Энергию для отопления жилья получают, не только сжигая газ, дрова или уголь. Альтернативой является тепловой насос вода-вода. Но покупка такого насоса обходится дорого, поэтому возникает желание сделать его самостоятельно, своими руками.
Принцип работы
Работа теплового насоса происходит за счет теплоты, извлекаемой из воды. Источником воды становятся озера, ставки, реки, колодцы, скважины. Глубина водоема в средней полосе России должна составлять не менее 2 метров, чтобы нижние слои не промерзали. По способу расположения теплообменника тепловые наносы разделяются на:
- горизонтальные (трубы укладывают кольцами на дно);
- вертикальные (теплообменник расположен в скважине вертикально).
Поскольку непромерзаемые водоемы расположены далеко не возле каждого дома, чаще всего трубы прокладывают в скважинах. Стандартный тепловой насос вода-вода имеет несколько основных частей:
- трубы отопления;
- трубы подачи и сброса воды;
- испаритель (змеевик, в котором испаряется фреон);
- компрессор;
- конденсатор (змеевик, в котором сжижается фреон).
В зависимости от времени года температура грунтовых вод составляет 4-10 °C, меняется в малых диапазонах. Это обеспечивает стабильную и продуктивную работу теплового насоса. Бурят две скважины на расстоянии 8-10 м друг от друга. Грунтовые воды попадают в трубу из первой скважины и поднимаются вверх к испарителю, нагревая его. Одновременно в испаритель подается сжиженный фреон. В результате снижения давления в испарителе, тепло от стенок переходит к хладагенту. Хладагент (фреон) становится газообразным.
Далее фреон поступает в компрессор и сжимается. Потом он поступает в конденсатор, превращается в жидкость, а выделенное в результате этого процесса тепло переходит к теплоносителю (чаще всего это вода). Теплоноситель, в свою очередь, нагревает трубы радиатора. Так происходит обогрев дома. Грунтовая вода сбрасывается во вторую скважину. Полное представление о принципах работы дает схема теплового насоса. Поскольку температура подземных вод стабильнее температуры нижних слоев водоемов, использовать скважины значительно эффективнее. Но здесь надо еще учитывать затраты на бурение скважин. Устанавливают тепловой насос с бойлером вода-вода, отапливая помещение и подогревая воду для бытовых нужд. Затрачиваемая электрическая энергия на работу насоса в 4-5 раз меньше энергии, которую он вырабатывает.
Функциональность теплового насоса вода-вода: откуда нагрев
Казалось бы, соединив вместе трубы, компрессор, испаритель и другие детали, можно получить функциональный прибор. Но на самом деле задача сложнее. Чтобы насос правильно работал, нагревал теплоноситель, рассчитывают теплообменник вода-вода. Далее определяют мощность компрессора, подбирают пусковое устройство, герметизируют систему. Дом утепляют, сводя к минимуму потери энергии. Самодельные устройства для отопления подключают:
- к теплому полу;
- к трубкам, разложенным в стене;
- к современным радиаторам с большой площадью.
Это позволяет рационально использовать выработанную энергию. Иногда в целях экономии тепловые насосы вода-вода включают вместе с котлами, работающими от газа, электричества или другого топлива.
Как своими руками сделать тепловой насос: расчет
Можно купить полностью готовый к использованию тепловой насос, но надо настроиться на то, что цена оборудования будет минимум 100-200 тысяч рублей. Есть и более дорогие тепловые насосы, их стоимость зависит главным образом от выдаваемой мощности. Сделать расчет теплового насоса вода-вода, чтобы понять, насколько экономически выгодно приобретение такого оборудования, помогают сотрудники магазинов, инженеры. Есть также программы, определяющие снижение затрат на отопление после установки теплового насоса.
Изучив устройство теплового насоса, можно попробовать сделать его самостоятельно. На это уйдет много времени, но средства будут сэкономлены. Чтобы произвести расчет теплового насоса, скачивают программу подбора оборудования или попросят о помощи знакомого инженера.
Выбор компрессора: цена имеет значение
Тепловой насос похож на холодильник, стенки которого нагревают воздух на кухне. Главная часть холодильника – компрессор. Сделать компрессор своими руками чрезвычайно трудно. Чтобы не покупать новый прибор, его можно снять со старого кондиционера, важно только, чтобы прибор был рабочим. Обратите внимание, с каким хладагентом работает компрессор. Такой же вам надо будет заправлять.
Мощность компрессора составляет около 7-7,5 кВт по холоду. Можно взять два компрессора, соединить их параллельно с задержкой пуска. Это позволит увеличить мощность и уменьшить стартовый ток.
Полноценный тепловой насос из компрессора холодильника своими руками вряд ли получится собрать. Мощности такого компрессора хватит лишь на обогрев небольшой комнаты.
Есть инверторный тип компрессора, способный плавно изменять мощность, экономить электроэнергию, бесшумно работать. Стоимость компрессора такого типа довольно высока. Если специально покупать новый прибор, предназначенный для теплового насоса, то это обойдется в 3-5 тысяч долларов США. Понятно, что при такой цене многие стремятся сделать компрессор из кондиционера. Стоит заметить, что говорить «водяной компрессор» неправильно, поскольку речь идет о сжатии газа. Правильнее говорить о компрессоре для теплового насоса с теплообменником «вода-вода».
Конденсатор своими руками по схеме
Чтобы сделать конденсатор, берут бочку из нержавейки на 100-120 л. Затем бочку разрезают на две части, внутри закрепляют змеевик из медной трубки, по которой будет двигаться хладагент (фреон). Змеевик получают, наматывая медную трубку на любой жесткий цилиндрический предмет (баллон, бак, стальная труба), сохраняя шаг витков.
Толщина стенки трубки составляет 1-1,2 мм, диаметр – 0,5 дюйма (12 мм). Такие трубки используют в холодильном оборудовании. Для расчета точной длины вычисляют площадь змеевика. Площадь в свою очередь помогает определить формула теплопроводности.
P=0,8*S*T, из нее получаем
S=P∕(0,8*T)
Здесь S – площадь медной трубы, P – полезная мощность, выдаваемая тепловым насосом, T – разница между температурами воды на входе в теплообменник и на выходе из него, 0,8 – коэффициент теплопроводности при условии, что змеевик выполнен из меди, а рабочей жидкостью является вода. К концам трубки припаивают соединения-переходники, резьба которых составляет 2 дюйма. Когда змеевик закреплен, две части бочки соединяют с помощью сварки.
Вместо бочки змеевик помещают в пластиковую трубу, и затем в поролоновую термоизоляционную трубу. Вода в этом случае будет циркулировать между стенками трубы и змеевиком. На концы трубы надевают точно так же переходники-тройники, а пространство между переходником и медной трубкой заполняют герметиком, препятствующим протечке. Чтобы производить расчет теплообменников, надо знать теорию процессов теплообмена, уметь пользоваться формулами. Если взять пример уже собранного теплообменника, змеевик которого проложен в пластиковой трубе, то на конденсатор уходит 12 м медной трубки, а на испаритель 10 м. Встречается трубы длиною 20 и 30 м.
Испаритель
Испаритель делают из пластикового бака объемом 80-130 л. Внутри него помещают еще один змеевик, для которого подходит медная труба, описанная в предыдущем разделе о конденсаторе. Чтобы располагать змеевик внутри было удобно, берут баки для «воды-воды» с широким отверстием. Здесь опять же, змеевик можно поместить вместо бака в пластиковую трубу. На концы змеевика испарителя насаживают переходник-тройник. Воду в испаритель подают через трубы для прокладки канализации. Впоследствии между испарителем и компрессором осуществляется врезка терморегулирующего вентиля.
Сборка насоса и подготовка к работе
Процесс сборки всех элементов теплового насоса не менее ответственный, чем подготовка этих элементов. Необходимо владеть навыками сварщика, электрика, уметь заправлять фреон, налаживать работу холодильных систем. Вот основные этапы сборки:
- Монтаж компрессора.
- Пайка теплообменника.
- Заправка фреона.
- Подключение внешнего контура.
- Подключение отопительного контура.
Теперь полезно ознакомиться с этими этапами подробнее.
Монтаж
Испаритель и конденсатор закрепляют на стене при помощи кронштейнов. Второй вариант крепления – на раме, которую заранее сваривают, и которая послужит основой корпуса для теплового насоса. Особое внимание следует уделить поглощению шума и вибрации. Если прибор стоит в доме, то шум от работы компрессора будет мешать полноценному отдыху, раздражать.
Соединение труб
Медные трубки испарителя и компрессора соединяют методом капиллярной пайки. Если вы не умеете паять и сваривать, то придется пригласить человека, владеющего этим методом. На трубке у входа в компрессор устанавливают клапан для заправки. Когда швы спаяны, систему проверяют на герметичность. Для этого понадобиться вакуумный насос. Трубу, подающую грунтовую воду, подключают к входу испарителя. С обратной стороны испарителя подключается труба, которая воду отводит. Испаритель подключают к отопительному контуру, по которому циркулирует теплоноситель, нагревающий радиаторы в доме.
Заправка фреоном теплообменника
Система вода-вода не будет работать, если компрессор для теплового насоса не заправить хладагентом. Фреон берут в баллоне на 2кг. Выполнить заправку довольно сложно, поэтому лучше вызвать мастера, работающего с холодильным оборудованием. Он же поможет соединить трубы. Фреон заливают в систему, предварительно откачав из нее воздух.
Если профессионального насоса нет, то вы можете сделать вакуумный насос своими руками из компрессора от холодильника, подключив к нему регулятор от насосной станции. С помощью такого насоса можно подготовить систему. Извлекать компрессор своими руками из холодильника надо осторожно, обрезав трубку и запомнив электрическую схему подключения. После заправки 2-3 дня проверяют давление, не запуская систему. Это позволит убедиться, что в трубах нет протечки. Если хладагент уходит, то эти места вычисляют, смазывая сварочные швы мыльной пеной. Пена пузырится, указывая на протечку.
Дополнительные элементы
Запуск компрессора осуществляет однофазное реле на 40 А. Под самодельный насос устанавливают электрический щиток, предохранители на 16 А, и ДИН-рейку для монтажа электрооборудования. Для контроля над температурой монтируют два капиллярных термостата. Один термостат устанавливают на выходе воды из системы, где температура должна составлять не более 40 °C. Второй термостат монтируют на выходе из испарителя, где температура должна быть не менее 0 °C.
Бурение скважин для геотермального отопления
Важным этапом является бурение скважин. Делают две скважины для забора и сброса воды. Сброс можно осуществлять в канализационные стоки. Если скважины нельзя пробурить или грунтовые воды залегают слишком глубоко, то отопление вода-вода заменяют системой «грунт-вода». В нем трубы залегают в грунте, а вместо воды, отдающей тепло, используется соляной раствор.
При условии, что расчет теплообменника вода-вода был сделан точно, без ошибок была установлена автоматика и компрессор, у вас получится надежный источник отопления. Запуск теплового насоса, сделанного своими руками, лучше начинать весной или летом. Это позволит выявить недостатки и доработать оборудование. Неплохо иметь резервный источник обогрева. Если устройство работает без сбоев, то оно позволит вам значительно сэкономить деньги за отопление дома. Тепловой насос вода вода способен справиться со всеми возложенными на него задачами.