1-ые варианты теплонасосов могли лишь частично удовлетворить потребности в тепловой энергии. Современные разновидности более эффективны и могут применяться для систем отопления. Конкретно поэтому смонтировать тепловой насос своими руками пытаются многие домовладельцы.
Мы расскажем, как избрать оптимальный вариант теплового насоса с учетом гео-данных участка, на котором его планируется установить. В предложенной к рассмотрению статье тщательно описан принцип действия систем использования “зеленой энергии”, перечислены отличия. С учетом наших советов вы, без сомнения, остановитесь на действенном типе.
Для самостоятельных мастеров мы приводим технологию сборки теплового насоса. Представленную к рассмотрению информацию дополняют приятные схемы, подборки фото и развернутый видео-инструктаж в двух частях.
Что такое тепловой насос и как он работает?
Под термином термический насос понимается набор определенного оборудования. Основной функцией этого оборудования является сбор термический энергии и ее транспортировка к потребителю. Источником такой энергии может стать любое тело или среда, владеющая температурой от +1º и более градусов.
В окружающей нас среде источников низкотемпературного тепла более чем достаточно. Это промышленные отходы компаний, тепловых и атомных электростанций, канализационные стоки и пр. Для работы может означать: Работа — функционирование какой-либо системы — механизма, биоценоза, организма или общности, — а также её части тепловых насосов в сфере отопления дома необходимы три самостоятельно восстанавливающихся природных источника – воздух, вода, земля.
Тепловые насосы “черпают” энергию из процессов, часто происходящих в окружающей среде. Течение процессов никогда не прекращается, потому источники признаны неисчерпаемыми по человечьим критериям
Три перечисленных потенциальных поставщика энергии напрямую связаны с энергией солнца, которое путем нагревания приводит в движение воздух смесь газов, главным образом, азота и кислорода ( 98—99 % ) в сумме и зависит от влажности (концентрации водяного пара), а также аргона, углекислого газа, водорода, образующая земную атмосферу с ветром и докладывает тепловую энергию земле. Именно выбор источника является основными критерием, согласно которому систематизируют тепловые насосные системы.
Принцип действия тепловых насосов базируется на способности тел или сред передавать термическую энергию другому телу или среде. Получатели и поставщики энергии в тепловых насосных системах работают обычно в паре.
Так различают последующие виды тепловых насосов:
- Воздух – вода.
- Земля – вода.
- Вода – воздух.
- Вода – вода.
- Земля третья по удалённости от Солнца планета Солнечной системы – воздух.
- Вода – вода
- Воздух – воздух.
При этом 1-ое слово определяет тип среды, у которой система отбирает низкотемпературное тепло. Второе указывает на вид носителя, которому и передается эта термическая энергия. Так, в тепловых насосах вода – вода, тепло отбирается у водной среды и в качестве теплоносителя употребляется жидкость.
Тепловые насосы по конструктивному типу являются парокомпрессионными установками. Они извлекают тепло из природных источников, обрабатывают и транспортируют его к потребителям (+)
Современные термические насосы используют три основных источника тепловой энергии. Это – грунт, вода и воздушная среда. Самый простой из этих вариантов – воздушный термический насос. Популярность таких систем связана с их довольно несложной конструкцией и простотой монтажа.
Однако невзирая на такую популярность, эти разновидности имеют довольно низкую производительность. К тому же КПД нестабилен и зависим сезонных колебаний температурного режима.
С снижением температуры их производительность значительно падает. Такие варианты тепловых насосов можно рассматривать как дополнение к имеющемуся основному источнику термический энергии.
Варианты оборудования, использующего тепло грунта, считаются более эффективными. Грунт получает и аккумулирует термическую энергию не только от Солнца, он постоянно подогревается за счет энергии земного ядра.
То есть грунт является типичным тепловым аккумулятором, мощность которого, практически, не ограничена. Причем температура грунта многокомпонентные динамичные системы (горные породы, почвы, осадки и техногенные образования), рассматриваемые как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека, особенно на некой глубине, постоянна и колеблется в незначительных пределах.
Сфера применения энергии, вырабатываемой тепловыми насосами:
Постоянство температуры источника является важным фактором стабильной и эффективной работы данного вида энергетического оборудования. Аналогичными чертами обладают системы, в которых водная среда является основным источником тепловой энергии. Коллектор таких насосов располагают либо в скважине, где он оказывается в водоносном слое, либо в водоеме.
Среднегодовая температура таких источников, как грунт и вода, варьируется от +7º до + 12º С. Таковой температуры вполне достаточно для того, чтобы обеспечить эффективную работу системы.
Наиболее действенными считаются тепловые насосы, извлекающие тепловую энергию из источников со стабильными температурными показателями, т.е. из воды и грунта
Главные элементы конструкции тепловых насосов
Для того чтобы установка получения энергии работала согласно принципам работы термического насоса, в его конструкции должны присутствовать 4 основных агрегата, это:
- Компрессор.
- Испаритель.
- Конденсатор.
- Дроссельный клапан.
Серьезным элементом конструкции теплового насоса является компрессор. Его основная функция – повышение давления и температуры паров, образующихся в итоге кипения хладагента. Для климатической техники и тепловых насосов в частности применяются современные спиральные компрессоры.
В качестве рабочего тела, осуществляющего конкретный перенос тепловой энергии, используются жидкости с низкой температурой кипения. Как правило, используется аммиак и фреоны (+)
Такие компрессоры рассчитаны на эксплуатацию при минусовых температурах. В отличие от других разновидностей спиральные компрессоры создают мало шума и работают, как при низких температурах кипения газа, так и при высоких температурах конденсации. Бесспорным преимуществом считаются их компактные размеры и небольшой удельный вес.
Практически вся энергия теплового насоса затрачивается на транспортировку термический энергии извне внутрь помещения. Так на работу систем уходит около 1 энергетической единицы при производстве 4 – 6 единиц (+)
Испаритель как конструктивный элемент представляет собою емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент агент (хладагент) — рабочее вещество (может являться жидкостью, газом и даже быть в твердом агрегатном состоянии) холодильной машины, которое при кипении (испарении, плавлении или даже сублимации) отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации или иному фазовому переходу (воде, воздуху и т. п.). Хладагент является частным случаем теплоносителя, циркулируя по замкнутому контуру, проходит буквально через испаритель. В нем хладагент разогревается и превращается в пар. Образующийся пар под низким давлением направляется в сторону компрессора.
В компрессоре пары хладагента подвергаются действию давления и их температура возрастает. Компрессор перекачивает под наибольшим давлением разогретый пар в сторону конденсатора.
Компрессор сжимает циркулирующую по контуру среду, в результате чего возрастает ее температура и давление. Затем сжатая среда поступает в теплообменник (конденсатор), где охлаждается, передавая тепло воде либо воздуху
Последующий конструктивный элемент составляющая часть чего-либо (особенно — простая, не состоящая, в свою очередь, из других частей) системы – конденсатор. Его функция сводится к отдаче тепловой энергии внутреннему контуру в общем случае, замкнутая линия, очертание некоторой геометрической фигуры, предмета; силуэт отопительной системы.
Серийные эталоны, изготавливаемые промышленными предприятиями, оснащаются пластинчатыми теплообменниками. Основным материалом для таких конденсаторов служит легированная сталь или медь.
Для самостоятельного производства теплообменника подойдет медная трубка диаметром полдюйма. Толщина стенок труб, используемых для производства теплообменника, должна быть не менее 1 мм
Терморегулирующий, или иначе дроссельный, клапан устанавливается в начале той части гидравлического контура, где циркулирующая среда высочайшего давления преобразуется в среду с низким давлением. Точнее дроссель в паре с компрессором делят контур термического насоса на две части: одну с высокими параметрами давления, другую – с низкими.
При прохождении буквально через расширительный дроссельный вентиль циркулирующая по замкнутому контуру жидкость частично испаряется, вследствие чего давление совместно с температурой падают. Затем поступает в теплообменник, сообщающийся с окружающей средой. Там захватывает энергию среды и переносит ее назад в систему.
С помощью дроссельного клапана происходит регулирование потока хладагента в сторону испарителя. При выборе клапана устройство, предназначенное для открытия, закрытия или регулирования потока чего-либо, при наступлении определённых условий (повышении давления в сосуде, изменении направления тока среды в трубопроводе) надо учитывать параметры системы. Клапан должен соответствовать этим параметрам.
При прохождении через теплорегулирующий клапан водянистый теплоноситель частично испаряется, а температура потока понижается (+)
Выбор типа теплового насоса
Главным показателем этой системы обогрева является мощность. От мощности скалярная физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы в первую очередь будут зависеть и денежные затраты на покупку оборудования и выбор того либо иного источника низкотемпературного тепла. Чем выше мощность термический насосной системы, тем больше стоимость комплектующих элементов.
В первую очередь имеется в виду мощность компрессора, глубина скважин горная выработка круглого сечения, пробуренная с поверхности земли или с подземной выработки без доступа человека к забою под любым углом к горизонту, диаметр которой намного меньше её глубины для геотермических зондов, либо площадь в узком смысле, площадь фигуры — численная характеристика, вводимая для определённого класса плоских геометрических фигур (исторически, для многоугольников, затем понятие было расширено на квадрируемые фигуры) и обладающая свойствами площади для размещения горизонтального коллектора. Правильные термодинамические расчеты являются специфичной гарантией того, что система будет эффективно работать.
При наличии рядом с личным участком водоема более рентабельным и производительным выбором станет тепловой насос вода-вода
Для начала следует изучить участок, который планируется для спец монтажа насоса. Идеальным условием будет наличие на этом участке водоема. Использование варианта одна из нескольких редакций какого-либо произведения (литературного, музыкального и тому подобного) или официального документа; видоизменение какой-либо части произведения (разночтения отдельных слов, строк, строф, глав) типа вода-вода существенно сократит объем земляных работ.
Использование тепла земли напротив предполагает большое кол-во работ, связанных с выемкой грунта. Системы, которые в качестве низкопотенциального тепла энергия термодинамической системы может изменяться двумя способами: посредством совершения работы над системой и посредством теплообмена с окружающей средой используют водную среду, числятся наиболее эффективными.
Устройство теплового насоса, извлекающего тепловую энергию из грунта, предполагает проведение впечатляющего количества земляных работ. Закладывается коллектор ниже уровня сезонного промерзания
Использовать термическую энергию грунта можно двумя способами. Первый предполагает бурение скважин диаметром 100-168 мм. Глубина таких скважин, в зависимости от характеристик системы, может достигать 100 м и более.
В эти скважины помещают специальные зонды. При втором методе используется коллектор из труб. Такой коллектор размещается под землей в горизонтальной плоскости. Для этого альтерната необходимо достаточно большая площадь.
Для укладки коллектора идеальными считаются участки с влажным грунтом. Естественно, бурение скважин обойдется дороже, ежели горизонтальное расположение коллектора. Однако не на каждом участке есть свободные площади. На один кВт мощности термического насоса нужно от 30 до 50м² площади.
Сооружение для забора тепловой энергии одной глубокой скважиной может оказаться немногим гораздо дешевле рытья котлована. Но веский плюс заключается в существенной экономии места, что важно для владельцев маленьких участков
В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в 2-ух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах.
Отбор тепловой русская фамилия энергии в таких системах путем перекачивания грунтовой воды по замкнутому контуру, части которого размещены в скважинах. Такая система нуждается в установке фильтра и периодической чистке теплообменника.
Самая обычная и дешевая схема теплового насоса основана на извлечении тепловой энергии из воздуха. Некогда она стала базой для устройства холодильников, чуть позже согласно ее принципам разработаны были кондиционеры.
Самая простая тепловая насосная система получает энергию из воздушной массы. Летом она участвует в отоплении, зимой в кондиционировании. Минус системы в том, что в самостоятельном выполнении агрегат с недостаточной мощностью
Эффективность различных типов данного оборудования не одинакова. Наименьшими показателями владеют насосы, использующие воздушную среду. К тому же эти показатели напрямую зависят от погодных условий.
Грунтовые разновидности термических насосов имеют стабильные показатели. Коэффициент эффективности данных систем варьируется в пределах 2,8 -3,3. Большей эффективность обладают системы вода-вода. Это связано, в первую очередь, со стабильностью температуры источника.
Нужно заметить, что чем глубже расположен в водоеме коллектор насоса гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя или мускульную энергию (в ручных насосах) в энергию потока жидкости, служащую для перемещения и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов, тем стабильнее будет температура. Для получения мощности системы в 10КВт, нужно около 300 метров трубопровода.
Основным параметром, характеризующим эффективность работы теплового насоса, считается его коэффициент преобразования. Чем выше коэффициент преобразования, тем эффективнее считается термический насос.
Коэффициент преобразования теплового насоса выражается через отношение показателей теплового потока и электро мощности, затраченной на работу компрессора
Сборка теплового насоса своими силами
Зная схему действия и уст-во теплового насоса, собрать и смонтировать самостоятельно систему альтернативного отопления искусственный обогрев помещений с целью возмещения в них теплопотерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей условиям теплового комфорта и/или требованиям технологического процесса вполне возможно. Перед началом работ нужно рассчитать все основные параметры будущей системы. Для расчета параметров будущего насоса можно пользоваться программным обеспечением , предназначенным для оптимизации систем охлаждения.
Наиболее простым в сооружении вариантом является система множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство воздух-вода. Она не просит сложных работ по устройству внешнего контура, который присущ водным и грунтовым разновидностям термических насосов. Для монтажа понадобятся лишь два канала, по одному из которых будет подаваться воздух, по второму отводиться отработанная масса.
Проще вообще всего своими руками устроить тепловой насос с забором тепла из воздушной массы. Установленный на улице вентилятор нагнетает воздух к испарителю
За исключением вентилятора необходимо обзавестись компрессором нужной мощности. Для такого агрегата вполне подойдет компрессор, которым оснащаются простые сплит-системы. Необязательно покупать новый агрегат.
Можно снять его со старого оборудования или использовать комплектующие старенького холодильника. Желательно применять спиральную разновидность. Эти варианты компрессоров помимо обладания достаточной эффективностью делают высокое давление, обеспечивающее повышение температуры.
Для устройства конденсатора понадобится емкость и медная труба. Из трубы делается змеевик. Для его производства используется любое цилиндрическое тело нужного диаметра. Намотав на него медную трубу можно просто и быстро изготовить этот элемент конструкции.
Готовый змеевик Змеевик (устар.) — минерал, то же, что серпентин монтируется в предварительно разрезанную напополам емкость. Для изготовления емкости лучше использовать материалы, стойкие к коррозионным процессам. После помещения в него змеевика, половинки бака свариваются.
Площадь змеевика рассчитывается по последующей формуле:
МТ/0,8 РТ,
где:
- МТ – мощность тепловой энергии, которая выдает система.
- 0,8 – коэффициент теплопроводности при содействии воды с материалом змеевика.
- РТ – разница температур воды на входе и на выходе.
Выбирая медную трубу для самостоятельного производства змеевика, нужно обратить внимание на толщину стенок. Она должна быть не менее 1 мм. В противном случае при намотке труба будет деформироваться. Трубу, по которой выполняется вход хладагента, располагают в верхней части емкости.
Теплообменник из медной трубки изготавливается путем навивание медной трубки на предмет с цилиндрической формой. Чем больше площадь поверхности змеевика, тем выше производительность насоса
Испаритель термического насоса можно выполнить в двух вариантах – в виде емкости с находящимся в ней змеевиком и в виде трубы в трубе. Так как, температура жидкости в испарителе небольшая, емкость можно выполнить из пластиковой бочки. В эту емкость помещается контур, который производится из медной трубы.
В отличие от конденсатора, спираль змеевика испарителя должна соответствовать диаметру и высоте избранной емкости. Второй вариант испарителя: труба в трубе. В таком варианте трубка с хладагентом располагается в пластиковой трубе большего диаметра, по которой циркулирует вода.
Длина такой трубы зависит от планируемой мощности насоса. Она может быть от 25 до 40 метров. Такую трубу сворачивают в спираль.
Терморегулирующий клапан относится к запорно-регулирующей трубопроводной арматуре. В качестве запорного элемента в ТРВ употребляется игла. Положение запорного элемента клапана обуславливается температурой физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел в испарителе.
Это важный элемент системы имеет достаточно сложную конструкцию. В ее состав входят:
- Термоэлемент.
- Диафрагма.
- Капиллярная трубка.
- Термобаллон.
Эти элементы могут придти в негодность при высокой температуре. Поэтому во время работ по пайке системы клапан следует изолировать при помощи асбестовой ткани. Регулирующий клапан должен соответствовать производительности испарителя.
После проведения работ по изготовлению главных конструкционных частей наступает ответственный момент сборки всей конструкции в единый блок. Более ответственным этапом является процесс закачки хладагента или теплоносителя в систему.
Самостоятельное проведение схожей операции вряд ли по силам простому обывателю. Тут придется обратиться к профессионалам, которые занимаются ремонтом и обслуживанием климатического оборудования Оборудование (процесс) — работа по обустройству, дополнению чего-либо в среде обитания человека: вещей (напр.
У рабочих этой сферы, как правило, имеется необходимое оборудование. Помимо заправки хладагента они могут протестировать работу системы. Самостоятельная закачка хладагента может привести не только лишь к поломке конструкции, но и к тяжелым травмам. Кроме того, для запуска системы так же необходимо специальное оборудование.
При запуске системы происходит пиковая пусковая нагрузка, составляющая, как правило, около 40 А. Потому запуск системы без пускового реле невозможен. После первого пуска необходима регулировка клапана и давления на поверхность — экстенсивная физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности хладагента.
К выбору хладагента стоит отнестись со всей серьезностью. Фактически именно это вещество по сути считается основным “переносчиком” полезной тепловой энергии. Из имеющихся современных хладагентов наибольшей популярностью пользуются фреоны. Это производные углеводородных соединений, в которых часть атомов углерода замещается на остальные элементы.
В результате сборки отдельных элементов теплового насоса должен получиться замкнутый контур, по которому циркулирует рабочая среда
В итоге проведения этих работ получилась система с замкнутым контуром. В нем будет циркулировать хладагент, обеспечивая отбор и перенос термический энергии от испарителя к конденсатору. При подключении тепловых насосов к системе теплоснабжения дома следует считать, что температура воды на выходе из конденсатора не превышает 50 – 60 градусов.
В связи небольшой температурой термический энергии, вырабатываемой тепловым насосом, в качестве потребителя тепла нужно выбирать специализированные приборы отопления. Это может быть теплый пол или же большие низко-инерционные радиаторы из алюминия или стали с большой площадью излучения.
Самодельные варианты тепловых насосов более уместно рассматривать в качестве вспомогательного оборудования, которое поддерживает и дополняет работу основного источника или Источники, может употребляться в следующих значениях: Источник (природный), ключ, родник — выход подземных вод на поверхность.
С каждым годом конструкции термических насосов совершенствуются. В промышленных образцах, предназначенных для бытового использования, используются более эффективные теплопередающие поверхности. В итоге производительность систем постоянно растет.
Немаловажным фактором, который стимулирует развитие подобной технологии производства термический энергии, является экологическая составляющая. Подобные системы помимо того, что являются довольно действенными, не загрязняют окружающую среду. Отсутствие открытого пламени делает его работу абсолютно безопасной.
Выводы и полезное Video по теме
Видео #1. Как сделать простейший самодельный тепловой насос с теплообменником из РЕХ трубы:
Video #2. Продолжение инструктажа:
В качестве альтернативных систем отопления довольно давно используются термические насосы. Эти системы обладают надежностью, длительным сроком службы и, что немаловажно, безвредны для окружающей среды день недели между вторником и четвергом. Они серьезно начинают рассматриваться, как очередной шаг на пути развития эффективных и безопасных систем отопления.
