Тепловой насос: что это такое, для чего служит, схема создания своими руками_

Для трансформации, переноса и преобразования энергии тепла применяется специальное устройство, напоминающее кондиционер или холодильник. Тепловой насос не используется для обогрева – он только транспортирует больше тепла, чем получает от сети. При помощи прибора можно перекачивать энергию грунта, воздуха или воды в отопительные коммуникации.

Принцип работы и конструкция

Тепловой насос холодильник наоборот

Теплонасос состоит из фреонового контура с компрессором, расширительным клапаном, теплообменников (конденсатор, испаритель) и трубопровода из меди. Узлы связываются воедино при помощи соединительной арматуры и автоматических деталей.

Принцип действия агрегата основывается на отборе низкопотенциального тепла:

воды (от +2 до +7 градусов),
воздуха (от -25 до +35 градусов),
почвы (от -5 до +5 градусов).

В процессе забора тепловых ресурсов исходная среда охлаждается, а хладагент внутреннего контура начинает кипеть и трансформируется в пар. Газ сжимается компрессором и резко теряет объем, одновременно нагнетая температуру и давление. Действие разогретого фреона заключается в передаче тепловых ресурсов в отопительную магистраль. Тепловые насосы работают по замкнутому принципу, используя только энергию без прямого нагрева теплоносителя.

Агрегат позволяет получить из 1 кВт использованных энергоресурсов 3-5 кВт тепла.

Принцип работы

Разновидности тепловых насосов

Тепловые насосы для отопления частного дома классифицируются по нескольким признакам. В зависимости от типа передачи энергии:

Компрессионные – состоят из компрессора, конденсатора, испарителя и расширителя. Оборудование работает по принципу цикла сжатия и расширения теплоносителя с дальнейшим обогревом.
Абсорбционные – функционируют на основе абсорбента и хладона. Абсорбционный прибор отличается эффективностью и является насосом нового поколения.

По тепловому источнику можно подобрать аппарат:

воздушный – извлекает тепловые ресурсы из атмосферы,
геотермальный – забирает энергию из воды или почвы,
вторичный – работает со вторичным теплом воды или воздуха.

Устройства вторичного тепла могут забирать энергию канализационных стоков.

Теплонасосный аппарат также различается по среде забора и трансформации энергии, особенностям и способам эксплуатации.

Система «грунт-вода»

Грунт-вода

Устройства позволяют получать тепло из недр земли круглогодично. По типу геотермального контура можно подобрать следующие модификации:

Горизонтальный – система в виде труб, расположенных ниже промерзания почвы, на глубине 1,5-2 м. Температурный режим на протяжении года достигает +3…+15 градусов, поэтому тепло можно получить в любой момент.
Вертикальный – коллектор имеет вид скважины 50-200 м в глубину. Внутри находятся специальные зонды, которые забирают тепло у постоянного температурного градиента.

При обустройстве вертикального контура нужно учитывать геологический состав почвы. На участке, где находится горизонтальный контур, нельзя строить дома, укладывать плитку.

Система «вода-вода»

Вода-вода

Чтобы обогреть помещение, понадобится использовать энергию подземных вод с постоянной температурой +7 и выше градусов. Технология предусматривает подачу воды центробежным насосом на специальную станцию. Тепловая энергия передается на антифриз нижним контуром прибора. Этот вариант допускается на участках:

без подземных вод или с минимальным уровнем их залегания,
со скважинами, в которых не понижается отметка воды,
с минимальным солевым составом и загрязненности,
оснащенных дренажным колодцем, способным принимать от 2200 л стоков в час.

Оптимальный вариант для оборудования «вода-вода» – местность рядом с рекой или другим водоемом.

Система «вода-воздух»

Воздух-вода

Тепловые насосы греют не воздух внутри комнат, а сам теплоноситель. Его можно применять для обогрева, приготовления ГВС. Система отличается рядом преимуществ:

устанавливается без бурения внешнего контура,
отличается надежностью и долговечностью,
эффективна осенью и весной.

К минусам насосов относятся:

понижение СОР при достижении температуры до +1,2 градусов,
использование реверса для оттайки наружного блока.

Станции не являются единственным средством получения тепла. Они функционируют совместно с котлом отопления.

Система «воздух-воздух»

Устройства, работающие по типу «воздух-воздух», получают тепловую энергию из уличных воздушных масс. Внешне они напоминают кондиционеры, но могут работать при низкой температуре. Нагрев холодного воздуха производится в конденсаторе. К преимуществам ТН относятся:

стоимость, сравнимая с ценой кондиционера,
быстрый монтаж,
отсутствие рисков утечки носителей тепла.

В числе недостатков систем:

возможность эксплуатации только при температуре до -20 градусов,
необходимость монтажа специального блока внутри каждой комнаты,
отсутствие условий для получения горячей воды.

Тепловое оборудование «воздух-воздух» можно использовать, чтобы дополнительно обогревать дачу или загородный дом.

Критерии выбора системы

Тепловой насос для квартиры 80 м²

Перед покупкой теплового насоса требуется учитывать:

Расходы на обустройство системы. Для подключения ТН в Москве понадобится уложить горизонтальный контур. Выкапывается котлован (10 тыс. руб./смена за аренду экскаватора), затем производится подготовка к работе (5 тыс. руб.). Скважина стоит 1000 руб./мп с учетом монтажа и обвязки зонда. Чтобы система могла нормально работать, понадобится 350 м контура или 350 тыс. руб.
Энергопотребление. ТН мощностью 9 кВт потребляет 2,7 кВт/ч электричества, что дешевле аналогичного электрокотла.
Окупаемость. Альтернативное отопление с учетом затрат на монтаж и расхода электричества оправдает себя через 3 года.
Климатические условия региона проживания. ТН неэффективны в областях с морозными зимами. Они не смогут забрать из грунта, воздуха или воды нужное количество тепла.
Мощность устройства. Владелец одноэтажного дома 10х10 квадратов должен сделать подсчеты на основании: максимальной отрицательной температуры (-20 градусов), разницы температуры на улице и в комнате (20 – -20=40), теплопотерь стен (кирпич – 13,5 кВт). К последнему показателю минимальной мощности нужно добавить около 50 %.
Емкость накопительного резервуара. При 3-х запусках насоса нужно 30 л воды, при 5 запусках – 20 л.

При подборе оборудования принимаются во внимание состояние дома и особенности местности, где он расположен.

Преимущества и недостатки

Отопительные коммуникации с теплонасосом обладают рядом достоинств:

экономия энергоносителя: при расходе 1 кВт/ч получается 4 кВт/ч тепла,
сокращение затрат на ремонт системы,
универсальность – подходит для монтажа в регионах без газовых магистралей, ЛЭП, т.к. будет работать от воздуха, грунта или воды,
полная автоматизация системы – при длительном отсутствии собственник может выставить постоянный температурный режим +10 градусов,
экологическая безопасность – не вырабатывает окислов, кислот и бензойных соединений,
отсутствие аварийных ситуаций – теплоноситель и узлы системы не нагреваются до критических температур,
возможность эксплуатации при температуре до -15 градусов,
реверсивность – установки охлаждают дом в летнее время, отводя тепло из комнат и направляя в резервную среду,
длительное использование: без капитального ремонта насос применяется 25-50 лет, компрессорная запчасть выходит из строя раз в 15-20 лет.

К минусам применения тепловых насосов относятся:

финансовые затраты для организации геотермальной системы,
длительная (5-10 лет) окупаемость системы,
необходимость применения дополнительного обогрева в холодных регионах.

В системах теплый пол допускается использовать фанкойлы, передающие тепло или холод воздуху от воды. Если у вас старое жилье, понадобится перепланировка отопления.

Тепловой насос своими руками

Изготовить тепловой насос самостоятельно возможно только для отопления небольшого дома.

Приобрести старый холодильник и разобрать его, удалив автоматику.
Сделать конденсатор из стального бака на 100 л, разрезанного пополам. В баке ставится медный змеевик со стенками 1 мм в толщину.
Изготовить змеевик, намотав медную трубку на газовый или кислородный баллон с соблюдением одинакового расстояния между витками.
Зафиксировать витки, продев проволоку в отверстия алюминиевых уголков.
Сварить части бака.
Сделать испаритель из пластиковой емкости на 60-80 л. В нем устанавливается змеевик и резьба для сливных и подающих патрубков.
Установить технику в помещении и подвести к ней 2 воздуховода, врезанных в переднюю створку.
Выполнить спайку медных труб, закачать фреон.
Сделать стартовый запуск и подключить конструкцию к отоплению.

Воздух будет подаваться по верхнему каналу в морозильную камеру, остывать и подаваться в корпус. После прогрева теплообменником на задней стенке воздушные массы поступят в помещение.

По итогу работы получается система с контуром замкнутого типа. В ней циркулирует хладагент, забирая и транспортируя энергию с испарителя на конденсатор. У полученной тепловой энергии – маленькая мощностью, поэтому требуется дополнительно подключать теплый пол или радиаторы низкоинерционного типа.

Температура воды на выходе будет не более 50-60 градусов.

Схема

Сэкономить на самостоятельном изготовлении устройства и его монтажа поможет бивалентная схема отопительной системы. Она подразумевает расчет мощности ТН на основании минимальной температуры. На протяжении года установка будет работать не на полную мощность.

Нанос в данном случае – пассивный агрегат, к которому подключается котел газового ли твердотопливного типа. К последнему подключается байпас.

Тепловые модификации насосов относятся к эффективному, но дорогостоящему оборудованию. При длительном сроке окупаемости они будут единственной альтернативой в местностях без газоснабжения.