Тепловий насос своїми руками для опалення будинку
Підвищення ефективності системи опалення будинку є одним з головних завдань його господаря, оскільки витрати за цією статтею в українських кліматичних умовах досить значні. Тому завдання використання енергії навколишнього простору для опалення вельми цікава, постійно розвивається і залишається предметом уваги, особливо в співтоваристві «самоделкиних». Зібрати тепловий насос своїми руками цілком доступно підготовленій людині, оскільки особливих складнощів ця робота не представляє, і необхідності у виготовленні деталей складної конфігурації немає.
Принцип дії пристрою
Він заснований на зборі тепла з навколишнього простору і використанні його для системи опалення будинку з метою зменшення витрат на цю функцію. Апарати такого типу є в багатьох будинках, це холодильники, спліт - системи і кондиціонери. Деякі з них мають подвійне призначення, виконуючи за вибором користувача або опалення, або охолодження приміщень в залежності від потреби.
Теоретичною основою таких машин є зворотний цикл Карно. Але, не вникаючи в подробиці, просто опишемо процес роботи такого пристрою.
Рис.1. Принципова схема роботи теплового насоса в системі опалення
Робочим тілом в таких пристроях, як і в холодильниках, є фреон або аміак, який компресором нагнітається в нагрівальний контур. При цьому тиск всередині системи різко підвищується, оскільки вихід теплоносія перекритий дроселем. Отриманим теплом зігрівається теплоносій в системі опалення будинку, як правило, температура досягає рівня 64 о С. Гарячий потік доповнює циркулює в основний опалювальної мережі, знижуючи споживання палива. При певному тиску дросель відкривається, і робоче тіло надходить в камеру випарника. При цьому його температура знижується. Додаткове тепло виходить з регістра збору тепла. Далі цикл повторюється, як і в пристрої холодильника.
Розрахунок параметрів системи
Потужність, яку зажадає саморобний тепловий насос, можна розрахувати зі співвідношення:
k- коефіцієнт для обліку теплових втрат будівлею (1 - якісно утеплене приміщення, 4 - дощатий барак);
v - загальний обсяг приміщення, що підлягає опалення;
T- найбільший перепад температур зовнішнього світу і внутрішньобудинкового простору;
860 - коефіцієнт переведення результату розрахунку в кВт з ккал.
Як приклад наведемо розрахунок для будинку 200 квадратних метрів з висотою стель 2,8 метра:
R = 1 * 200 * 2,8 * (22 - 25) / 860 = 560 * 47/860 = 30,6 кВт.
Доцільно використовувати теплонасос з запасом потужності 10 - 12%, тобто - близько 35 кВт.
Потрібно звернути увагу на такий показник, як різниця зовнішньої та внутрішньої температур. Якщо брати підігріте повітря з навколишнього простору з температурою близько 7 ° С, показник різниці складе (22 - 7) 15 градусів, а потужність теплового насосу складе 9,8 кВт. Порівняйте два цих показника і відчуйте різницю при використанні тепла навколишнього простору.
Склад обладнання
зовнішній контур
Для зовнішнього контуру агрегату опалення будинку знадобляться труби. Найбільшою теплопровідністю володіють вироби з металу (але не з нержавіючої сталі), тому для системи збору тепла краще застосовувати їх.
Рис.2. Збір тепла в землі з використанням свердловини для саморобного теплонасоса
На рис.2 показаний геотермальний тепловий насос своїми руками з використанням деталей старого кондиціонера і холодильника. Глибина свердловини для збору тепла геотермальних вод становить близько 60 - 120 метрів. На наведеній схемі не відображено обсадная труба, однак її застосування обов'язково, оскільки обсадка захищає стінки свердловини від руйнування. Регістр збору зовнішнього тепла повинен знаходитися усередині обсадної труби.
Рис.3. Поверхневий збір зовнішнього тепла
Збір просторової енергії для опалення будинку може проводитися не тільки через глибинну свердловину, а й з використанням горизонтальної системи труб, заглиблених не менше, ніж на величину промерзання грунту.
Достатній результат дає збір тепла з водойми, оскільки на дні температура води завжди становить 4 градуси тепла, оскільки саме в такому стані вона має найбільшу щільність. Привабливою стороною є значно менший обсяг земляних робіт.
Використовуються для збору тепла і системи, що нагріваються під впливом сонця. Такі блоки встановлюються найчастіше на даху будинку і призначаються для нагріву води або повітря. Вони істотно підвищують температуру в випарнику теплового насоса, підвищуючи ефективність системи опалення будинку.
Рис.4. Використання геліоколектора в системі обігріву будівлі теплонасосом
випарник
Цей вузол являє собою ємність, в якій розташовується теплообмінник, який несе в собі носій тепла, зібраного зовнішнім контуром. Конструктивне рішення цієї деталі може бути різним, але найчастіше його виконують з мідних труб.
Мал. 5. Форма теплоелементов випарника повинна забезпечувати максимальний контакт з холодоагентом
Виготовляючи тепловий насос своїми руками, часто використовують придатні для експлуатації вузли і деталі зі старого холодильника або кондиціонера, а також вийшла з ладу спліт - системи.
компресор
На саморобних теплонасосах найчастіше застосовують компресори з наявної в наявності старої техніки. Коли система агрегату зібрана і випробувана, можна подумати про заміну компресора зі старого холодильника на інший, більш-менш потужний. Вибираючи компресор, найкраще звернути увагу на вузли з спліт - систем, що відрізняються підвищеною потужністю і надійністю. Сучасні агрегати, як правило, оснащуються блоками автоматичного управління і регулювання, що значно спрощує управління цими агрегатами.
Рис.6. Компресор для теплового насоса
конденсатор
До вибору цього елемента системи потрібно підійти особливо ретельно, оскільки він являє собою посудину, що працює під тиском. Переважно використовувати старий газовий балон. Його доведеться розрізати, щоб помістити туди теплообмінник, а потім знову зварити.
У теплонасосах це пристрої для скидання тиску з конденсатора у випарник. Деталь легко знайти в магазинах або майстерень з ремонту бутового техніки, оскільки вони дуже довговічні в роботі.
Рис.7. Дросель для теплонасоса
Теплові насоси Френетта
Ці пристрої надзвичайно прості й ефективні. Однак для їх виготовлення важлива точність виконання кожної деталі і ретельне балансування всієї системи ротора.
Рис.8. Схема теплового насоса Френетта
При роботі такого теплонасоса нагрівається масло, і передача тепла в систему опалення будинку проводиться через радіатор. Можливі вертикальні і горизонтальні схеми пристрою.
Тепловий насос френетта своїми руками для опалення будинку можна виготовити, тільки маючи доступ до металообробного обладнання і хорошу слюсарну підготовку.
Рис.9. Варіант виконання саморобного теплонасоса
висновок
Використання енергії навколишнього простору заслуговує на увагу, дозволяючи скоротити витрати на опалення будинку. При використанні теплоти геотермальних вод або грунтового підігріву повітря швидко не окупиться в зв'язку з великими трудовими і фінансовими витратами, однак економічність процесу не піддається сумнівам.
Крім того, є можливість використовувати теплонасоси як спліт - системи, підвищуючи комфортність проживання, а застосування блоку автоматичного керування полегшить управління пристроєм.
