуха. Когда то она стала базой для устройства холодильников, позже согласно ее принципам разработаны были кондиционеры.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Наиболее простая тепловая насосная система получает энергию из массы воздуха. Летом она участвует в теплоснабжении, в зимний период в кондиционировании. Минус системы в том, что в самостоятельном выполнении аппарат с недостаточной мощностью

Оценка эффективности теплонасосов

Результативность разных типов этого оборудования не одинакова. Наименьшими показателями владеют насосы, использующие воздушную среду. Более того, данные показатели напрямую зависят от погоды.

Грунтовые разновидности теплонасосов имеют стабильные показатели. Показатель эффективности этих систем меняется в пределах 2,8 -3,3. Самой большой результативность владеют системы вода-вода. Связано это, первым делом, со стабильностью температуры источника.

Необходимо отметить, что чем глубже размещен в пруде коллектор насоса, тем стабильнее будет температура . Для получения мощности системы в 10КВт, нужно около 300 метров трубопровода.

Важным параметром, характеризующим продуктивность работы теплонасоса, считается его показатель изменения. Чем больше коэффициент изменения, тем эффектнее считается тепловой насос.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Показатель изменения теплонасоса выражается через отношение показателей потока тепла и электрической мощности, затраченной на работу нагнетателя воздуха

Самостоятельная сборка теплонасоса

Зная схему действия и приспособление теплонасоса, собрать и установить собственными силами подобную конструкцию вполне реально. Перед тем как приступить к работам нужно высчитать все важные параметры будущей системы. Для расчета показателей грядущего насоса воспользуйтесь программным обеспечением , приготовленным с целью оптимизации систем охлаждения.

Самыми простым в сооружении вариантом считается система воздух-вода. Она не просит непростых работ по устройству внешнего контура, который свойствен водным и грунтовым разным видам теплонасосов. Для установки потребуются только два канала, по одному из которых будет подаваться воздух, по второму отвести отработанный.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Большого труда не составит собственными руками сделать тепловой насос с забором тепла из массы воздуха. Поставленный на улице вентилятор нагнетает воздух к атомайзеру

Помимо вентилятора нужно обзавестись компрессором необходимой мощности. Для подобного агрегата прекрасно подойдет нагнетатель воздуха, которым оборудуются традиционные сплит-системы. Совсем не нужно приобретать новый аппарат. Можно снять его со старого оборудования. Будет лучше использовать спиральную разновидность. Эти варианты компрессоров, кроме того что владеют достаточной эффективностью, создают большое давление, обеспечивающее температурное увеличение.

Для устройства конденсатора потребуется емкость и труба из меди. Из трубы выполняется полотенцесушитель. Для его изготовления применяется любое цилиндрическое тело необходимого диаметра. Намотав на него трубу из меди можно без проблем и легко сделать такой элемент конструкции.

Готовый полотенцесушитель устанавливается в заранее разрезанную надвое емкость. Для производства емкости лучше применять материалы, устойчивые к процессам ржавления. После помещения в него змеевика, половинки бачка свариваются.

Площадь змеевика рассчитывается по следующей формуле МТ/0,8 РТ. Где:

  • МТ — мощность энергии тепла, которая выдаёт система.
  • 0,8 — показатель теплопроводимости при взаимном действии воды с материалом змеевика.
  • РТ — температурная разница воды при входе и на выходе.

Подбирая трубу из меди для самостоятельного изготовления змеевика, необходимо обратить собственное внимание на толщину стенок. Она обязана быть не меньше 1 мм. В другом случае, при намотке труба будет изменяться. Трубу, по которой выполняется вход хладагента, размещают в верхней части емкости.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

Трубный змеевик из медной трубки делается путем навивание медной трубки на формы в виде цилиндра предмет. Чем больше поверхностная площадь змеевика, тем выше продуктивность насоса

Атомайзер теплонасоса можно сделать в 2-ух вариациях — в виде емкости с находящимся в ней змеевиком и в виде трубы в трубе. Потому как, температура жидкости в атомайзере маленькая, емкость можно сделать из бочки из пластика. В эту емкость помещается контур, который исполняется из трубы из меди.

В отличии от конденсатора, спираль змеевика атомайзера должна подходить диаметру и высоте подобранной емкости. Другой вариант атомайзера: труба в трубе. В подобном варианте трубка с хладагентом располагается в пластиковой трубе большего размера, по которой течет вода. Длинна такой трубы зависит от планируемой силы насоса. Она может быть от 25 до 40 метров. Такую трубу свертывают в спираль.

Расширительный клапан относится к запорно-регулирующей арматуре для трубопроводов. В качестве запорного элемента в ТРВ применяется игла. Положение запорного элемента клапана обуславливается температурой в атомайзере. Это значимый элемент системы имеет довольно трудную конструкцию. В ее состав входят:

  • Термоэлемент.
  • Диафрагма.
  • Капиллярная трубка.
  • Термобаллон.

Такие элементы могут прийти в негодность при большой температуре. Благодаря этому, во время работ по пайке системы клапан необходимо изолировать с помощью асбестовой ткани. Клапан регулировки должен подходить продуктивности атомайзера.

После проведения работ по изготовлению ключевых конструкционных частей приходит серьезный момент сборки всей конструкции в единый блок. Намного более ответственным моментом считается процесс закачки хладагента или теплового носителя в систему. Проведение собственными руками аналогичной операции навряд ли по силам обычному обывателю. Здесь нужно будет обратиться к специалистам, которые занимаются ремонтом и обслуживанием климатического оборудования.

Мастера профессионалы, в основном, имеют специальное оборудование. Кроме заправки хладагента они могут испытать работу системы. Самостоятельная закачка хладагента может привести не только к выходе из строя конструкции, но и к тяжёлым травмам. Мало того для запуска системы также требуется особенное оборудование.

При запуске системы происходит пиковая пусковая нагрузка, составная часть 40 А. Благодаря этому, пуск системы без пускового реле невозможен. После первого пуска, в основном, нужна регулировка клапана и давления хладагента.

К подбору хладагента нужно отнестись серьезно. Ведь собственно это вещество, по существу, считается ключевым «переносчиком» полезной тепловой энергии. Из имеющихся современных хладагентов огромной популярностью пользуются фреоны. Это производные углеводородных соединений, в которых часть атомов углерода замещается на иные элементы.

тепловой, насос, отопление, тепловой энергии, теплового насоса

В результате сборки индивидуальных элементов теплонасоса должен выйдет закрытый контур, по которому двигается рабочая среда

После проведения данных работ вышла система с замкнутым контуром. В нем будет циркулировать хладагент, обеспечивая отбор и перенос энергии тепла от атомайзера к конденсатору. При подсоединении теплонасосов к системе теплоснабжения дома необходимо учесть, что температура воды на выходе из конденсатора не превышает 50 — 60 градусов.

В связи не очень большой температурой тепловой энергии, вырабатываемой теплонасосом, в качестве потребителя тепла необходимо подбирать специальные устройства теплоснабжения. Это может быть пол с подогревом либо же объемные низкоинерционные алюминиевые радиаторы или стали с площадью больших размеров излучения. Самодельные варианты теплонасосов намного более уместно рассматривать в качестве дополнительного оборудования, которое поддерживает и дополняет работу главного источника.

Ежегодно конструкции теплонасосов дорабатываются и улучшаются. В промышленных образцах, которые предназначены для домашнего применения, применяются намного лучше теплопередающие поверхности. Аналогичным образом, продуктивность систем всегда растет.

Существенным фактором, который активизирует формирование аналогичной технологии производства тепловой энергии, считается экологическая составная часть. Такие системы, Кроме того, что считаются очень продуктивными, не загрязняют внешнюю среду. Отсутствие открытого пламени выполняют его работу полностью неопасной.

Нужное видео по теме

Как выполнить самый простой рукодельный тепловой насос с теплообменным аппаратом из РЕХ трубы:

В качестве других отопительных коммуникаций достаточно давно применяются теплонасосы. Данные системы владеют надежностью, большим служебным сроком и, что очень важно, невредны для внешней среды. Они действительно начинают рассматриваться, как следующий шаг на пути формирования продуктивных и безопасных отопительных коммуникаций.

Тепловой насос воздух-вода своими руками. ч1


Добавить комментарий