Тепловой насос для отопления дома своими руками

Немного теории

Использовать природное тепло земли для подогрева жилища проще всего при наличии в регионе геотермальных вод (как это делают в Исландии). Но такие условия большая уникальность.

И в то же время термическая энергия есть всюду — нужно только ее извлечь и вынудить работать. Для этого и служит термический насос. Что он делает:

В принципе, употребляется стандартная схема компрессорного холодильника, но «напротив». В первом контуре циркулирует природный теплоноситель. Он замкнут на теплообменник, выполняющий функцию испарителя для второго контура.

1 — земля; 2 — циркуляция рассола; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — система отопления; 8 — хладагент; 9 — дроссель

2-ой контур — это и есть сам термический насос, снутри которого находится фреон. Цикл термического насоса состоит из последующих шагов:

  1. В испарителе фреон греется до температуры кипения. Она находится в зависимости от типа фреона и давления в этой части системы (обычно до 5 атмосфер).
  2. В газообразном состоянии фреон поступает в компрессор и сжимается до 25 атмосфер, при всем этом его температура вырастает (чем больше сжатие, тем выше температура). Это и есть фаза аккумуляции тепла — из огромного объема с низкой температурой переход в малый объем с высочайшей температурой.
  3. Подогретый давлением газ поступает в конденсатор, в каком происходит передача тепла теплоносителю системы отопления.
  4. После остывания фреон попадает в дроссель (он же регулятор потока либо терморегулирующий вентиль). В нем давление падает, фреон конденсируется и в виде воды ворачивается в испаритель.

Где лучше «отбирать» тепло

Принципно есть три среды, из которых можно «отобрать» тепло:

1. Воздух. При обычном давлении все типы фреонов закипают при отрицательных температурах (к примеру, R22 — около -25 °C, R404 и R502 — около -30 °C). Но для циркуляции в системе нужно сделать лишнее давление уже на первой фазе — испарении. Те же 4 атмосферы в испарителе требуют, чтоб температура воздуха на улице была не ниже 0 °C для R22 и -5 °C для R404 и R502. В наших регионах этот тип термического насоса можно использовать для отопления в межсезонье и для жаркого водоснабжения в теплое время года.

2. Вода. Это более размеренный источник тепла, при условии, что водоем зимой не промерзает до дна. Но дом должен не просто находиться рядом с озером либо рекой, а быть на первой полосы.

3. Земля. Самый размеренный источник термический энергии. Можно использовать две схемы — горизонтальную и вертикальную. Горизонтальная кажется проще тем, что не просит бурения. Но придется сделать большой объем земельных работ по копанию системы траншей на глубину ниже уровня вымерзания грунта (для средних широт он колеблется от 1 метра на западе европейской части страны и до 1,6–1,8 поближе к Уралу, в Сибири ситуация «еще ужаснее». Вертикальная схема более универсальна и эффективна, но просит бурения на значительную глубину. Хотя можно использовать несколько неглубоких скважин заместо одной глубочайшей.

Принципиальная схема

Сама схема термического насоса легкая: испаритель — компрессор — конденсатор — дроссель — испаритель.

«Сердечко» схемы — это компрессор. Можно приобрести новый, но дешевле подыскать б/у. Естественно, идет речь не о маломощных компрессорах бытовых холодильников, а о моделях, устанавливаемых в сплит-системах. Ориентироваться нужно не на потребляемую мощность, а на мощность в режиме подогрева (которая выше чем в режиме остывания на 5–20%).

Выбирают модель компрессора по соотношению 1 кВт на 10 кв. метров отапливаемой площади.

Внимание! Может указываться мощность не только лишь в кВт, да и в BTU (британская единица измерения термический энергии, принятая для климатической техники). Пересчет сделать просто — значение в BTU поделить на 3,4.

При расчете характеристик теплонасоса, в том числе теплообменников, употребляют программное обеспечение, созданное для моделирования, расчетов и оптимизации систем остывания, к примеру, CoolPack

Уже на стадии расчетов (а поточнее, при задании «вводных») можно улучшить систему, выбрав рациональные термические режимы.

Внедрение термического насоса отлично для низкотемпературных систем отопления, к примеру, для теплых полов с температурой не выше 35–40 °C. Кстати, эта же температура рекомендована по мед требованиям для системы ГВС.

Для каждого типа фреона есть рациональные температуры «входа» и «выхода», поточнее, кипения и конденсации, но разница у всех их менее 45–50 °C.

Казалось бы, повышение температуры на выходе термического насоса даст полезный эффект, но это не так. Будет расти и разница температур, что приведет к понижению COP (коэффициента преобразования, либо КПД термический машины). Не считая того, для этого будет нужно внедрение более массивного компрессора и дополнительный расход электроэнергии.

Безупречного COP достигнуть не получится (утраты в компрессоре, расход электроэнергии, утраты тепла при транспортировке снутри системы и т. п.), потому реальные значения обычно лежат в границах от 3 до 5.

Еще есть один метод увеличения эффективности — внедрение бивалентной схемы отопления.

В действительности работа системы отопления в полную мощность нужна только на протяжении 15–20% всего сезона. На это время можно использовать дополнительные отопительные устройства (к примеру, глиняний обогреватель либо конвектор). Уменьшение расчетной термический мощности до 80% дозволит сберечь на компрессоре, уменьшить глубину скважины либо длину труб горизонтальной схемы, понизить расход электроэнергии на сервис самого термического насоса.

От данной номинальной мощности термического насоса и COP зависит расчет горизонтального либо вертикального грунтового теплообменника. В среднем с каждого метра «горизонта» снимают 20 Вт (при шаге укладки труб более 0,7 м), а с «вертикали» — 50 Вт. Но определенные значения зависят от вида породы и ее влажности. Наилучшие значения у грунтовых вод.

Любопытно! Есть и другие грунтовые теплообменники — «спираль» либо «корзина». На самом деле, это вертикальный зонд из трубы в виде спирали, что позволяет понизить глубину бурения.

После определения длины горизонтального контура либо глубины вертикального зонда рассчитывают размеры испарителя и конденсатора.

Изготовление испарителя и конденсатора

Можно приобрести уже готовые теплообменники как для испарителя (под низкое давление), так и для конденсатора (с давлением до 25 бар). Но дешевле их сделать из медной трубки для кондюков (которая предназначена конкретно для работы с хладагентами при высочайшем давлении) и подручных емкостей.

Принципиально! Сантехническая медная труба не такая «незапятнанная» и эластичная. Ее ужаснее паять и вальцевать при монтаже.

Рассчитывают площадь поверхности теплообменника, которая прямо пропорциональна мощности тепловыделения и назад пропорциональна разнице температур теплоносителей на входе и выходе каждого подключаемого контура (грунтового и системы отопления).

Зная поперечник трубы и площадь поверхности, определяют длину каждого змеевика для испарителя и конденсатора.

Емкость для конденсатора лучше сделать из нержавейки (температура входящих паров фреона может быть достаточно высочайшая):

Испаритель работает на более низких температурах, потому для него можно взять более дешевенькую пластиковую емкость, в которую врезают переходники для подключения к грунтовому контуру. Он также отличается от конденсатора расположением змеевика теплообменника — вход (водянистая фаза фреона от ТРВ) снизу, выход на компрессор сверху.

Монтаж схемы

После производства теплообменников создают сборку газогидравлической схемы:

1 — циркуляционный насос грунтового контура; 2 — испаритель; 3 — выход грунтового контура; 4 — терморегулирующий вентиль; 5 — компрессор; 6 — к системе отопления; 7 — конденсатор; 8 — обратка системы отопления

Электронная схема (компрессор, насос грунтового контура, аварийная автоматика) должна подключаться по выделенной цепи, которая должна выдерживать достаточно высочайшие пусковые токи.

Непременно использовать автомат защиты, также аварийное отключение от реле температуры: на выходе воды из конденсатора (при перегреве) и выходе рассола из испарителя (при переохлаждении).

Профиль направляющий (ПН-2) Эконом 50x40x3000 мм

Профиль направляющий (ПН-2) ECO 50x40x3000 мм предназначен для монтажа разных гипсокартонных конструкций, межкомнатных перегородок и облицовки стенок. Элемент применяется в качестве направляющего для стоечных профилей такого же размера. Основание профиля обустроено 2-мя ребрами жесткости, которые присваивают крепкость. Строительный материал сделан из покрытой цинком стали.

Достоинства:

Copyright © 2020 - 2024