Тепловой насос для отопления дома

Тепловой насос для отопления дома использует в качестве источника тепла окружающую среду: воздух, грунт, воду. Принцип его работы был разработан в 19 веке и получил название «Цикл Карно».

Тепловой насос в системе отопления дома

Строение и принцип работы

Насос имеет три контура:

• внешний – для забора тепла из среды;
• внутренний – для усиления теплоотдачи;
• контур отопления дома.

Теплоноситель внешнего контура при помощи циркуляционного насоса попадает в испаритель (теплообменник), передавая уже собранное от внешнего низкотемпературного источника тепло на внутренний контур, в котором заключен хладагент (фреон). В испарителе под воздействием тепла, поступающего из внешнего контура, фреон нагревается и, перейдя в газообразное состояние, попадает в компрессор и сжимается под высоким давлением, от чего переходит вновь в жидкое состояние и разогревается еще больше (65-70 градусов С). Разогретый хладагент отправляется в конденсатор, где и передает тепло в контур системы отопления дома. Далее, через дроссельный клапан (служащий для снижения давления) по замкнутому циклу поступает обратно в испаритель.

Принцип работы теплового насоса

Поскольку работа кондиционеров и сплит-систем основана на том же принципе действия, тепловой насос при перемене полярности теплоотдачи в теплое время года рационально использовать для охлаждения дома.

Расчет мощности

Перед установкой теплового насоса в доме как покупного, так и изготовленного своими руками следует произвести расчет его мощности. Исходя из опыта эксплуатации подобного оборудования, можно пользоваться средними значениями требуемой мощности:

• для старых не утепленных домов – 75 Вт/кв.м.
• для новых домов с теплоизоляцией – 50 Вт/кв.м.
• для домов, построенных по энергосберегающей технологии – 30 Вт/кв.м.

Но следует учитывать, что при использовании теплового насоса 1 ватт потребляемой мощности на выходе дает 4,7-5,2 ватта тепловой энергии. Следовательно, для комфортного обогрева 100 кв.м в новом доме потребуется установка с мощностью 1 кВт.

Теплый водяной пол

Разумеется, перед установкой теплового насоса следует принять меры по тщательному утеплению постройки (окон, стен, крыши, потолка и пола) и продумать систему отопления дома. Практика показала, что для наиболее эффективной эксплуатации этого оборудования наилучшей является система водяного теплого пола. Следует учесть, что финишным покрытием теплого поля должен служить материал, хорошо проводящий тепло, например, кафель или линолеум. Также неплохо себя зарекомендовали и современные низкотемпературные батареи с повышенной теплоотдачей.

Типы

В зависимости от того, откуда внешний контур черпает энергию, тепловые насосы делятся на типы:

• Грунт – Вода
• Вода – Вода
• Воздух – Вода

Существует также вариант «Воздух – Воздух», но он мало применим для нашего климата, так как в холодное время, при температуре ниже 0 градусов С, эта система практически не используется.

В качестве главного теплоносителя внешнего контура во всех трех типах используются либо вода с соляными добавками, в обиходе – «рассол», либо специальная гликолиевая смесь (антифриз), либо вода с добавлением технического спирта. Также во всех системах применяются современные трубы ПВХ, хорошо себя зарекомендовавшие.

Принцип работы воздушно теплового насоса

«Грунт – вода»

Принцип действия системы внешнего контура «Грунт – вода» принято считать наиболее

эффективным, поскольку заглубление контура на 1,5-2 метра уже дает нужный постоянный термоэффект, не зависящий от внешних погодных условий. Трубы данного контура могут располагаться как вертикально, так и горизонтально. При вертикальном расположении труб потребуются максимально возможные затраты, так как придется использовать буровую установку для бурения скважин, глубиной 100-150 метров, и для передачи тепла понадобятся дорогостоящие глубинные зонды. Температура на большой глубине достаточно высока, этот тип насоса обладает максимальной теплоотдачей. При горизонтальном расположении контура производится выемка грунта на площади 25-30 кв.м на 1 киловатт мощности. В этот котлован укладываются трубы «змейкой» с шагом 50 см, с последующей засыпкой до первоначального уровня земли, либо проштрабливаются траншеи по этой же схеме.

«Вода – Вода»

Вполне сравним по эффективности и контур «Вода – Вода», т.к. на глубине более 3 метров температура среды достаточно постоянна и высока. Для установки контура можно использовать как открытые близлежащие водоемы, так и грунтовые воды из скважин и колодцев. В открытом водоеме требуется снабдить уже смонтированный контур с теплоносителем, отягощенным грузом, и заякорить на нужной глубине либо просто опустить на дно. Более сложная система может понадобиться при использовании теплового потенциала грунтового водяного слоя с сооружением дополнительного колодца для сброса пропускаемой теплообменником воды.

«Воздух-Вода»

Тепловой насос с принципом действия «Воздух-Вода»

Тепловой насос с принципом действия «Воздух-Вода» наименее эффективен в работе, поскольку при температуре «на улице» ниже -5 градусов С, его мощность резко снижается, и требуется дополнительный обогрев помещения. Однако подкупает малозатратность и простота монтажа конструкции.

Изготовление своими руками

Для изготовления агрегата внутреннего контура насоса своими руками сначала требуется иметь компрессор. Достаточно будет компрессора от кондиционера либо холодильника. Остальные две нужные части внутреннего контура – испаритель и конденсатор можно изготовить самостоятельно. Для этого понадобятся два змеевика из медной трубки 0,5 дюйма, с толщиной стенок от 1мм, длиной не менее 30 метров. Скрутить змеевик можно на любой цилиндрической поверхности, диаметром 300-400 мм, главное – следует следить за одинаковым шагом витков получающейся спирали.

Изготовление теплового насоса своими руками

В качестве корпусов конденсатора и испарителя удобно использовать нержавеющую или толстостенную пластиковую цилиндрическую емкость, объемом 60-90 литров, в которую помещается змеевик, с герметичным выводом концов (либо в крышке и днище, либо в стенках, поблизости от крышки и днища) для соединения с компрессором и дроссельным клапаном. Также в подобных удобных местах требуется сделать два резьбовых соединения ¾ либо 1 дюйм для подключения внешнего контура к испарителю и контура системы отопления к конденсатору. Бак для установки внутрь змеевика можно разрезать, а потом запаять либо посередине, либо по кромке внешней крышки.

В верхних крышках испарителя и конденсатора следует также предусмотреть отверстия, диаметром 50-60 мм, с выведенным коротким патрубком для регулирования объема и уровня заливаемого теплоносителя, после подсоединения внешнего контура и контура отопления.

Монтаж испарителя, компрессора и конденсатора можно осуществить как прямо на стене на жестких кронштейнах, так и на отдельном щите либо в подходящем по размеру шкафу.

Работа насоса. Видео

Работу теплового насоса можно изучить на примере этого видео.

Приведенная статья поможет определиться с типом теплового насоса для дома, а также изготовить контур насоса своими руками из подручных материалов.