В связи с постоянным повышением стоимости теплоносителей востребованными становятся альтернативные методы отопления. К примеру, удобный тепловой насос воздух-вода, использующий для обогрева энергию воздуха. Установка не просит дорогостоящих расходных материалов, удобна в эксплуатации, безопасна.
В связи с большой ценой заводской сборки агрегата у многих возникает интерес к самостоятельному сооружению данной системы. Мы расскажем, что потребуется домашнему мастеру для устройства самодельного термического насоса. У нас вы узнаете, какими техническими средствами следует запастись.
Характерности тепловой системы воздух-вода
Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом плюсов:
- экономит электричество;
- для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение особых разрешений;
- если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.
Веское преимущество термический системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической защищенности.
Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя max эффективно, а когда ее использование нецелесообразно.
Тепловая насосная система (множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство), извлекающая энергию из воздушной массы, может употребляться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара
Специфичность применения и работы
Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном спектре от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет производить больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для подогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон (хладоны — техническое название группы фторсодержащих производных насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), применяемых в качестве хладагентов, пропеллентов, вспенивателей, растворителей), находящийся в конструкции, закипает при температуре (физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел) -55 градусов.
Теоретически система может производить тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность впрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха (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).
Потому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сумеет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.
Если в помещении установлены стандартные батареи, то термический насос будет работать менее эффективно. Лучше всего уст-во воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стенки» водного типа.
Также само помещение должно быть отлично утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими наилучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.
Тепловой насос лучше вообще всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя выше 40 – 45º С
Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует осознавать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых критериях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов.
Устройство домашней сборки совершенно подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений, маленького частного бассейна и др. Система обычно используется в качестве дополнительного подогрева.
Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) термический насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, фактически в этот период его эффективность составляет не больше 10%.
Тепловые насосы поставляют достаточное кол-во энергии для обогрева воды (коммуна во Франции, находится в регионе Шампань — Арденны) в крытых частных бассейнах (+)
Принцип действия системы
Рабочее вещество в конструкции – воздух. Буквально через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где ведет взаимодействие с хладагентом.
Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Уст-во сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.
Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую потом можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только лишь части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии.
Проходя буквально через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится водянистым и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.
На рисунке схематически показана реализация принципа простого теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура – высочайшего и низкого давления
Желающим самостоятельно соорудить тепловой насос из бросовых материалов и отслужившей техники, к примеру, из старенького холодильника, поможет информация, изложенная в рекомендуемой нами статье.
Сооружение термического насоса воздух-вода
Система теплового 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) состоит из четырех главных элементов:
- наружного блока;
- емкости теплообменника-испарителя;
- блока для компрессора;
- накопительной емкости (конденсатора).
Разглядим особенности конструирования каждого из блоков.
Сборка наружного блока
Для сотворения внешнего блока понадобится:
- Корпус. Традиционно подходит блок из-под сплит-системы, стиральной автомашины, другой габаритной техники, иногда сооружают самостоятельно путем приваривания железных элементов. Важно после сборки обработать металл антикоррозийной краской порошкового типа.
- Вентилятор. Изделие можно взять в долг из старой рабочей системы кондиционирования или приобрести отдельно.
Модель вентилятора должна владеть широкими пластиковыми лопастями и, желательно, с отсоединяемым мотором, чтобы предоставилась вероятность подключить его к датчику.
Для сборки наружного блока понадобиться корпус и вентилятор из-под системы кондиционирования. Примерные характеристики блока – 75х85х30 см
В наружный блок можно установить испаритель и вспомогательные элементы для его работы, но целесообразнее эти детали поместить в отдельный корпус.
Устанавливают внешний блок на расстоянии 2-10 м от дома. Важно построить под него фундамент и поставить навес, чтобы защитить конструкцию от осадков. Также нужно закрепить решетку перед вентилятором, чтобы избежать попадания грязищи, мусора, листьев в лопасти вентилятора и трубы.
Дополнительно желательно установить отопители, защищающие боковины и панели от обледенения. В этом случае дополнительное прогревание корпуса не пригодится. Место для установки блока должно быть хорошо вентилируемым, находиться в отдалении от источников открытого огня.
Блок с теплообменником-испарителем
Испаритель (теплообменный аппарат, в котором осуществляется процесс фазового перехода жидкого теплоносителя в парообразное и газообразное состояние за счёт подвода от более горячего теплоносителя) можно приобрести в готовом виде, воспользовавшись услугами поставщиков в спец сети, или создать самостоятельно. Для этого понадобиться 80-литровый бак и медная проволока поперечником 10 мм и толщиной не менее 1 мм.
Длина высчитывается индивидуально с учетом требуемой мощности. Для устройства 5 кВт можно взять 10 м. В испарителе будет происходить разогрев и циркуляция фреона, а также контакт с воздухом.
Для создания теплообменника надо сконструировать змеевик. Для этого проволоку обматывают вокруг толстостенной трубы с поперечником, не превышающим ширину бака. Важно оставить срезы, выступающие за высоту корпуса. Они пригодятся для соединения змеевика с другими элементами системы – компрессором и накопительным баком.
Для сотворения змеевика медную трубку со стенками около 1 мм обматывают вокруг газового баллона, трубы или заполненной водой пластиковой бутылки
В корпус врезают 2 штуцера для подсоединения трубопроводов, делают два разъема для выхода проволоки. Соединения герметизируют. Крепят готовую конструкцию с помощью L-образных креплений.
Рекомендуется дополнительно установить на испаритель реле оттаивания, поскольку в баке будет происходить циркуляция воздуха, температура которого отрицательная. В этом случае конденсат, скапливающийся в системе, может привести к оледенению испарителя. Также, чтобы исключить образования влаги, можно ввести в систему фильтр-осушитель.
Правила установки компрессора
Для установки компрессора понадобится отдельный корпус со звуко- и виброизоляцией, поскольку практически все модификации устройства гремят во время работы. Компрессор можно взять б/у из-под холодильника, кондишена или приобрести новую модель.
Для тепловых насосов подойдут следующие виды компрессоров:
- Роторные компрессоры являются самыми дешевыми, но обладают рядом недостатков – шумят, обладают малой эффективностью и служат 8-10 лет.
- Спиральные модификации устанавливают во все современные модели кондишенов, холодильников. Они долговечны (15-20 лет), бесшумные, эффективные, но отличаются высокой ценой.
- Поршневые модели преимущественно устанавливают на промышленные холодильники. Изделия владеют хорошим КПД, долговечные (15-20 лет), но крайне шумные и дорогие.
Для теплового насоса нужно подобрать компрессор однофазной модификации. Перед покупкой важно просто узнать, с каким видом фреона работает устройство. Желательно приобрести модель, работающую на R22, лучше на R422. С хладагентом данного вида работать проще, чем с хоть каким другим видом фреона.
Компрессор подсоединяют трубками к блоку испарителя и конденсатора. Благодаря устройству фреон наращивает свою температуру.
Конструирование накопительной емкости (конденсатора)
Для изготовления конденсатора пригодиться корпус из-под 100-литрового бойлера или любой другой нержавеющий бак такового же объема. Также необходим змеевик, выполненный из медной трубки. На насос мощностью 5 кВт можно взять 12-метровую проволоку. По трубке змеевика будет проходить теплый фреон, благодаря чему происходит нагревание воды.
Шаг №1: Создание змеевика
Для производства змеевика понадобиться медная проволока диаметром не меньше 26 мм и шириной стенки от 1 мм. Ее необходимо намотать на трубу, имеющую меньшее поперечное сечение, чем у бака.
Высота спирали должна совпадать с высотой корпуса. Принципиально оставить выпуски трубы за пределами емкости, чтобы иметь вероятность подсоединить змеевик с испарителем и компрессором.
Шаг №2: Подготовка корпуса
Для установки змеевика бак нужно разрезать. Сверху и снизу понадобиться создать отверстия для выходов медной проволоки, а также вырезать дополнительные отсеки для установки 2-х штуцеров, один из которых предназначен для выхода воды, а другой – для ее входа. После проделанных процедур бак нужно герметизировать.
Теплообменник-компрессор можно приобрести отдельно в виде готовой конструкции. С помощью устройства промышленной сборки можно увеличить мощность и КПД установки.
Хладагент с маркировкой R22 согласно Монреальским постановлениям к 2030 году намечено вывести из обращения. Для наполнения системы лучше использовать его заменитель – хладагент R422
Соединение наружного блока с испарителем
Для соединения наружного блока и испарителя потребуется проведение 2 полиэтиленовых труб ПНД 32. Буквально через одну трубу воздух будет проходить, через другую – выходить.
Трубы можно зарыть в землю, предварительно досыпав в ров любой песчаный материал, или оставить на поверхности, если внешний корпус располагается недалеко от дома.
Соединение испарителя, компрессора и бака
В данной системе циркулирует фреон. Для присоединения змеевиков с компрессором и дросселем, нужно обратиться к специалистам по холодильной технике. Человеку, не имеющего опыта в паяльных работах, даже при наличии инструментов и материалов трудно будет грамотно соединить все элементы в одну систему, чтобы обеспечить работу конструкции.
Более того, понадобится много дополнительных материалов – трубок разных диаметров, разных модификаций сливных кранов, клапанов для травления воздуха, предохранительных клапанов, а также клипс для труб, хомутов, труборезов для вырезки участков трубопровода.
Нужны будут и другие специализированные устройства, которые есть в наличие в абсолютно любой мастерской по ремонту холодильников и кондиционеров.
Качественная закачка фреона также выполняется с использованием специального оборудования. Поэтому для объединения теплообменников, компрессора и дросселя в рабочую систему удобнее и прибыльнее обратиться к профессионалам.
Внедрение систем управления установкой
Для слежения за давлением и температурой фреона можно использовать плату с экраном из-под любого кондиционера. В процессе паяльных работ с помощью профессионалов конструкцию можно грамотно внедрить в установку.
Также возможно подключить особое устройство (Рукотворный объект (прибор, механизм, конструкция, установка, аппарат, машина) со сложной внутренней структурой, созданный для выполнения определённых функций, обычно в области техники) – датчик вращения вентилятора. Он регулирует скорость вращения лопастей, а также автоматизирует обороты циркуляционного насоса фреона.
Дополнительно можно установить таймер, электропускатель, уст-во, защищающее компрессор от перегрева. Все эти детали можно приобрести в ремонтных мастерских или на рынке запчастей.
Расчет мощности термического насоса воздух-вода
Для обогрева помещения с площадью от 100 кв. м потребуется термический насос большей мощности. Вычислить необходимую мощность установки можно примерно, используя таблицу:
Данные таблицы помогут рассчитать площадь змеевика для сотворения установки той или иной мощности
Чтобы определить, какая мощность должна быть у компрессора, трубы каких поперечников следует использовать и другие важные данные при конструировании теплового насоса воздух-вода, нужно обратиться к одному из способов:
- Воспользоваться онлайн-калькуляторами, размещенными на сайтах изготовителей теплообменников.
- Применить программное обеспечение CoolPack 1,46, Copeland.
- Пригласить спеца, который произведет необходимые измерения и расчеты.
Площадь змеевика-конденсатора (ПЗК) можно вычислить по формуле:
ПЗК = М/0,8ДТ,
где М — мощность установки в кВт; 0,8 — коэффициент теплопроводимости при контакте воды и меди; ДТ — разность температуры между поступающим и выходящим воздухом в системе.
Характеристики теплового насоса, приведенные выше, подойдут для помещения до 100 кв. метров. Мощность установки – 5 кВт. Если получать специальные теплообменники, то вполне возможно увеличить мощность установки до 10-15 кВт.
На рисунке представлена система, в которой теплообменники, компрессор, дроссель объединены в одном баке. В конструкции употребляются заводские теплообменники (+)
Обслуживание самодельной установки
Для качественной работы термический насос нуждается в дополнительном обслуживании. Если использовать устройство зимой (беря во внимание, что в корпусе не установлен дополнительный обогрев), то периодически блок придется отогревать, так как на его поверхности будет образовываться ледяная корка.
Также необходимо временами:
- Очищать лопасти вентилятора от мусора – листьев, пыли, грязи, снега и т.д.
- Создавать смазку компрессора согласно инструкции к нему.
- Менять масло в компрессоре и вентиляторе.
За исключением того, для нормального функционирования системы необходимо регулярно Проверять целостность медного трубопровода, силового кабеля, питающего компрессор, вентилятор и остальные устройства.
Выводы и полезное видео по теме
С принципом действия и устройством термического насоса, перерабатывающего энергию ветра, ознакомит следующий ролик:
Самодельный термический насос системы воздух-вода является одним из эффективных и недорогих устройств для дополнительного подогрева жилья. Изготовить и установить эту систему сможет любой желающий.
