В тепловом насосе типа «земля-вода» теплообменник может быть представлен двумя видами:

• горизонтальным коллектором. Это несколько контуров, выполненных из пластиковых труб, которые находятся под слоем почвы, причем следует заметить, что теплообмен более интенсивен во влажных грунтах, а в сухих песчаных снижается. Тепло, которое накапливается в ней (в почве) в процессе солнечного излучения, коллектор отбирает и использует. Чтобы отопление таким геотермальным тепловым насосом было эффективным, в зависимости от характера почвы, ее теплопроводности, геометрии местности необходимо подбирать соответствующую схему укладки труб, например, в виде петли, змейки, зигзага и т. д. Для обогрева дома площадью 150–200 м потребуется трубопровод длиной примерно 400–650 м, уложенный в виде нескольких контуров на глубину 1,2–1,5 м, т. е. ниже уровня промерзания. Для этого понадобится участок площадью приблизительно 300–400 м (чтобы сократить длину трубопровода, снизить гидравлическое давление и уменьшить мощность насоса, прибегают к спиральной укладке труб на глубину 2–4 м), т. е. фактически его площадь должна вд
  вое превосходить площадь отапливаемой постройки. Понятно, что на таком участке можно лишь разбить газон или цветник, не используя его под другие нужды. Устройство горизонтального коллектора обойдется несколько дешевле, да и монтаж его отличается большей простотой, чем закладка теплообменника другого вида;
• вертикальным грунтовым зондом, для которого необходимо пробурить скважину глубиной от 50 до 200 м. Естественно, что для такого оборудования не понадобится большой участок, но бурильные работы стоят достаточно дорого. Однако и эффективность такого геотермального теплового насоса для дома будет гораздо выше (по сравнению с горизонтальным коллектором разница составит примерно 20 %), поскольку на большой глубине температура почвы тоже более высокая. Зонды могут иметь разную конструкцию, но, как правило, предпочтение отдают U-образной. Зазор между стенками скважины и зондом заполняют раствором – либо буровым, либо бетонным, что не только предохраняет трубы от механических повреждений, но и улучшает теплопередачу.

Схема отопления тепловым насосом «земля-вода»:

• первый контур с рассолом;
• второй контур – собственно тепловой насос:

1. испаритель;
2. компрессор;
3. конденсатор;
4. расширительный клапан;

третий контур – отопительная система.

Чтобы обогреть дом площадью 150–200 м, надо пробурить 5–6 пятидесятиметровых скважин, причем при этом надо соблюдать несколько условий. Во-первых, скважины должны располагаться на расстоянии от дома не менее чем 2 м, иначе его фундамент может пострадать; во-вторых, скважины не должны попасть на одну линию с подземными водами, вследствие чего эффективность теплового насоса резко упадет.

Ниже описано, как работает тепловой насос типа «вода-вода» для отопления загородного дома.

Преимущества использования теплового насоса

• Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
• Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
• Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
• Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
• Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
• Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
• Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
• Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
• Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
• Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Делаем тепловой насос своими руками

Да, тепловые насосы действительно стоят дорого, даже если устанавливать их своими руками, поэтому не каждый может позволить себе такую покупку. Но можно изготовить его своими руками, используя детали б/у или те, которые есть в хозяйстве.

Тепловой насос можно сделать из деталей, имеющихся в хозяйстве

Если планируется установка в старом здании, то для начала нужно проверить состояние счетчика и электропроводки. Порядок работ следующий.

Шаг 1. Первое, что вам нужно сделать – купить компрессор. Более дешевый вариант – найти компрессор от старого кондиционера. Он идеально подходит для изготовления насоса. Крепить деталь к поверхности стены следует, используя крепежи-кронштейны (модель L 300).

Нужен компрессор

Шаг 2. Затем необходимо изготовить конденсатор, для чего потребуется стальная емкость V=100 л. Ее необходимо разрезать пополам, а внутрь поместить медный змеевик подходящего диаметра с толщиной стенок более одного миллиметра.

Конденсатор изготавливаем из нержавеющего стального бака

Изготовление змеевика

• Возьмите обычный использованный толстостенный баллон (например, газовый) и аккуратно намотайте на него трубку, чтобы дистанция между соседними витками была подходящей.
• Затем каждый из витков трубки нужно зафиксировать. Для этого понадобится перфорированный профиль (уголок из алюминия), крепящийся к змеевику таким образом, чтобы напротив каждого отверстия располагался виток. Благодаря этому вы укрепите конструкцию и откорректируете шаг витков.

  Змеевик

  Еще один пример готового змеевика

Популярные статьи  Наружная отделка дома

Шаг 3. Когда закрепите змеевик, половинки емкости нужно сварить обратно.

Шаг 4. Далее изготовьте испаритель. Для него понадобится еще одна емкость из пластика, литров на 70. В нее также монтируется змеевик, вот только диаметр трубы должен быть поменьше. Испаритель крепите к стене, используя все те же кронштейны типа «L» нужного размера.

Изготовление испарителя

Шаг 5. Следующий этап заключается в привлечении специалиста. Дело в том, что самостоятельно сварить трубы и закачать фреон непросто, особенно при отсутствии необходимых знаний. Эксперт по ремонту холодильников отлично с этим справится.

Шаг 6. Итак, «стержень» системы уже готов, осталось подсоединить его к распределителю и заборнику тепла. И если с распределителем проблем нет, то на заборник придется потратить немало сил и времени. Конечно, лучше опять же обратиться к специалисту, но давайте попытаемся разобраться, как сделать все своими руками.

Водяной тепловой насос в сборе

Особенности установки различны для каждого из типов тепловых агрегатов.

Вертикальные насосы, относящиеся к категории «грунт-вода»

В этом случае растраты неизбежны, так как нужно пробурить скважину, а сделать это без бурильной установки невозможно. Глубина скважины должна составлять минимум 50 и максимум 150 метров. В готовую скважину опускаете геотермальный зонд, который впоследствии подключается к насосу.

Вертикальные насосы, относящиеся к категории «грунт-вода»

Насосы типа «грунт-вода» горизонтальные

Для горизонтальных систем потребуется коллектор, изготовленный из труб. Такой коллектор должен размещаться ниже уровня замерзания грунта, который зависит от климатических особенностей местности, но зачастую не превышает 1.5 метра.

Насосы типа «грунт-вода» горизонтальные

Для установки коллектора снимите верхний слой почвы. Можно использовать для этого спецтехнику или сделать все лопатой, что значительно дешевле. После укладки труб засыпьте землю обратно.

Есть другая технология укладки труб – вырыть для каждой отдельную канаву. Таких канав должно быть несколько и все они должны размещаться ниже уровня промерзания почвы. Помещаем в них трубы, засыпаем.

Технология «вода-вода»

Соединение коллектора производите на суше, применяя ПНД-трубы. После этого заливаете в систему теплоноситель и перемещаете к воде. Коллектор желательно погружать в центральную часть водоема или же просто на нужную глубину.

Технология «вода-вода»

Насосы класса «вода-воздух»

Как упоминалось выше, для такого рода насосов никакие масштабные работы не требуются, ведь тепло извлекается из воздуха. Нужно только подобрать место – крыша здания, к примеру – и установить коллектор. Далее последний подключается к отопительной системе.

Насосы класса «вода-воздух»

На этом изготовление и монтаж теплового насоса закончен. Надеемся, что статья была действительно полезной для вас!

Алгоритм изготовления своими руками

Правила изготовления агрегата:

• Определитесь с источником, от которого будет работать контур отопления. В областях с суровым климатом советуют использовать источники, расположенные под землей, в регионах с теплым климатом энергию можно получать из воздуха.
• Выполните расчет мощности агрегата. Она зависит от качества утепления дома. Если здание не обшито утеплителем, то рекомендуемая мощность прибора — 70 Вт/м 2 . Только такой агрегат создаст комфортный микроклимат внутри здания. Для домов, утепленных современным материалом, подойдет мощность в 45 Вт/м 2 . В здании, утепленном по специальной технологии, не используется мощный агрегат. Рекомендуют брать мощность в 25 Вт/м 2 . Если мощность увеличить, то внутри помещения будет слишком высокая температура.
• Подготовьте основное и дополнительное оборудование.
• Выполните монтаж узлов и сборку системы. После этого подключите ее к источнику.

Тепловой насос

Прежде чем приступить к детальному рассмотрению устройства, необходимо расшифровать само понятие “тепловой насос”, поскольку далеко не все люди знают, что это такое. 

Что собой представляет

Итак, тепловой насос представляет собой специальное оборудование, которое работает по прямому или обратному циклу термодинамической машины. Основной его задачей является перенос тепла из одной среды в другую при помощи термодинамически расширяющегося газа или жидкости с определёнными свойствами.

Если буквально: тепловой насос – комплекс оборудования, позволяющий передавать тепло от нагретого тела к холодному. Конструктивно состоит из двух основных блоков: внутреннего – для установки внутри помещений и наружного.

Внутренний блок выполнен в виде металлического шкафа, в котором располагаются: компрессор, дроссели, расширительный бак. От внутреннего блока идёт разводка труб на систему отопления или кондиционирования.

Тепловые насосы, изготавливаемые крупными заводами, оснащаются управляющей автоматикой. Она информирует пользователя о текущем состоянии, критических параметрах насоса, а также позволяет управлять режимами работы.

Технические характеристики

Тепловой насос любой конструкции обладает следующими основными параметрами:

• КПД в режиме нагрева (СОР);
• коэффициент энергоэффективности в режиме охлаждения (EER).

Коэффициент СОР показывает уровень энергозатрат на нагрев помещений внутри зданий. То есть, сколько киловатт тепловой энергии будет получено при затратах 1 кВт электричества. Диапазон СОР может быть 3-5, а EER – 5-7.

Не менее важными являются и другие технические характеристики:

1. диапазон рабочих температур для работы насоса в стабильном режиме;
2. максимально допустимая длина труб, по которым будет протекать хладагент или теплоноситель;
3. мощность и тип компрессора, одно- или трёхфазное питание;
4. внутренняя площадь медного теплообменника;
5. перепад высот между источником и потребителем, для функционирования насоса в заданных режимах;
6. тип используемых теплоизоляционных материалов;
7. уровень шумов компонентов установки в разных режимах работы.

Таблица 1. Параметры тепловых насосов мощностью 4,5 кВт и 9 кВт.

Температура источника, °С	Тепловая мощность насоса, кВт	Электрическая мощность, кВт	СОР	Температура входной воды, °С	Температура выходной воды, °С
20	4,5	1,2	3,75	30	50
7	1,45	3,1
-15	2,48	1,81
20	9	2,4	3,75
7	2,9	3,1
-15	5	1,8

Принцип работы теплового насоса

Принцип работы основан на теплопередаче от нагретой среды в холодную посредством хладагента, циркулирующего по замкнутому контуру. Для работы насоса достаточно, чтобы разница температур составляла минимум 1°С.

Популярные статьи  Плинтус из алюминия — виды и способы установки

Упрощённая схема, объясняющая принцип работы теплового насоса.

В качестве источника тепла или холода могут выступать массивные тела со стабильной температурой в течение достаточно длительного времени, независимо от условий окружающей среды. Это может быть грунт, вода, камни или воздух. То есть, чтобы охладить или нагреть помещение, достаточно транспортировать теплообменную среду по замкнутому контуру между источником и потребителем, а также изменять её температуру путём термодинамического сжатия или расширения.

Тепловой насос работает так:

1. При включении насоса теплоноситель начинает двигаться по замкнутому контуру системы.
2. В ходе циркуляции теплоноситель от среды-источника при прохождении через теплообменник нагревается.
3. Нагретый теплоноситель начинает нагревать хладагент при попадании во внутренний циркуляционный контур.
4. Хладагент начинает испаряться внутри испарителя, то есть переходит из жидкого в газообразное состояние.
5. Испаренный хладагент по коммуникациям попадает в компрессор, сжимается и начинает нагреваться (эффект Джоуля-Томсона).
6. После сжатия нагретый хладагент попадает в конденсатор, внутри которого происходит обмен теплом с контуром системы отопления дома. Там он теряет свою температуру, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние.
7. Жидкий хладагент по трубам при прохождении через редукционный клапан теряет высокое давление и снова поступает в испаритель.

Пропиленгликоль

Но более безопасным в плане токсичности является пропиленгликоль, то есть, он вовсе нетоксичен, так что его разрешается использовать во всех странах. Более того, его даже нередко можно встретить в пище (ищите его под кодом Е 1520). Итак, к преимуществам вещества мы относим полную безопасность в плане экологическом, а также превосходные физические характеристики (такие, как очень низкая температура кристаллизации – минус 40 градусов). Но все преимущества блекнут перед главным недостатком – очень высокой стоимостью (от 150 рублей за килограмм). Именно поэтому пропиленгликоль встречается так редко.

Изготовление геотермальной установки

Изготовить геотермальную установку своими руками вполне возможно. При этом для обогрева жилища используется тепловая энергия земли. Конечно, это трудоемкий процесс, но и выгода при этом получается существенная.

Расчет контура и теплообменников насоса

Площадь контура для ТН составляется из расчета 30 м² на каждый киловатт. Для жилого помещения площадью 100 м² нужно около 8 киловатт/час энергии. Значит площадь контура будет составлять 240 м².

Теплообменник можно сделать из медной трубки. Температура на входе 60 градусов, на выходе 30 градусов, тепловая мощность 8 киловатт/час. Площадь теплового обмена должна быть 1,1 м². Медная трубка диаметром 10 миллиметров, коэффициент запаса 1,2.

Длина окружности в метрах: l = 10 × 3,14 / 1000 = 0,0314 м.

Количество медной трубки в метрах: L = 1,1 × 1,2 / 0,0314 = 42 м.

Необходимое оборудование и материалы

Во многом успех при изготовлении ТН зависит от степени подготовленности и знаний самого исполнителя, а также от наличия и качества всего необходимого для монтажа теплового насоса.

Перед началом работ нужно приобрести оборудование и материалы:

• компрессор;
• конденсатор;
• контроллер;
• полиэтиленовые фитинги, предназначенные для сборки коллекторов;
• труба на земляной контур;
• циркуляционные насосы;
• водопроводный шланг или труба ПНД;
• манометры, термометры;
• трубка медная диаметром 10 миллиметров;
• утеплитель для трубопроводов;
• комплект уплотнений для герметизации.

Как собрать теплообменный блок

Теплообменный блок состоит из двух составных частей. Испаритель нужно собрать по принципу «труба в трубе». Внутренняя медная трубка заполняется фреоном или другой быстро закипающей жидкостью. По наружной циркулирует вода из скважины.

Перед сборкой конденсатора необходимо медную трубку намотать в виде спирали и поместить в металлическую бочку емкостью не менее 0,2 м³. Медная трубка заполняется фреоном, а бочка с водой подключается к системе отопления дома.

Обустройство грунтового контура

Для того чтобы подготовить необходимую площадь для грунтового контура, требуется выполнить большой объем земляных работ, которые желательно проводить механизированным способом.

Можно использовать 2 метода:

1. При первом способе необходимо снять верхний слой грунта на глубину ниже его промерзания. На дно получившегося котлована уложить змейкой свободную часть наружной трубы испарителя и произвести рекультивацию почвы.

2. Во втором способе нужно сначала прокопать траншею по всей планируемой площади. В нее укладывается труба.

Затем нужно проверить герметичность всех соединений и заполнить трубу водой. Если протечек нет, можно засыпать конструкцию землей.

Заправка и первый запуск

После окончания монтажа необходимо заполнить систему хладагентом. Данную работу лучше всего поручить специалисту, потому что для заправки внутреннего контура фреоном применяются специальные приборы. При заполнении нужно замерить давление и температуру на входе компрессора и на выходе.

Какой антифриз для отопления дома лучше: преимущества и недостатки составов

Если сравнить составы незамерзаек для систем отопления частного дома, то конкуренцию пропиленгликолю другие антифризы составить не могут. Единственным его недостатком является стоимость, но выбирать между собственным здоровьем и деньгами, по меньшей мере, глупо.

Триэтиленгликоль для домашнего пользования не подойдет по причине того, что свойства сравнимы с ядовитым этиленгликолем, а стоимость в разы выше. Однако есть и общий недостаток у всех незамерзающих жидкостей. Их теплоотдача на 10-15% ниже, чем у воды. Это означает, что при установке котла, монтаже схемы отопления и выборе циркуляционного насоса стоит рассчитывать погрешность. В противном случае тепла будет меньше, чем планировалось изначально.

Биметаллические или алюминиевые радиаторы прекрасно подходят для антифриза

Радиаторы для антифриза тоже подойдут не все. К примеру, чугунные изделия профессионалы устанавливать не советуют – они имеют обыкновение подтекать при остывании системы. Лучшим вариантом здесь станет алюминий или биметалл.

Важная информация! Антифриз нельзя заливать в систему отопления в том виде, в каком он продается. Нужно обязательно его разбавлять водой. Пропорции зависят от требуемых параметров температур.

А вот чугунные радиаторы использовать не стоит

Незамерзающая жидкость для отопления «Теплый дом»

Антифриз «Теплый дом ЭКО» — это бренд отечественной компании «ХимАвто». Рекламируют незамерзайку не зря. Она обладатель достаточно большого списка достоинств, при невысокой цене материала.

Достоинства	Недостатки
Диапазон температур от -30°С до +106°С.	Не рекомендуется использовать, если в систему отопления установлен пиролизный котел.
Не ядовитый и не токсичный.
Не взаимодействует с резиной, паранитом, пластиком, льном и другими материалами для герметизации соединений.	В составе незамерзайки присутствуют соли, которые могут стать причиной образования накипи.
Срок службы – 10 лет.
Можно использовать в любых отопительных системах с любыми котлами, даже двухконтурными.	Нельзя смешивать антифриз «Теплый дом» с другими видами незамерзающих жидкостей.
Жидкость полностью соответствует требованиям пожарной безопасности.

Антифриз «Теплый Дом»

Разновидности антифриза «Теплый дом»

Сегодня производитель предлагает четыре разновидности данного антифриза:

1. «Теплый дом ЭКО-20». Это жидкость зеленого цвета на основе пропиленгликоля. Можно использовать в любых отопительных сетях, даже с двухконтурными котлами.
2. «ЭКО-30». Антифриз красного цвета на основе этиленгликоля. Если котел электрический, то жидкость надо разбавлять водой. Лучше использовать для одноконтурных котлов.
3. «ЭКО-30» только зеленого цвета на основе пропиленгликоля.
4. «ЭКО-65» красного цвета, в основе этиленгликоль.

Числовые обозначения – это температура закипания. Сегодня производитель предлагает и концентраты, и разбавленные дистиллированной водой готовые растворы.

Как сделать агрегат из холодильника

Холодильник — один из самых подходящих агрегатов для создания теплового насоса. Это объясняется тем, что в комплектацию прибора входит компрессор.

Подготовка схемы и чертежа

​

Перед тем как начинать строить прибор, выбирают место источника. Затем вырывается скважина или траншея для монтажа труб.

Конструкция агрегата одинакова для любого источника тепла. Схему прибора заказывают у профессионала или выбирают в интернете. На ее основании делают чертеж. В нем обозначают все расстояния, точки узлов и размеры.

Подбор необходимых деталей

Основная деталь, обеспечивающая работу конструкции, — это компрессор. Если в холодильнике он вышел из строя, приобретается новый прибор. Такие устройства реализуют мастера, специализирующиеся на ремонте холодильников. Чинить старый компрессор не рекомендуется.

Помимо компрессора, подготовьте:

• клапан терморегулирования;
• L-образные кронштейны, размером 30 см;
• герметичную емкость, сделанную из нержавеющей стали, объемом не менее 120 литров;
• емкость из пластика, объемом 90 литров;
• трубы из меди разного диаметра в количестве 3 штук;
• несколько труб из металлопластика;
• болгарку для нарезки материалов;
• сварочный аппарат для соединения труб;
• стандартный набор инструментов.

Монтаж узлов системы

• Болгаркой бак из металла разрежьте на две одинаковые части.
• Из медной трубы сделайте змеевик. Для этого трубу накрутите на цилиндрическую опалубку по спирали, не прилагая больших усилий, и снимите ее.
• Змеевик надежно зафиксируйте в одной из половин бака.
• Детали металлического бака приварите друг к другу и сделайте в емкости резьбовые отверстия.
• На стальной бак, объемом 120 литров, намотайте трубу из меди и зафиксируйте концы с помощью реек.
• К выводам подключите сантехнические переходы.
• На бак из пластика намотайте змеевик, концы зафиксируйте рейками.
• Пластиковый бак, который в системе отопления выполняет функцию испарителя, подвесьте на стену с помощью кронштейнов.

После этого соберите систему, согласно подготовленной схеме, и залейте внутрь фреон. К выбору жидкости рекомендуется подойти со всей ответственностью, в противном случае возникнут большие проблемы при ее заливке и во время эксплуатации системы. Специалисты советуют использовать состав марки R 422 или R 22.

Подключение к заборному устройству

Когда система готова, ее присоединяют к заборному устройству:

• Для приборов, работающих по принципу «вода-почва», коллектор погружается в землю, где температура выше +1 °C. На этом же уровне монтируют трубы.
• Для приборов, функционирующих по принципу «вода-вода», коллектор и трубы погружают в центр источника тепла.
• Агрегаты, работающие от воздуха, устанавливают снаружи здания.

Недостатки антифриза в системе отопления

Как уже говорилось ранее, котельное оборудование проходит испытание на воде, непосредственно опираясь на её химический состав. Антифриз в этом плане имеет существенные отличия. Вот где и заключается основной недостаток антифриза в системе отопления.

Необходимо приложить немало усилий, чтобы создать проект системы отопления в частном доме только под антифриз.

Повышенная плотность

Главный недостаток антифриза — это повышенная плотность и вязкость. Данный фактор указывает на то, что для правильной циркуляции теплоносителя по системе нужны более мощные и дорогие циркуляционные насосы.

Теплоотдача антифриза

Специалисты доказали, что уровень удельной теплоёмкости воды, на 20% больше незамерзающей жидкости. Следовательно, чтобы добиться таких же показателей как у воды, необходимо использовать больше топливных ресурсов. Конечно, данный метод повлияет на уровень теплоотдачи антифриза, но в то же время увеличится давление в отопительной системе. Такой шаг может привести к разгерметизации стыковых соединении всей отопительной системы.

Характеристики антифриза как теплоносителя по отношению к воде

Повышенный износ системы

Вещества входящие в состав антифриза со временем начинаю реагировать с контактируемым материалом. В результате чего образуются щелочные соединения которые оседают на внутренних стенках труб и уплотнительных элементах. Повышенный износ системы и протечки вам обеспечены.

Ещё в самом начале говорилось, что производители котельного оборудования незамедлительно скидывают гарантию со своей продукции, если в качестве теплоносителя использовался антифриз. Это связанно именно с данным пунктом.