Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

1 Особенности и принцип работы ТН

2 Разновидности установок

3 Какой ТН лучше собирать

4 Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

5 Делаем геотермальную установку

5.1 Расчет грунтового контура и теплообменников насоса

5.2 Оборудование и материалы

5.3 Сборка теплообменного блока

5.4 Устройство грунтового контура

5.5 Заправка и запуск системы

6 Заключение

Особенности и принцип работы ТНЧем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;

ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;

установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;

работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.

Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.

Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.

На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Разновидности установокСогласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.

Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.

Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.

Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

Какой ТН лучше собиратьФормулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.

Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться инверторным кондиционером в режиме обогрева.

Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно добиться COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.

Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

После этого емкость сваривается.

Далее на емкость крепится компрессор. Изготовить агрегат в домашних условиях практически невозможно.

Поэтому лучше взять его со старого холодильника.

При этом стоит обратить внимание на то, чтобы он был в исправном состоянии.

В качестве испарителя можно использовать обычную пластиковую бочку.

После того как все элементы системы будут готовы, они соединяются между собой.

Для подключения агрегата к отопительной системе используют пластиковые трубы.

Таким образом, можно соорудить тепловой насос из старого бытового холодильника.

Если понадобится закачка фреона в систему, то для этого нужно вызвать мастера.

Такую работу можно выполнить только с помощью специального оборудования.

Возьмите на заметку: тепловые насосы из холодильника часто используют для обогрева небольших помещений и строений бытового назначения.

Это может быть гараж или небольшой сарай.

Также холодильник можно использовать в качестве источника тепла.

То есть он будет играть роль радиатора отопительной системы.

Нужно просто смонтировать два воздуховода, по которым в технику будет поступать, и отводиться воздух.

Первый канал будет запускать в морозилку воздух, а второй выпускать.

При этом происходят физические процессы, которые заставляют конденсатор нагреваться.

Возможно, Вам будет также интересна статья о том, как сделать своими руками тепловой насос Френетта.

О тепловых насосах Игоря Савостьянова Henk System Вы можете прочитать здесь.

Применение кондиционера

Тепловой насос из кондиционера

Схема теплонасоса из кондиционера

Особенность кондиционера заключается в том, что по принципу работы он напоминает тепловой насос.

Но, есть некоторые отличия.

Прежде всего, стоит отметить температурный режим работы климатической техники.

Сплит-системы не желательно использовать при низких температурах.

Чтобы изготовить теплонасос из кондиционера, необходимо провести ряд модификаций и перепланировок:

Первый способ сборки насоса заключается в переделки кондиционера.

В этом случае наружный и внутренний блок меняются местами.

Во внутреннем блоке находится испаритель, который нужен для передачи низкопотенциального тепла.

Во внешнем же блоке установлен конденсатор, который передает тепловую энергию.

В качестве теплоносителя системы отопления может использоваться как воздух, так и вода.

Во втором случае конденсатор монтируется в специальный резервуар, где будет проводиться передача тепла.

Второй способ заключается в установке в систему четырех ходового переключающего клапана.

Выполнить такую работу смогут только профессионалы.

Особенно это касается установки теплового зонда.

Третий вариант заключается в полной разборке климатической техники.

Детали используются для сборки теплонасоса по обычной схеме: испаритель – компрессор – конденсатор.

К сборке теплового насоса на основе кондиционера стоит подойти очень внимательно и лучше привлечь профессионала.

От правильности сборки будет зависеть продуктивность агрегата.

Перед тем как приступать к сборке теплонасоса, стоит задуматься над утеплением дома.

Если строение обладает низкими теплоизоляционными свойствами, то эффективность использования насоса и других источников тепла значительно снизиться.

Такие насосы лучше использовать в низкотемпературных системах отопления.

В данном случае оптимальным вариантом станет теплый пол.

Учитывая все особенности сборки, вполне реально соорудить тепловой насос своими руками.

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии.

Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев.

Для таких целей подходит тепловой насос.

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.

Тепловой насос для отопления дома

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.

Применение

Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:

Теплонасос своими руками

если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;

если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;

нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;

если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии.

Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.

Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха.

Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать.

Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°.

Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло.

Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Схема работы прибора по пунктам:

носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;

затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;

во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением.

Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь.

Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;

газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;

горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;

завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тепловые насосы

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения.

Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Виды

Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов — по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации.

Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух.

Все виды насосов основаны на одном принципе работы.

Классификация

Выделяют три группы устройств:

Геотермальный тепловой насос

вода-вода;

грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);

используют воду и воздух.

Тепловой коллектор «грунт-вода»

Тепловой насос своими руками — самый распространенный и эффективный способ добычи энергии.

На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».