Тепловий насос своїми руками

Теплові насоси дозволяють забирати розсіяну енергію з навколишнього природи: повітря, води і землі, акумулювати і спрямовувати її на опалення будинку. Енергію також використовують на нагрів води для миття або кондиціювання повітря у приміщеннях. Це дає можливість економити кошти, зменшуючи витрату традиційних джерел тепла: електрики, газу, дров. У статті ми розповімо, як зробити тепловий насос своїми руками.

Що таке геотермальний насос

Принцип роботи теплового насоса

Для початку потрібно зрозуміти, що таке геотермальний насос, і за яким принципом працює, адже саме він є серцем всього описуваного нами пристрою.

Ні для кого не секрет, що в товщі землі завжди підтримується плюсова температура. У такому ж стані знаходиться і вода під льодом. У цій, відносно теплою середовищі, розміщується замкнутий трубопровід з рідиною.

Схема роботи теплових насосів досить проста і заснована на протилежному принципі Карно:

Теплоносій, просуваючись по зовнішньому контуру, нагрівається від вибраного джерела і потрапляє у випарник.
Там він обмінюється енергією з холодоагентом (зазвичай це фреон).
Фреон закипає, переходить у газоподібний стан і стискається компресором.
Гарячий газ (він нагрівається в межах 35-65^oC) надходить в інший теплообмінник, в якому віддає своє тепло системі опалення або гарячого водопостачання будинку.
Остиглий холодоагент знову стає рідким і повертається на нове коло.

Насос з холодильника

Тепловий насос з холодильника

Основною частиною системи є компресор. Його краще купити готовим в магазині або використовувати наявний від холодильника або кондиціонера. Всі інші компоненти – випарник, конденсатор, трубопровід – під силу зібрати самому. Енергію такий апарат буде споживати тільки на стиск і перенесення тепла, виробляючи при цьому в 5 разів більше.

Використовуючи старий компресор, потрібно розраховувати на те, що його термін служби може бути недовгим, а потужність системи знизиться. Крім того, потужності зношеного компресора може не хапати для повноцінної роботи системи.

Деякі умільці пішли далі і зробили тепловий насос з холодильника, помістивши всередині нього радіатори, які підігріваються теплом землі. Всередині постійно підтримується плюсова температура, яка змушує холодильник постійно працювати, нагріваючи радіатор, що знаходяться позаду нього. Використовуючи рідний радіатор, роблять з нього теплообмінник (або виготовляють саморобний), відбирають виділяється їм тепло.

Ефективність роботи такого теплового насоса підходить більше для демонстрації роботи пристрою, так як його ККД дуже низький. Крім того, холодильник не розрахований на такий режим роботи і може швидко вийти з ладу.

Види теплових насосів

Розрізняють три типи насосів, в залежності від джерела отримання тепла:

«грунт-вода»

Насос грунт-вода

«вода-вода»

Насос вода-вода

«повітря-вода»

Насос повітря-вода

Установка типу «грунт-вода» використовує теплоту надр. Температура землі на горизонтах понад 20 м залишається незмінною завжди, тому і насос може цілорічно виробляти потрібну енергію. Варіантів монтажу два:

вертикальна шахта;
горизонтальний колектор.

У першому випадку буриться свердловина глибиною близько 50-100 м і в неї поміщаються труби з циркулюючим теплоносієм – особливої незамерзаючою рідиною.

На глибині 5 м прокладають колектори, по яких також рухається теплоносій. Для обігріву будинку площею 150 м² необхідний ділянку не менше 250 м², причому застосовувати його під сільськогосподарські посадки не можна. Припустимо тільки влаштування декоративного газону та клумби.

Насос «вода-вода» використовує енергію води з озер, колодязів або свердловин. Деяким вдається витягувати тепло навіть зі стоків. Головне – щоб не забивався фільтр і не руйнувався метал.

Цей тип зазвичай показує найвищий ККД, але встановити його вдається не на кожному заміському ділянці, а на експлуатацію ґрунтових вод потрібно отримувати дозвіл. Подібні пристрої характерні для промислових виробництв.

Конструкція «повітря-вода» менш ефективна в порівнянні з першими двома, оскільки вироблення взимку значно знижується. З іншого боку, при її монтажі не треба нічого бурити або копати. Установка просто кріпиться на даху будинку.

Поради

Самостійний монтаж теплового насоса

Як вже говорилося, компресор краще купити готовий. Придатна будь-яка модель, що застосовується в кондиціонерах.

Всі інші складові збираємо самостійно:

В якості корпусу конденсатора береться нержавіючий бак ємністю близько 100 л. Його розрізають навпіл і всередині монтують змійовик з мідної трубки товщиною стінки не менше 1 мм. В оболонку впаюються різьбові з’єднання для підключення до контуру. Після цього частини бака можна зварювати.
Для випарника відмінно підійде поліетиленова бутель об’ємом 80 л або відрізок труби. У неї також вставляється змійовик і підводяться входи і виходи води. Теплоносії ізолюються від зовнішнього середовища поролоновою «шубою».
Тепер необхідно поставити всю систему, спаяти трубки і залити холодоагент. Кількість фреону дуже важливо для правильної роботи насоса, цей розрахунок краще доручити інженеру по теплотехніці. Він же зможе остаточно підключити установку і налаштувати компресор.
Залишилося тільки приєднати зовнішній контур. Його збірка буде залежати від типу насоса.

Вертикальна установка «грунт-вода» вимагає свердловини, в неї опускається геотермальний зонд.

Для горизонтального апарату збирається колектор і закопується в землю на глибині, що виключає промерзання.

У системі «вода-вода» контур складається з мережі пластикових труб, по яких буде протікати теплоносій. Потім усе це треба закріпити у водоймі на необхідній глибині.

Сонячна батарея

Колектор насоса «повітря-вода» виконується також і монтується на даху будинку або поблизу від нього.

Для стабільної роботи і захисту від поломки машину бажано доповнити можливістю ручного запуску компресора на випадок раптового відключення електрики. Вартість подібної установки досить висока. Ще дорожче коштує заводський насос. Однак практика показує, що придбання окупається за кілька років експлуатації.