Поддержание оптимальной температуры в помещении является обязательным условием для комфортного проживания в доме. При создании автономной системы отопления встает вопрос о выборе эффективного и наименее затратного способа поддержания тепла.
Традиционным вариантом считается установка котла и создание водяного отопления. Но существуют и альтернативные способы поддержания температуры, в том числе воздушный тепловой насос или отопление кондиционером. Такой подход позволяет обойтись без дорогостоящей подготовки и установки классических радиаторов.
Принцип работы тепловых насосов
Такие агрегаты по механизму действия схожи с геотермальными тепловыми установками. Принцип действия тепловых насосов и кондиционеров с возможностью обогрева воздуха состоит в извлечении энергии из охлажденных воздушных масс. Даже при низкой температуре воздуха в нем рассеяна энергия от предметов, тепловой насос или кондиционер с функцией обогрева просто аккумулирует энергию из внешних воздушных масс и передает ее для обогрева помещения.
-
Внешний накопитель;
-
Внутреннее устройство передачи тепла.
Вентилятор внешнего блока нагнетает воздух в камеру испарителя, в которой собранное тепло идет на нагрев хладагента или теплоносителя. Оптимальным вариантом является применение веществ с отрицательной температурой испарения, например, фреонов. Далее газообразный хладагент подается в компрессорный блок, где сжимается до определенного давления. За счет работы сжатия температура теплоносителя существенно повышается.
Во внутреннем блоке установлен конденсатор, в котором газообразный хладагент отдает тепло воздуху и переходит в жидкое состояние. Теплоемкость воздуха велика, поэтому хладагент быстро отдает энергию и поступает для сбора новой порции тепла. После сброса давления фреон опять поступает во внешний блок, где цикл работы повторяется. Если вспомнить термодинамику, то принцип работы тепловых насосов повторяет классический цикл Карно.
Среди современных моделей существует две разновидности таких агрегатов:
-
Тепловые насосы воздух-воздух;
-
Тепловой насос воздух-вода.
В первом случае для аккумуляции энергии используется хладагент, который передает собранное тепло для нагрева воздуха в помещении. Второй вариант предполагает нагрев воды и подачу ее в классическую систему водяного отопления. С учетом потерь и эффективности нагрева теплоносителя отопление воздух-воздух обладает большим КПД. Но система воздух-вода может использоваться для горячего водоснабжения.
Часто подобный принцип работы закладывается в кондиционерах. Воздушные насосы, работающие по принципу воздух-воздух, используют тот же механизм действия, только в обратном направлении. Поэтому настроить систему охлаждения на обогрев дома не составляет труда. Такой агрегат называется кондиционер воздух-воздух.
Использование воздуха в качестве теплоносителя
Чтобы обогревать дом воздухом необходимо выполнить ряд подготовительных работ. Первый блок включает установку воздухозаборника с мощным вентилятором. Монтаж производится на улице в непосредственной близости от стен дома. Для установки выбирается место с хорошим прохождением воздушных масс.
Внутренний блок устанавливается в помещении напротив внешнего устройства. Чем меньше расстояние между частями агрегата, тем меньше теряется тепло при передаче воздуха от накопителя к распределителю.
Монтаж воздуховодов, обеспечивающих работу установки, проводится по нескольким схемам:
-
Укладка труб под землей;
-
Установка трубопроводов через стену.
Наружные трубы необходимо тщательно утеплить, иначе потери при подаче воздуха снизят эффективность работы агрегата. Внутри дома создается система воздуховодов для подачи нагретого воздуха. После сборки всех блоков агрегата в единую установку система отопления считается готовой к использованию.
Современные охлаждающие системы выпускаются с возможностью использования обратного процесса, предполагающего не отвод, а передачу тепла воздуху в помещении. Вот почему кондиционер зимой на обогрев работает с не менее высокой эффективностью, чем летом на охлаждение воздуха.
Самостоятельное изготовление устройства
Создание теплового насоса заключается в сборе его блоков в единый агрегат. Основными элементами устройства являются:
-
Внешний блок испарения хладагента;
-
Внутренний блок конденсации и нагрева воздуха;
-
Компрессор;
-
Вентилятор,
-
Система воздуховодов.
При изготовлении испарителя важным блоком работ является создание теплообменника, по которому циркулирует хладагент. Теплообменник представляет собой змеевик из медной трубки малого сечения. Носителем для змеевика может служить цилиндр или отработанный газовый баллон. Чем больше витков содержится в теплообменнике, тем эффективнее происходит забор энергии из поступающего воздуха. Для обеспечения равного расстояния между кольцами змеевика используют шаблон или рейку.
Изготовленный теплообменник помещают в полимерный бачок объемом от 150 л с вырезанными отверстиями для циркуляции наружного воздуха. Можно использовать емкость меньшего объема, но эффективность работы хладагента при этом уменьшается.
Конденсатор изготавливается по тому же принципу. С учетом работы блока с хладагентом под давлением и изменения температуры поступающего воздуха в качестве емкости берется металлический бак. В него вставляется аналогичный змеевик, и изготавливаются отверстия для циркуляции теплоносителя. Для работы с металлом понадобится сварочный аппарат.
Изготовить компрессор своими руками крайне сложно, поэтому лучше приобрести новый или снять устройство со старого кондиционера. После сбора блоков агрегата в единое устройство проводится заправка хладагента и подключение внутреннего воздуховода. Для заправки фреона следует вызвать мастера по ремонту холодильников и систем кондиционирования. Самостоятельное выполнение этой работы может привести к отравлению. Для связи блоков агрегата в единую систему часто используют гибкий утепленный воздуховод или пластиковые воздуховоды с дополнительным утеплением.
Создание воздушной системы отопления
После сборки оборудования требуется развести воздуховоды и блоков подачи теплого воздуха по дому. Создание трубопровода на этапе строительства позволяет сохранить пространство стен, а также убрать элементы трубопровода под навесными потолками.
Нагретый воздух из конденсатора проходит через фильтры и подается в центральный воздуховод. Для изготовления конструкции подачи теплого воздуха используют следующие типы труб:
-
Гофрированные воздуховоды для вентиляции;
-
Воздуховоды круглого сечения из оцинкованной стали;
-
Пластиковый круглый воздуховод;
-
Прямоугольные воздуховоды из оцинковки.
При подаче в трубопровод к нагретому теплоносителю через приточную вентиляцию подается небольшое количество свежего воздуха.
Прямоугольный воздуховод из оцинкованной стали подходит для создания центрального трубопровода. Для выполнения отводов к местам подачи теплого воздуха лучше использовать гибкий гофрированный воздуховод. Его эластичность позволяет выполнять прокладку труб по стенам и углам без использования дополнительных переходников.
На местах вывода теплого воздуха устанавливаются вентиляционные алюминиевые решетки с дополнительным фильтром. С учетом смешения нагретого и наружного воздуха в потоке встречаются пыль и взвешенные частицы, захваченные с улицы.
Все элементы воздуховодов следует дополнительно изолировать. В этом случае снижаются потери тепла и нагрузка на отделочные материалы потолка и стен. Для разводки трубопровода понадобятся специальные ножницы по металлу, крепежи для оцинкованной стали, алюминиевый армированный скотч для изоляции стыков и набор инструментов для крепления труб.
Применение теплового насоса может стать альтернативой классическим котлам и водяному отоплению. С учетом эффективности оборудования по теплоотдаче такое отопление экономически целесообразно и позволяет сократить трудозатраты на этапе установки.
Минусом тепловых насосов является снижение КПД при понижении температуры наружного воздуха.