Как выбрать и установить тепловой насос воздух-воздух своими руками?

Давно уже удалось достигнуть высокого уровня автоматизации системы «умный дом». Она контролирует практически всё: домовую инфраструктуру, систему безопасности, связь и компьютерную сеть, приборы для развлечений и многое другое

Подробный обзор

Функциональные разновидности тепловых насосов по источнику энергии

Грунт-вода (известен в народе под названием “рассол-вода” – из-за частого использования в качестве охлаждающей жидкости солевого раствора).

Ограниченные небольшими размерами участки оснащаются грунтовыми зондами, крупные – полноценными габаритными коллекторами. Циркулирующий по внешнему контуру хладагент притягивает на себя тепловую энергию, что содержится в рассеянном состоянии в каждой среде. Нагреваясь, теплообменная жидкость (используется аммиак, фреон или гликолевый раствор) проходит через испаритель (переводящий агрегатное состояние в газообразное), далее в компрессор (сжимающий газ, для повышения рабочих характеристик и теплоемкости). Центральный узел – конденсатор, собирающий грунтовое тепло и передающий его внутреннему контуру (системе отопления, по трубам которой циркулирует вода – она и распределит полученную энергию по периметру доступной области для обогрева целевого объекта). Отдавая тепло, хладагент возвращается в рабочее жидкое состояние и снова течет по трубкам под землю (редукционный клапан не пропустит газ) – начинается следующий цикл, каждый из которых дает, в среднем, 50 Вт за один метр глубины скважины.

Воздух-вода или воздух-воздух

Аналогичный принцип действия, отличается только тем, что вместо зондов, забирающих тепло из грунта, его аккумулируют воздушные компрессоры. Теплообменник передает полученную энергию как в вышеописанном случае системе жидкостного отопления, или непосредственно, во внутреннюю вентиляцию – актуально для снижения расходов на содержание погребов, теплиц и прочих помещений с обязательной регулировкой температуры и влажности.

Аналогичный принцип действия, отличается только тем, что вместо зондов, забирающих тепло из грунта, его аккумулируют воздушные компрессоры

Вода-вода

Нуждается в прямом доступе к грунтовым или поверхностным водам. Первый вариант позволяет добиться большей стабильности (подземные водоемы зимой не замерзают). Крайне эффективный вариант, особенно для обогрева бассейнов – годовая разница температуры воды в скважине составляет 10 – 15 градусов, но в то же время и самый трудоемкий в исполнении – тепловой насос своими руками собрать в такой конфигурации сможет человек, только обладающий навыками и экипированный профессиональными инструментами.

Тепловой насос системы Френнета (фрикционный теплоэлемент)

Конструкция не связана с предыдущими и отличается высоким КПД (впрочем, энтузиасты и реклама чрезмерно завышают это значение). Запатентованная Евгением Френнетом в 1977 году схема проста, надежна и позволяет собрать эффективный тепловой насос своими руками. Есть несколько модификаций с различным размещением и видоизменением рабочих агрегатов (одна версия будет подробно описана ниже), но общий принцип одинаков: цилиндр помещен в другой побольше, промежутки заливаются маслом. С одной стороны малого элемента располагается электромотор, с другой – радиатор, распространяющий тепло по помещению. Нагрев теплоносителя происходит за счет быстрого вращения внутреннего цилиндра подключенного к электроприводу. Способ доказал свою эффективность на практике и успешно применяется не только для обогрева небольших жилых помещений, но и для промышленных нужд.

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома: отопление при морозе -20°С

Системы «воздух-воздух» наиболее известны широкому пользователю как кондиционеры (точнее, сплит-системы). Несмотря на обилие названий, речь идет об одном и том же устройстве, в основе конструкции которого лежит использование цикла Карно. Он описывает процессы, проходящие при последовательном испарении жидкости, сильном сжатии полученного газа, конденсировании и повторного образования жидкости. Во время сжатия температура газа сильно повышается, а при испарении жидкости — понижается. Эти два явления используются в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах, только в двух первых случаях полезным продуктом служит холод, а в последнем — тепло.

Принципы работы

Основу конструкции ТН «воздух-воздух» составляет замкнутый контур, заполненный хладагентом (фреоном). Этот контур состоит из двух частей, испарителя и конденсатора. В испарителе жидкий фреон переходит в газообразное состояние, активно отбирая у окружающей среды тепловую энергию. Полученный газ подается в компрессор, где сильно сжимается, отчего его температура повышается. Из компрессора горячий газ переходит в конденсатор, где переходит в жидкую фазу. После этого фреон пропускается через понижающий клапан и поступает в испаритель, и весь цикл повторяется снова.

Испаритель и конденсатор параллельно выполняют функцию теплообменников. На испаритель подается воздушный поток, взятый снаружи. Тепловая энергия при этом передается холодному газообразному фреону, позволяя ему высвободить ее при сжатии. На конденсатор также подается поток воздуха, но уже изнутри помещения. Обдувая горячий теплообменник, воздух набирает температуру и обогревает помещение.

Таким образом, для работы теплового насоса типа «воздух-воздух» требуется только замкнутый контур с фреоном и два вентилятора, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию в сравнении с другими разновидностями тепловых насосов. Если надо охлаждать помещение, то внутрь подается воздух из испарителя, а поток с конденсатора выводится наружу.

Читайте также:  Дизельный котел отопления для дома — реальный расход топлива

Достоинства и недостатки

К достоинствам воздушных тепловых насосов можно отнести:

Тепловой насос «воздух-воздух» для дома: отопление при морозе -20°С
  • универсальность. Система может охлаждать или нагревать помещение без каких-либо изменений или сложной перенастройки
  • экологическая чистота. Для работы системы не требуется углеводородного топлива, не используются опасные для окружающей среды вещества
  • простота конструкции. Установка приобретенного теплового насоса не составляет никакого труда
  • возможность самостоятельного изготовления
  • эффективность. Воздушное отопление быстро нагревает помещение и обладает низкой инерцией, что позволяет при необходимости быстро его охладить
  • экономичность. Расходы на электропитание компрессора и вентиляторов многократно окупаются
  • низкие цены. В сравнении с другими типами тепловых насосов, этот вариант самый дешевый
  • пожарная безопасность

Имеются и недостатки:

  • необходимость использования электроэнергии, причем, перебоев питания система не переносит
  • результат работы напрямую связан с внешней температурой воздуха, что снижает устойчивость и вынуждает постоянно регулировать режим работы
  • постоянное присутствие мелкой пыли и взвеси из-за активной конвекции воздуха
  • небольшой, но заметный звуковой фон при работе системы

Тепловые насосы «воздух-воздух» работают до тех пор, пока наружная температура не опустится ниже -20°С (по другим данным, до -10°С — в зависимости от конкретной модели). После этого приходится переходить на другую систему отопления, которую обязательно надо иметь для подобных ситуаций. В условиях России такая зависимость значительно снижает интерес пользователей, поскольку зимние температуры в некоторых регионах намного ниже.

Расчет мощности установки

Выполнять расчет теплового насоса самостоятельно не рекомендуется. Надо использовать массу специальных данных, коэффициентов и прочих значений, пользоваться которыми в состоянии только специалисты. Если требуется рассчитать систему, надо обращаться к профессионалам. Они имеют опыт и знания, которые необходимы в этом деле.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух: особенности работы

Одной из разновидностей тепловых насосов, имеющих простую конструкцию, является тепловой насос воздух-воздух. Принцип работы насоса схож с принципом действия геотермального теплового насоса. Разница заключается в том, что отбор тепла происходит не из грунта или воды, а из наружных воздушных масс. Соответственно, отопление здания происходит путём нагрева воздуха в помещениях.

Можно сказать, что тепловой насос воздух-воздух – это кондиционер наоборот. В этом и заключается основное достоинство теплового насоса воздух-воздух – для его установки и эксплуатации не требуется бурение скважин и прокладка подземного контура.

Если в силу ряда причин нет возможности проложить контур подземного теплообменника для отбора тепла (отсутствует финансовая возможность, не хватает места на участке для горизонтальной укладки, отсутствуют грунтовые воды под участком или нет озера рядом с ним, наличие гранитного пласта на небольших глубинах) – тепловой насос типа воздух-воздух будет наиболее приемлемым вариантом решения экономного и экологически чистого отопления.

Устройство и принцип работы теплового насоса воздух-воздух

Тепловой насос типа воздух-воздух состоит из наружного и внутреннего блоков. Наружный, он же испарительный блок, размещается снаружи здания. Именно с его помощью из наружного воздуха извлекается тепло. Это тепло нагревает хладагент, который вскипает, переходя в газообразное состояние.

Затем компрессор сжимает этот газ, значительно повышая его температуру. Тепло сжатого газа передаётся в конденсатор (внутренний блок), который находится внутри помещения. Конденсатор отдаёт тепло воздуху внутри помещения.

Этот процесс происходит непрерывно и контролируется автоматически до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура в помещении.

Обратите внимание

Если есть необходимость в обогреве нескольких помещений или одного большого, то в этом случае используются различные системы распределения и подачи тёплого воздуха.

В силу того, что тепловые насосы данного типа нагревают лишь воздух в помещениях (происходит прямой нагрев воздуха), то такие теплонасосы можно использовать только для отопления. То есть, для подогрева воды в ванной или кухне необходимо предусмотреть иные решения.

Плюсы использования

Положительным моментом теплового насоса типа воздух-воздух, по сравнению с насосом воздух-вода, является низкая температура воздуха, которая проходит через теплообменник конденсатора.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух: особенности работы

Проще говоря, если для теплонасосов типа воздух-вода для качественного отопления требуется нагрев теплоносителя (воды) до достаточно высоких температур, то в случае использования теплового насоса воздух-воздух требуемая температура нагрева воздуха значительно ниже.

Тем более что коэффициент эффективности теплового насоса тем выше, чем меньше разница между температурой источника тепла и температурой в отопительной системе.

Основные преимущества теплового насоса типа воздух-воздух:

  • простота конструкции, монтажа и эксплуатации – для установки таких теплонасосов нет необходимости в буровых работах, прокладывании сложных коммуникаций, отведении специальных помещений и прочее;
  • возможность установки практически в любой климатической зоне;
  • теплонасосы такого типа можно установить в уже построенном доме с имеющейся традиционной системой отопления, тем самым достигнув значительной экономии средств на отоплении. Установка потребует минимального изменения и вмешательства в существующий дизайн;
  • имеют наименьшую стоимость и наименьший срок окупаемости, по сравнению с другими типами теплонасосов;
  • низкое энергопотребление;
  • автономность, компактность и бесшумность работы;
  • в летнее время тепловые насосы типа воздух-воздух можно переключать на режим охлаждения, а наличие высокоэффективных воздушных фильтров поможет создать в помещениях требуемый микроклимат.

Недостатки теплового насоса воздух-воздух

К сожалению, тепловые насосы типа воздух-воздух имеют и свои недостатки. К одним из них относится зависимость величины производительности от колебаний температуры наружного воздуха.

При температуре наружного воздуха 0°С коэффициент энергоэффективности теплонасоса падает до уровня 2-2,5, то есть на 1 кВт затраченной энергии, будет произведено 2-2,5 кВт тепла.

Читайте также:  Типовая схема системы отопления частного дома своими руками

Для сравнения, при более высокой температуре эти теплонасосы имеют коэффициент энергоэффективности 3-4. А при падении температуры до -20°С коэффициент энергоэффективности падает до 1.

То есть, появляется необходимость производить обогрев помещения другими средствами.

Хотя, на сегодняшний момент есть производители с всемирно известными именами, которые предлагают тепловые насосы воздух-воздух, способные эффективно работать при температуре до -25°С.

Насос из холодильника

Тепловой насос из холодильника

Основной частью системы является компрессор. Его лучше купить готовым в магазине или использовать имеющийся от холодильника или кондиционера. Все остальные компоненты – испаритель, конденсатор, трубопровод – под силу собрать самому. Энергию такой аппарат будет потреблять только на сжатие и перенос тепла, вырабатывая при этом в 5 раз больше.

Используя старый компрессор, нужно рассчитывать на то, что его срок службы может быть недолгим, а мощность системы снизится. Кроме того, мощности изношенного компрессора может не хвать для полноценной работы системы.

Некоторые умельцы пошли дальше и сделали тепловой насос из холодильника, поместив внутри него радиаторы, подогреваемые теплом земли. Внутри постоянно поддерживается плюсовая температура, которая заставляет холодильник постоянно работать, нагревая радиатор, находящимся сзади него. Используя родной радиатор, делают из него теплообменник (или изготавливают самодельный), отбирают выделяемое им тепло.

Эффективность работы такого теплового насоса подходит больше для демонстрации работы устройства, так как его КПД очень низкое. Кроме того, холодильник не рассчитан на такой режим работы и может быстро выйти из строя.

Виды конструкций

  1. Почва – вода. Забор тепла происходит от массы почвы. Забор тепла может осуществляться двумя способами: вертикальным зондом или горизонтальным коллектором.
  2. Вода – вода. Забор тепла происходит от массы грунтовой воды или открытого водоема.
  3. Воздух – вода. Забор тепла происходит от массы внешней воздушной среды. Такой вид конструкций не является эффективным в местах с суровыми зимами. Зато воздушные тепловые насосы для отопления дома имеют неоспоримое преимущество: для их осуществления нет нужды в земляных работах.

Конструкция «почва – вода»

Хорошую теплоотдачу гарантируют почвы, насыщенные влагой.

  • Либо вскрывается полностью необходимая площадь участка, затем укладываются трубы, а после укладки их закапывают грунтом.
  • Во втором способе под трубы роются траншеи, в которые и укладывают кольцами трубы коллектора.

Конструкция «воздух – вода»

Рекомендуем:

  • Какая самая лучшая система отопления частного дома? Ответ найдёте в статье.
  • В следующей статье расскажем об особенностях отопления частного дома своими руками.
  • Все виды отопительных котлов.
  • Какие типы отопительных приборов лучшие? Давайте разберёмся![/list

Паровое отопление в доме

Такой метод обогрева загородного дома подразумевает, что вместо жидкости теплоносителем будет выступать водяной пар. Но характерно то, что в России подобные системы запрещено устанавливать жилых домах или же общественных объектах, о чем можно узнать в соответствующих нормах и требованиях. Источником тепла под такие отопительные системы для дома может выступать как редукционный аппарат, так и обычный паровой котел.

Основные преимущества систем на пару:

  1. в теплобменниках практически не теряется тепловая энергия.
  2. все отопительное оборудование достаточно компактное, более того, оно стоит относительно дешево.
  3. наконец, инерционность также относительно низкая, благодаря чему помещение быстро отапливается.
Паровое отопление в доме

Но вместе с тем есть и недостатки:

  1. устанавливать отводы достаточно сложно;
  2. если исследовать термометром все плоскости элементов, то они продемонстрируют хорошие показатели.
  3. когда система заполняется теплоносителем, этот процесс сопровождается сильным шумом.
  4. с такой системой нельзя плавно поднять/снизить температуру.

О всех особенностях работы и о том как организовать паровое отопление в доме, читайте тут

Обратите внимание! Описанный тип системы отопления считается наименее безопасным из всех приведенных в статье. Более того, детали системы изнашиваются с очень высокой скоростью, поскольку при эксплуатации выдерживают критически высокие температуры.

Классификация

Абсорбционный агрегат

Устройство насоса для отопления позволяет использовать его в разных условиях. Оптимальные температуры бесперебойной работы составляют от -30С до +35С.

Насосы классифицируются на несколько видов:

Классификация
  • компрессионные агрегаты получают тепло от механической и электрической энергии;
  • абсорбционные модели непосредственно используют сам источник тепловой энергии и передают тепло, экономя электроэнергию и топливо;
  • геотермальный тепловой насос получает тепловую энергию от воды и грунта;
  • воздушный тип потребляет тепло воздуха;
  • агрегат вторичного тепла собирает тепловую энергию с канализации, отопления и др.

Типы геотермальных моделей

Геотермальный насос

Агрегаты геотермального класса открытого типа нагревают проходящую сквозь них воду.

После охлаждения в системе вода сливается в открытый грунт.

Классификация

Бесперебойно открытая система работает с большим объемом воды.

Насосы с системой замкнутого типа подразделяются на такие классы:

  • с горизонтальной установкой коллектора. Его укладывают кольцами в вырытом котловане ниже уровня промерзания грунта;
  • с вертикальной установкой коллектора на глубине до 200 м;
  • с водным размещением коллектора в водоеме ниже уровня замерзания воды.

Разделение по теплоносителю

Классификация

Система грунт-вода

В зависимости от места установки входных и выходных контуров, теплонасосы для отопления классифицируют по видам:

  • в системе грунт-вода теплоносителем служит вода. Внешний контур укладывают горизонтально или вертикально в грунт. Возможно его размещение в водоеме;
  • наружный контур в системе вода-вода устанавливают в водоем или скважину. Для наполнения внутреннего контура используют воду;
  • система воздух-вода работает от тепловой энергии воздуха;
  • система воздух-воздух напоминает работу кондиционера. Во внешний контур поступает воздух из окружающей среды и после подогрева попадает в воздушную систему отопления.
Читайте также:  Схемы отопления с твердотопливным котлом

Полезная информация: тепловой насос воздух-воздух может поддерживать необходимый микроклимат в доме.

Как собрать своими руками

В этой статье мы не будем предоставлять сложные термодинамические расчеты, потому что многие домашние мастера не смогут в них разобраться.

Наша задача – рассмотреть пару-тройку функционирующих моделей, чтобы любой изобретатель смог взять одну из них в качестве базы для создания собственного уникального творения.

Запомните! Для того, чтобы придумать и соорудить тепловой насос, самолично, вам придется немало потрудиться.

  • Самое элементарное оборудование можно соорудить из старого холодильника. Этот вариант будет выполнять функцию модели «воздух-воздух».

    Здесь есть одно «но».

    Каким бы мощным ни был аппарат, он не сможет обогреть весь дом. Его будет достаточно, для нагрева только одной комнаты или небольшой теплицы.

    Решение можно реализовать несколькими способами, притом, что автоматическая система отключения, которая находится внутри, разбирается, и все приборы соединяются напрямую.

    В первом случае, старый агрегат располагают в помещении.

    С внешней стороны к нему подводится два воздуховода, которые врезаются в дверь холодильника.

    По каналу, который находится сверху, воздух проникает в морозильную камеру, там он охлаждается и попадает в нижний воздуховод.

    Затем, вытесняемый верхним потоком, он покидает корпус агрегата.

    Во втором эпизоде, работа так же предстоит не сложная. Только в этом случае холодильник встраивается в наружную стену дома.

  • Тепловой насос, сделанный из кондиционера. Современные системы кондиционирования воздуха могут с успехом выполнять предназначение теплового насоса «воздух-воздух».

    Но, у них есть одна проблема:

    • их работоспособность снижается наряду с температурой воздуха снаружи.
    • Можно самостоятельно сделать насос из сплит-системы, который будет отбирать теплоту из глубинной скважины. В этом случае, от кондиционера используется только компрессор, реже – внутренний блок.

Как собрать своими руками

Если есть желание, компрессор можно купить отдельно. К нему нужно будет купить обогревающий кабель для водопровода или смастерить конденсатор для нагрева жидкости.

Для этого берем трубу (как согнуть металлическую в домашних условиях написано в этой статье) диаметром 400 мм и наматываем на нее медную трубку, с толщиной стенки 1 мм до тех пор, пока не придадим ей форму змеевика.

Затем, витки закрепляем с помощью перфорированного уголка, и готовую конструкцию помещаем в стальной резервуар, в котором имеются патрубки для воды.

Нагнетатель из сплит-системы подсоединяем к нижнему вводу в теплообменник, а к верхнему подключаем клапан регулировки.

Подобным образом делаем и испаритель.

Для этой цели вполне пригодится обыкновенная бочка из пластика.

Самодельные емкостные теплообменники можно заменить на пластинчатые, сделанные в заводских условиях. Но такая замена обойдется вам недешево.

Собрать тепловой насос своими руками не сложно. В этом деле, главное – качественная пайка соединений медных трубок.

Как собрать своими руками

Заправить систему фреоном вы сами не сможете, для этих целей придется пригласить специалиста.

Следующий шаг – пусконаладочные работы. Этот этап не всегда проходить гладко.

По всей видимости, вам придется приложить немало усилий, прежде, чем будет виден результат ваших праведных трудов.

Вариант №1: для городской квартиры

Жителям многоквартирных домов нужно учитывать, что городская инфраструктура уже наполовину автоматизирована. Например, встречаются тепловые узлы с встроенным механизмом регулировки подачи энергии в квартиру, зависящей от температурного режима на улице.

Также следует взглянуть на общедомовую схему распределения теплоносителя. Если она имеет последовательный характер включения приборов, не получится создать отдельный учёт потребления энергии и самостоятельно регулировать процесс. Остаётся один способ — установить трубу-перемычку и смонтировать автоматику. Но это довольно сложно и затратно.

Вариант №1: для городской квартиры

Больше повезло тем, у кого общедомовая схема допускает параллельное соединение проводников. Для нормальной работы системы, достаточно купить необходимые компоненты (в том числе датчик внутриквартирной температуры), включить термостат на линии подачи теплоносителя. На обратном трубопроводе отопительных приборов встраиваются регулирующие клапаны. Всё это соединяется с контроллером.

Как сделать насос самостоятельно

В состав воздушного насоса входит конденсатор, испаритель и компрессор. При изготовлении испарителя можно применить пластиковый бак. Целесообразнее приобрести бак объемом от 100 до 120 литров. Для циркулирования хладагента внутрь бак необходимо установить змеевик, который изготовлен из медной трубы. Для изготовления змеевика можно применить газовый баллон. На баллон наматывается труба, а для правильного шага между витками змеевика применяется алюминиевая перфорированная рейка. Также в пластиковом баке необходимо устроить отверстия для отвода и подачи воздуха. Для конденсатора необходимо установить еще один дополнительный змеевик. Изготовить его можно из металлического бака, который предварительно разрезают, а затем заваривают. А также не стоит забывать об установке медного змеевика для хладагента и устройстве отверстий для подачи и отвода воздуха в помещение.

Еще одним важным элементов теплового насоса является компрессор, но изготовить его самостоятельно очень трудно.

Поэтому чаще всего приобретают промышленные модели. Но можно использовать и компрессор с не рабочий сплит-системы. Мощности такого компрессора будет достаточно для теплового насоса воздух-воздух. После того как все необходимые элементы будут изготовлены следует их соединить между собой. Затем необходимо заправить насос хладагентом и подключить испаритель к системе по забору воздуха. Далее можно подключать конденсатор к отопительной системе дома. Заправить хладагент не очень легко, поэтому лучше воспользоваться услугами квалифицированного мастера. Он качественно выполнит работу и проверит работу устройства.