Определенное количество тепла есть в любой среде, окружающей нас, но при условии, что ее температура будет выше нуля градусов по Цельсию. Возникает вопрос: отчего бы не применить это тепло для отопления собственного жилья? Это вполне осуществимо, но для этого нужен тепловой насос.
Типы тепловых насосов
Принцип работы насоса заключается в следующем: тепловой источник, энергопотенциал которого достаточно низок, передает свое тепло носителю с высшей температурой. Как это работает на практике, можно увидеть на рисунке. К слову, холодильные устройства работают по тому же принципу, поэтому летом тепловой насос успешно может функционировать в роли кондиционера.
Классификаций насосов может быть несколько, но правильно было бы разделить их по типу теплоносителя, в роли которого могут выступать:
- Вода;
- Грунт;
- Воздух.
Энергия, полученная с использованием такой системы, может быть использована для различных целей: обогрева помещения, кондиционирования, нагрева воды. Сочетание типов теплоносителей и выполняемых функций тоже может быть разным. Исходя из этого, насосы делятся на три группы.
- Оборудование класса «вода-вода»
. Весьма эффективный способ получения тепла, ведь при значительной глубине вода может достаточно долго оставаться в перманентном состоянии, сохраняя необходимую температуру. В данном случае источником тепловой энергии являются открытые водоемы, подземные или сточные воды, а теплоносителем выступает специальное экологическое вещество.
Стоит отметить, что проще будет соорудить насос для использования в озерах и реках (водоемов открытого типа), в то время как для подземных потребуются дополнительные работы и затраты. Конструкция устройства будет усложненной, потребуется специальный резервуар для сосредоточения влаги из теплообменника. Для контура используются пластиковые трубы, которые можно установить как в вертикальном, так и в горизонтальном положении под землей. Вертикальный коллектор является более эффективным, поскольку для него бурятся скважины по 100-150 метров глубиной, а там температура может держаться дольше.
Важно! Горизонтальные коллекторы запрещается применять в хозяйственных целях, только для посадки растений и газона. На один киловатт мощности устройства может потребоваться примерно 20-50 метров квадратных.
- Оборудование класса «грунт-вода»
являются самыми удобными, ведь уже на глубине 5 м можно наблюдать постоянную температуру почвы, а погодные изменения на нее практически не влияют. Конструкция данных насосов практически та же, что в предыдущем варианте.
- класса «вода-воздух»
менее эффективны потому, что зимой их мощность существенно падает. Зато при монтаже никаких трудностей нет – не потребуются ни глубокие скважины, ни земляные работы. Все, что нужно сделать – установить оборудование в подходящее место. Это может быть, к примеру, крыша дома. Преимущество такой системы в том, что использованную тепловую энергию можно применять повторно, она будет покидать здание в виде газа, дыма, воздуха или даже воды. Но полноценного обогрева дома она дать не может ввиду низкой мощности, поэтому на зимнее время нужно позаботиться об альтернативном отоплении.
Принцип действия – обобщенная схема
Чтобы понять принцип действия теплового насоса, ознакомимся вначале с обобщенной схемой его устройства. Благодаря этому, у нас появится возможность двигаться от простого к сложному.
Начать следует с замкнутого контура. В этом контуре движется газ, который циркулирует благодаря компрессору. Согласитесь, сейчас у данной конструкции практически нет никаких функций, однако если оборудовать ее некоторыми компонентами, то можно получить функционирующий тепловой насос.
В первую очередь, добавляем в нашу схему расширительный клапан.
Сейчас в нашем контуре имеются две области — высокого и низкого давления. Вместе с тем, мы можем наблюдать немаловажный физический эффект: сжимающийся газ нагревается, а во время снижения давления, напротив, его температура снижается.
Максимальная в данном случае температура наблюдается в точке, где газ выходит из компрессора.
Наименьшая же температура наблюдается на выходе из расширительного клапана.
Газ, у которого высокая температура, при прохождении через теплообменник будет большую часть тепла отдавать внешнему потребителю. Вместе с тем, газ, температура которого низкая, при прохождении через теплообменник, напротив, будет поглощать тепловую энергию из наружного источника.
Конструкция, которая у нас получилась, имеет все функции, которые должны присутствовать у теплового насоса. Но чтобы она была полноценной, необходимо оснастить ее источником низкотемпературного тепла, а также выполнить подключение к отопительной системе.
Самым оптимальным для нашего региона вариантом является применение геотермальных зондов, которые и будут служить источниками упомянутого выше низкотемпературного тепла.
Что же касается отопительных приборов, то в качестве таковых могут использоваться батареи, теплые полы/стены.
Расходы и необходимая мощность
Тепловой насос стоит дорого, в среднем 4000-6500 евро, в зависимости от качества изделия. Но практика показывает, что столь значительные расходы окупятся примерно за полтора — два года, а если сделать самостоятельно, как и планируется, то даже быстрее.
Возможно, Вас заинтересует информация о том, для чего нужа
Касаемо мощности устройства, то она может быть разной. Для зданий с плохой термоизоляцией мощность должна составлять примерно 75 ватт на м. кв., если же дом более современный и для изоляции использовались материалы хорошего качества, то хватит и 50 ватт. А при использовании специальных изоляционных технологий можно обойтись и 30 ваттами. Желательно, чтобы тепловой насос стал частью проекта дома еще на этапе строительства.
Делаем тепловой насос своими руками
Да, тепловые насосы действительно стоят дорого, даже если их своими руками, поэтому не каждый может позволить себе такую покупку. Но можно изготовить его своими руками, используя детали б/у или те, которые есть в хозяйстве.
Если планируется установка в старом здании, то для начала нужно проверить состояние счетчика и электропроводки. Порядок работ следующий.
Возможно, Вас заинтересует информация о том, что такое
Шаг 1 . Первое, что вам нужно сделать – купить компрессор. Более дешевый вариант – найти компрессор от старого кондиционера. Он идеально подходит для изготовления насоса. Крепить деталь к поверхности стены следует, используя крепежи-кронштейны (модель L 300).
Шаг 2 . Затем необходимо изготовить конденсатор, для чего потребуется стальная емкость V=100 л. Ее необходимо разрезать пополам, а внутрь поместить медный змеевик подходящего диаметра с толщиной стенок более одного миллиметра.
Изготовление змеевика
Шаг 3 . Когда закрепите змеевик, половинки емкости нужно сварить обратно.
Шаг 4 . Далее изготовьте испаритель. Для него понадобится еще одна емкость из пластика, литров на 70. В нее также монтируется змеевик, вот только диаметр трубы должен быть поменьше. Испаритель крепите к стене, используя все те же кронштейны типа «L» нужного размера.
Шаг 5 . Следующий этап заключается в привлечении специалиста. Дело в том, что самостоятельно сварить трубы и закачать фреон непросто, особенно при отсутствии необходимых знаний. Эксперт по ремонту холодильников отлично с этим справится.
Шаг 6. Итак, «стержень» системы уже готов, осталось подсоединить его к распределителю и заборнику тепла. И если с распределителем проблем нет, то на заборник придется потратить немало сил и времени. Конечно, лучше опять же обратиться к специалисту, но давайте попытаемся разобраться, как сделать все своими руками.
Особенности установки различны для каждого из типов тепловых агрегатов.
В этом случае растраты неизбежны, так как нужно пробурить скважину, а сделать это без бурильной установки невозможно. Глубина скважины должна составлять минимум 50 и максимум 150 метров. В готовую скважину опускаете геотермальный зонд, который впоследствии подключается к насосу.
Для горизонтальных систем потребуется коллектор, изготовленный из труб. Такой коллектор должен размещаться ниже уровня замерзания грунта, который зависит от климатических особенностей местности, но зачастую не превышает 1.5 метра.
Для установки коллектора снимите верхний слой почвы. Можно использовать для этого спецтехнику или сделать все лопатой, что значительно дешевле. После укладки труб засыпьте землю обратно.
Есть другая технология укладки труб – вырыть для каждой отдельную канаву. Таких канав должно быть несколько и все они должны размещаться ниже уровня промерзания почвы. Помещаем в них трубы, засыпаем.
Соединение коллектора производите на суше, применяя ПНД-трубы. После этого заливаете в систему теплоноситель и перемещаете к воде. Коллектор желательно погружать в центральную часть водоема или же просто на нужную глубину.
Как упоминалось выше, для такого рода насосов никакие масштабные работы не требуются, ведь тепло извлекается из воздуха. Нужно только подобрать место – крыша здания, к примеру – и установить коллектор. Далее последний подключается к отопительной системе.
На этом изготовление и монтаж теплового насоса закончен. Надеемся, что статья была действительно полезной для вас!
Цены на тепловой насос для водоснабжения
тепловой насос для водоснабжения воздух-вода
Видео — Самодельный тепловой насос «вода-вода»
Хозяева загородных домов всегда трепетно относились к вопросу горячего водоснабжения и отопления.
Установка газового, электрического или дизельного котла дает возможность отопить загородный дом и снабдить его горячей водой и теплом, но в настоящее время появились альтернативы привычному нам отоплению.
Одна из таких альтернатив – . Это достаточно дорогое удовольствие, но его можно изготовить и своими руками. О том, как это сделать, и поговорим в этой статье.
Принцип работы теплонасоса
Особенность теплонасосов заключается в том, что они работают от природных источников энергии. Чтобы выделить тепловую энергию, насосу не нужно дизельного топлива, электроэнергии или твердого топлива.
В качестве источника энергии используется вода, атмосфера и грунт. Насосы не выделяют тепла, а просто переносят его в строение. При этом используется небольшое количество электроэнергии.
Для того чтобы обеспечить дом теплом, необходимо иметь всего лишь тепловой насос и источник тепла. Принцип работы системы напоминает работу обычного холодильника, только наоборот. В этом случае тепло забирается снаружи и переправляется в дом.
Важный момент: главным элементом в альтернативной системе отопления является именно теплонасос, поэтому к его сооружению нужно подойти очень внимательно.
Насос состоит из следующих элементов:- компрессора, который является промежуточным элементом системы;
- испарителя. В нем происходит передача низкопотенциальной энергии;
- дроссельного клапана, по которому хладагент (фреон) возвращается в испаритель;
- конденсатора, где происходит охлаждение фреона и отдача тепловой энергии.
Насос работает по определенному принципу. Это выглядит приблизительно так:
Принцип работы теплонасоса. (Для увеличения нажмите)
- Низкопотенциальное тепло, которое выделяется от внешних источников энергии, по трубам передается в испаритель – в первый элемент в конструкции насоса. Тепло передается теплоносителями, которые способны выдерживать низкие температуры и не замерзать при этом.
- Здесь тепло передается к хладагенту, который циркулируется по замкнутому контуру системы. В качестве холодильного агента часто используется фреон.
- В компрессоре на фреон действует высокое давление, что значительно повышает его температуру.
- На следующем этапе хладагент поступает в конденсатор, где происходит передача тепла в контур отопительной системы. В результате тепло уходит в помещение, а фреон, охлаждаясь, возвращается в жидкое состояние.
- Через редукционный клапан фреон попадает обратно в испаритель, где процесс повторяется.
Исходя из принципа работы насоса, электроэнергия тратится только на работу компрессора. В результате это и делает тепловой насос самым экономичным способом передачи тепла.
Использование старого холодильника
Устройство теплонасоса из холодильника
Итак, чтобы собрать отопительную систему в загородном доме, необходимо иметь тепловой насос.
Сегодня такие агрегаты стоят недешево, это объясняется высокими техническими характеристиками и кропотливой работой по их сборке. Но, при желании собрать теплонасос можно своими руками.
Соорудить простой теплонасос можно из бытового холодильника. Особенность техники заключается в том, что в нем есть два основных компонента теплового насоса – конденсатор и компрессор. Это позволит значительно ускорить сборку теплонасоса своими руками.
Итак, сборка насоса из старого холодильника осуществляется следующим образом:
- Сборка конденсатора. Элемент выполняется в виде змеевика. В холодильники он чаще всего устанавливается сзади. Эта всем известная решетка и является конденсатором, с помощью которого происходит отдача тепла хладагентом.
- Конденсатор устанавливается в емкость, которая обладает высокой прочностью и способна выдерживать высокие температуры. Чтобы в процессе монтажа не повредить змеевик, эксперты рекомендуют разрезать емкость и установить в нее конденсатор. После этого емкость сваривается.
- Далее на емкость крепится компрессор. Изготовить агрегат в домашних условиях практически невозможно. Поэтому лучше взять его со старого холодильника. При этом стоит обратить внимание на то, чтобы он был в исправном состоянии.
- В качестве испарителя можно использовать обычную пластиковую бочку.
- После того как все элементы системы будут готовы, они соединяются между собой. Для подключения агрегата к отопительной системе используют пластиковые трубы.
Таким образом, можно соорудить тепловой насос из старого бытового холодильника. Если понадобится закачка фреона в систему, то для этого нужно вызвать мастера. Такую работу можно выполнить только с помощью специального оборудования.
Возьмите на заметку: тепловые насосы из холодильника часто используют для обогрева небольших помещений и строений бытового назначения. Это может быть гараж или небольшой сарай.
Также холодильник можно использовать в качестве источника тепла. То есть он будет играть роль радиатора отопительной системы. Нужно просто смонтировать два воздуховода, по которым в технику будет поступать, и отводиться воздух.
Первый канал будет запускать в морозилку воздух, а второй выпускать. При этом происходят физические процессы, которые заставляют конденсатор нагреваться.
Применение кондиционера
Схема теплонасоса из кондиционера
Заключается в том, что по принципу работы он напоминает тепловой насос.
Но, есть некоторые отличия. Прежде всего, стоит отметить температурный режим работы климатической техники. Сплит-системы не желательно использовать при низких температурах.
Чтобы изготовить теплонасос из кондиционера, необходимо провести ряд модификаций и перепланировок:
- Первый способ сборки насоса заключается в переделки кондиционера. В этом случае наружный и внутренний блок меняются местами. Во внутреннем блоке находится испаритель, который нужен для передачи низкопотенциального тепла. Во внешнем же блоке установлен конденсатор, который передает тепловую энергию. В качестве теплоносителя системы отопления может использоваться как воздух, так и вода. Во втором случае конденсатор монтируется в специальный резервуар, где будет проводиться передача тепла.
- Второй способ заключается в установке в систему четырех ходового переключающего клапана. Выполнить такую работу смогут только профессионалы. Особенно это касается установки теплового зонда.
- Третий вариант заключается в полной разборке климатической техники. Детали используются для сборки теплонасоса по обычной схеме: испаритель – компрессор – конденсатор.
К сборке теплового насоса на основе кондиционера стоит подойти очень внимательно и лучше привлечь профессионала. От правильности сборки будет зависеть продуктивность агрегата.
Перед тем как приступать к сборке теплонасоса, стоит задуматься над утеплением дома. Если строение обладает низкими теплоизоляционными свойствами, то эффективность использования насоса и других источников тепла значительно снизиться.
Такие насосы лучше использовать в низкотемпературных системах отопления. В данном случае оптимальным вариантом станет теплый пол. Учитывая все особенности сборки, вполне реально соорудить тепловой насос своими руками.
Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно разъясняет схему использования теплового насоса, сделанного из кондиционера своими руками:
Тепловой насос полностью самому (фоторепортаж)
(модераторы , если необходимо, прошу подкорректировать, а то не получилось залить пост правильно)Добрый день, форумчане!
Расскажу свою историю в которой пытался решить проблему отопления своего дома.
Предыстория:
Имелся только построенный дом на 2,5 этажа. Площадь:
1 этаж 64 м2,
2 этаж 94 м2,
2,5 этаж 55 м2,
гараж 30 м2.С самого начала был куплен б/у газогенерационный котёл на дровах мощностью 40 к. в. Но как подошло время инсталляции совсем меня перестала радовать перспектива заготовки дров, извечная борьба с мусором, да и по натуре я больше дервиш, могу запросто пару дней дома не появляться.
И тогда я склонился к сжиженному газу. Замечу, что труба природного газа низкого давления проходит в 1,5 км от дома. Но плотность заселения у нас маленькая, и тянуть трубу ради меня одного + проект + инсталляция просто ввергает меня в ужас.
Ставить бочку на несколько кубов на участке я тоже не могу. Не хочется портить внешний вид. Решил установить пару шкафов с батареей 80-литровых пропановых баллонов из 6 штук в каждом.
Газовый оператор уверял, что сами приезжают, сами меняют, вы лишь только нам позвоните. К неудобствам относил лишь головную боль раз в три недели, а также возможность несанкционированного заезда газовой машины на мою бедующую брусчато-легковую стоянку, качения-волочения баллонов по ней же. В общем человеческий фактор. Но проблему разрешил случай:
Идея теплового насоса:
Идею теплового насоса вынашивал давно. Но камнем преткновения было однофазное электричество и допотопный счётчик на 20 ампер максимальной нагрузки. Поменять эклектическое питание на трёхфазное или прибавить мощность в нашем районе пока нет. Но неожиданно мне планово поменяли счётчик на новый, 40 амперный.
Прикинув, решил, что этого хватит на частичный обогрев (2,5 этаж я не планировал использовать зимой), взялся зондировать рынок тепловых насосов. Запрошенные в одной фирме цены (однофазные ТН на 12 киловат) заставили задуматься:
Thermia Diplomat TWS 12 к. в. ч. 6797 евро
Thermia Duo 12 к. в. ч. 5974 евроТребовалось не менее 45 ампер на пусковой ток.
К тому же, так как планировалось брать теплосъём со скважинной воды, не было уверенности в дебете моей скважины. Чтобы не рисковать такой суммой решил собрать ТН сам, благо какие-то навыки были из жизни. Работал в бытность менеджером по распространению вентиляционно-кондиционерного оборудования.Концепция:
Решил делать ТН из двух однофазных компрессоров по 24000 БТУ (7 кв. ч. по холоду). Так получался каскад общей тепловой мощностью 16-18 киловат при потреблении электричества при СОP3 около 4-4,5 киловат/часа. Выбор двух компрессоров был обусловлен меньшими стартовыми токами, так как их запуски думано не синхронизировать. А также поэтапность ввода в эксплуатацию. Пока обжит только второй этаж и хватит одного компрессора. Да и поэкспериментировав на одном, потом будет смелее доделать вторую секцию.
Отказался от использования пластинчатых теплообменников. Во первых, из соображения экономии, не хотелось выкладывать за Данфос по 389 евро за штуку. А во вторых, совместить теплообменник с ёмкостью теплоакомулятора, то есть, увеличив инерционность системы, убив тем самым двух зайцев. Да и не хотелось делать водоподготовку для нежных пластинчатых теплообменников, снижая тем самым КПД. А вода у меня плохая, с железом.
Первый этаж уже оснащён обвязкой тёплого пола с примерным шагом 15 см.
Второй этаж радиаторы (слава Богу, хватило скупости поставить их с 1,5 тепловым запасом ранее). Забор теплоносителя из скважины (12,5 м. Установлена на первый слой доломита. +5,9 замер на 03.2008). Утилизация отработанной воды в общедомовую канализацию (двух камерный отстойник + инфильтрационный грунтовый поглотитель). Принудительная циркуляция в контурах теплосъема.
Вот, принципиальная схема:
1. Компрессор (пока один).
2. Конденсатор.
3. Испаритель.
4. Терморегулирующий клапан (ТРВ)От других устройств безопасности решено отказаться (фильтр-осушитель, смотровое окно, пресостат, ресивер). Но если кто видит смысл их использования, буду рад услышать советы!
Для расчёта системы скачал из Интернета программу расчёта CoolPack 1,46.
И неплохую программку по подбору компрессоров Copeland.
Компрессор:
Удалось закупить у старого знакомого холодильщика, мало б/у-шный компрессор от 7 киловатной сплит системы какого-то корейского кондиционера. Достался практически даром, да и не соврал, масло оказалось внутри совсем прозрачным, поработал всего сезон и был демонтирован в связи изменением концепции помещения заказчиком.
Компрессор оказался на мощность 25500 Бту, а это около 7,5 к. в. по холоду и около 9-9,5 по теплу. Что обрадовало, в корейском сплите стоял добротный компрессор американской фирмы Текумсет. Вот его данные:
Тех. характеристики.
Компрессор на R22 фреоне, а это значит чуть больший коэффициент полезного действия. Температура кипения -10с, конденсации +55с.
Ляпсус номер 1: По старой памяти думал, что на бытовых сплит системах ставятся только компрессоры Скрол типа (спиральные). Мой же оказался поршневым... (Выглядит чуть овальным и внутри болтается обмотка двигателя). Плохо, но не смертельно. К его минусам на четверть меньший ресурс, на четверть меньший коэффициент полезного действия, на четверть более шумный. Но ничего, опыт сын ошибок трудных.
Важно: Фреон R22 по Монреальскому протоколу полностью будет выведен из эксплуатации к 2030 году. С 2001 года запрещён ввод в эксплуатацию ввод новых установок (но я ввожу не новую, а модернизировал старую ). С 2010 года использование R22–го фреона только бывшего в эксплуатации. НО в любой момент можно перевести систему с R22 на его заменитель R422. И не испытывать затруднений далее.
Закрепил компрессор на стене кронштейнами L-300мм. Если буду потом монтировать второй, удлиняю имеющиеся с помощью U-профиля.
2. Конденсатор:
У знакомого сварщика удачно приобрёл бак из нержавейки примерно на 120 литров.
(Кстати, все сварные манипуляции с баком безвозмездно произвел уважаемый сварщик. Но просил упомянуть и его скромную роль для истории!)
Было решено разрезать его на две части вставить змеевик из медной трубы фреоновода, и сварить его обратно. Заодно и вварить несколько технических дюймово-резьбовых соединений.
Формула расчёты площади поверхности трубы медного змеевика:
M2 = kW/0,8 x ∆t
M2 - площадь трубы змеевика в квадратных метрах.
kW – Мощность тепловыделения системой (с компрессором) в киловатах.
0,8 – коофициент теплопроводности меди/воды при условии противотока сред.
∆t – разность температуры воды на входе и выходе системы (см. Схему). У меня это 35с-30с= +5 градусов Цельсия.Так получается около 2 квадратных метров площади теплообмена змеевика. Я чуть уменьшил, так как температура на входе фреона около +82с градуса, на этом чуть можно сэкономить. Но как писал ранее Дед Морос , не более чем в размере 25% от размера испарителя!
Смоделированная системы в CoolPack показала Cop 2,44 на штатных диаметрах труб теплообменника. И Cop 2,99 при диаметре на шаг выше. А это мне и на руку, так как в будущем рассчитываю присоединить и второй компрессор на эту ветку. Решил использовать медную трубу ½’ дюйма (или 12,7 мм наружного диаметра), холодильную. Но, думаю, можно и обычную сантехническую, не так там и много грязи внутри будет.
Ляпсус номер 2: Использовал трубу со стенкой 0,8 мм. На деле она оказалась очень нежной, чуть передавил и уже она заминается. Сложно работать, тем более без особых навыков. Поэтому рекомендую брать трубу 1мм или 1,2 мм стенки. Так и по долговечности будет дольше.
Важно: Фреоновод змеевика входит в конденсатор сверху, выходит снизу. Так конденсируя жидкий фреон будет скапливаться внизу и уходит без пузырьков.
Взяв, таким образом, 35 метров трубы свернул её в змеевик, намотав на удобный цилиндрический предмет (баллон).
По краям зафиксировал витки двумя алюминиевыми рейками для прочности и равношаговости петель.
Концы вывел наружу с помощью сантехнических переходов на медную тубу на скрутку. Чуть рассверлит их с диаметра 12 на 12,7мм, и вместо обжимного кольца после сборки намотал льна на герметике и зажал контргайкой.
3. Испаритель:
Для испарителя не требовалось высокой температуры, и я выбрал пластмассовую ёмкость типа бочки на 127 литров с широкой горловиной.
Важно: Идеально подошла бы бочка на 65 литров. Но побоялся, труба ¾ очень плохо гнётся, поэтому взял размер побольше. Если у кого другие размеры или есть хороший трубогиб и навыки работы, то можно рискнуть и на этот размер. С бочкой 127 литров размеры моего ТН повысили ожидаемые габариты на 15 см вверх, 5 см в глубину и 10 см в ширину .
Рассчитал и изготовил испаритель по такому же принципу как и у конденсатора. Понадобилось 25 метров трубы ¾’ дюйма (19,2мм наружный) со стенкой 1,2мм. Как рёбра жёсткости использовал отрезки UD профиля для монтажа регипса. Скрутил обычной медной электротехнической проволокой без изоляции.
Важно: Испаритель затопленного типа. То есть жидкая фаза фреона заходит в охлаждаемую воду снизу, испаряется и в газообразном состоянии поднимается вверх к компрессору. Так лучше для теплопередачи.
Переходы можно взять пластмассовые от питьевой трубы PE 20*3/4’ с наружной резьбой, свинтив из с бочкой контргайками и уплотнением из льна и герметика. Подачу и сток воды сделал из обычных канализационных труб и резиновых уплотняющих манжет вставленных враспор.
Испаритель также был установлен на кронштейны L-400мм.
4. ТРВ:
Приобрёл ТРВ фирмы Honeywell (бывшая FLICA). На мою мощность потребовалась дюза к нему 3мм. И наличие выравнивателя давления.
Важно: ТРВ во время пайки нельзя перегреть выше +100с! Поэтому обматал его тряпочкой пропитанной водой для охлаждения. Прошу не ужасаться, после налёт почистил мелкой наждачной.
Припаял трубку линии выравнивания как положено к инструкции по монтажу ТРВ.
Сборка:
Прикупил комплект для жёсткой пайки Rotenberg. И электроды 3 штуки с 0% содержания серебра и 1 штуку с 40% содержания серебра для пайки в стороне компрессора (вибростойкий). С их помощью собрал всю систему.
Важно: Берите сразу баллон Максигаз 400 (жёлтый баллон)! Он не многим дороже Мультигаза 300 (красный), но производитель обещает до +2200с пламени. Но и этого недостаточно для ¾’ трубы. Паялось из рук вон плохо. Приходилось изловчаться, использовать тепловой экран, и т. д. В идеале конечно иметь кислородную горелку.
Да, и надо впаять в систему заправочный пипсик с ниппелем для подсоединения шланга. Не помню с головы его точное название.
Его впаял на входе в компрессор. Рядом же видна и входная труба выравнивателя ТРВ. Она впаивается после испарителя, термобаллона ТРВ, но до компрессора.
Важно: Заправочный пипсик паяем предварительно вывернув из него ниппель. Ни то от жары уплотнитель ниппеля однозначно выйдет из строя.
Редукционные тройники не использовал, так как боялся уменьшения надёжности от дополнительных паечных швов вблизи компрессора. Да и давление в этом месте не большое.
Заправка фреоном:
Собранную, но не заполненную водой систему надо вакуумировать. Лучше использовать вакуумный насос, если нет, то умельцы приспосабливают обычный компрессор от старого холодильника. Можно и просто, продуть-продавить систему фреоном выдавив воздух, но я вам этого не говорил, потому что так делать нельзя!
Баллон фреона самой небольшой ёмкости. Для системы вообще не нужно будет более 2 кг. фреона. Но чем богаты.
Также я приобрёл манометр для замера давления. Но не специальный фреоновый за 10 у. е., а обычный для насосной станции за 3,5 у. е. По нему и ориентировался при заполнении.
Заправил систему, на сколько возможно с помощью внутреннего давления фреона в баллоне. Дал постоять пару дней, давление не упало. Значит, утечки нет. Дополнительно промазал все соединения мыльной пеной, не пузырило.
Важно: Так как в моём случае заправочный ниппель впаян сразу перед компрессором (в дальнейшем будет замеряться давление в этом месте при настройке) ни в коем случае не заправлять систему с работающим компрессором жидким фреоном. Компрессор наверняка выйдет из строя. Только газообразной фазой - баллоном вверх!
Автоматика:
Необходимо однофазное пусковое реле, и при этом, на очень приличный пусковой ток около 40 А! Автоматический предохранитель С группы на 16А. Электрический щиток с DIN рейкой.
Также установил два реле температуры с копелярными термодатчиками. Один поставил на воду на выходе из конденсатора. Выставил примерно на 40 градусов, чтобы отключал систему при достижении водой этой температуры. И на выход воды из испарителя на 0 градусов, чтобы аварийно отключал систему и не разморозил её случаем.
В будущем думаю приобрести простейший контроллер, который учитывает эти две температуры. Но кроме внешнего вида и наглядности пользования у него есть и недостаток – запрограмированные значения сбиваются при даже кратковременном перебои электроснабжения. Пока в раздумьях.
Запуск (пробный):
Перед запуском напумповал в систему примерно 6 бар давления из баллона. Больше не получалось, да и незачем. Кинул временный провод, подсоединил пусковой конденсатор. Наполнил ёмкости водой предварительно. Они постояли с сутки, наполненные и потому, на момент запуска имели комнатную температуру около +15с.
Торжественно включил автомат. Его сразу же выбило. Ещё, то же самое. В этот небольшой промежуток слышно как двигатель гудит, но не запускается. Перебросил клеммы на конденсаторе (их почему-то три). Включил снова автомат. Приятный рокот работающего компрессора приласкал мой слух!
Давление на всасывании сразу упало до 2 бар. Открыл баллон с фреоном, чтобы система заполнялась. По табличке рассчитал необходимое давление кипения фреона.
Для моих необходимых на входе +6 и выходе воды +1, требуется температура кипения -4с. Фреон кипит при такой температуре при давлении 4,3 кг. см. (бар) (атмосфер). Таблицу можно найти и в Интернете.
Как не пытался выставить точное это давление, ничего не получалось. Система пока ещё не выведена на рабочий режим температур. Потому преждевременные регулировки лишь примерны.
Через минут пять подача достигла примерно +80 градусов. Пока не изолированная труба испарения покрылась лёгким инеем. Вода в конденсаторе через минут десять на ощупь уже нагрелась до +30 - +35. Вода в испарителе приблизилась к 0с. Чтобы чего не разморозить отключил систему.
Резюме: Пробный запуск показал полную работоспособность системы. Аномалий не замечено. Потребуется дальнейшие регулировки ТРВ и давления фреона после подключения контура отопления и охлаждения скважинной водой. Поэтому продолжение фоторепортажа и отчёта примерно через две-три недели , когда разберусь с этой частью работы.
К тому моменту, думаю:
1. Подсоединить контур обогрева помещений и контур теплообмена скважинной водой.
2. Произвести полный цикл пусконаладочных работ.
3. Изготовить какой-то корпус.
4. Сделать выводы и дать небольшое резюме.Важно: ТН получился не такой уж маленький по размерам. Применив за место ёмкостных теплообменников пластинчатые, можно очень сильно сэкономить пространство.
Затраты на изготовление Теплового насоса примерной мощностью 9 киловат час по теплу:
Конденсатор:
Бак нержавейка 100 литров - 25 у. е.
Электроды нержавейка – 6 у. е.
Муфты нержавейка – 5 у. е.
Услуги сварщика (обед) – 5 у. е.
Медная труба 12,7 (1/2”)*0,8мм. 35 метров – 105 у. е.
Медная труба 10*1 мм. 1 метр – 3 у. е.
Отвоздушиватель Ду 15 – 5 у. е.
Предохранительный клапан 2,5 бар – 4 у. е.
Кран сливной Ду 15 – 2 у. е.Итого: 163 у. е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у. е)
Испаритель:
Бочка пласм. 120 литров - 12 у. е.
Медная труба 19.2 (3/4”)*1.2мм. 25 метров – 130 у. е.
Медная труба 6*1мм. 1 метр – 2 у. е.
Терморегулирующий вентиль Honeywell (дюза 3мм.) – 42 у. е.
Кронштейны L-400 2 штуки – 9 у. е.
Кран сливной Ду 15 – 2 у. е
Переходы на медь (комплект) – 3 у. е.
РВС труба 50-1м. 2 штуки – 4 у. е.
Резиновые переходы 75*50 2 штуки – 2 у. е.Итого: 206 у. е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у. е)
Компрессор:
Компрессор мало б/у 7,2 к. в. (25500 бту) – 30 у. е.
Кронштейны L-300 2 штуки – 8 у. е.
Фреон R22 2 кг. – 8 у. е.
Комплект монтажный – 4 у. е.Итого: 50 у. е.
Монтажный комплект:
Паяльная лампа ROTENBERG (комплект) – 20 у. е.
Электроды жёсткой пайки (40% серебра) 3 штуки – 3,5 у. е.
Электроды жёсткой пайки (0% серебра) 3 штуки – 0,5 у. е.
Манометр для фреона 7 бар – 4 у. е.
Шланг заправочный - 7 у. е.Итого: 35 у. е.
Автоматика:
Реле пускателя однофазное 20 А – 10 у. е.
Щиток электрический встраиваемый – 8 у. е.
Предохранитель однофазный С16 А – 4 у. е.Итого: 22 у. е.
Итого в целом 476 у. е.
Важно: Потребуются на следующем этапе ещё циркуляционные насосы Calpada 25/60-180 60 у. е. и Calpeda 32/60-180 78 у. е. Они хоть и будут вынесены за приделы моего котла, но обычно относятся к самому котлу.
На просторах интернета в целом, и в YouTube в частности можно найти описание различных видов самодельных тепловых насосов. Не может не радовать, что несмотря на наличие промышленных высокоэффективных образцов, интерес людей к самостоятельной сборке тепловых насосов не угасает.
Возможно причина тому, наследие со времен Советского Союза воспитанное такими журналами как "Mоделист-конструктор", "Юный техник" и др. Возможно также высокие цены на тепловые насосы , отсутствие государственных субсидий и компенсаций затрат на внедрение экологичных энергосберегающих решений которые применяются для развития альтернативного отопления в Европе. Также, возможно причина к стремлению сделать тепловой насос своими руками,- это неточные подсчеты. Часто, когда человек увлеченно занимается сборкой теплового насоса, и несет небольшие расходы в больших количествах, он забывает отследить себестоимость сборки и подключения теплового насоса в целом под ключ. Реальность заключается в том, что при промышленной сборке в том виде, который задумывается воплотить в самоделке, себестоимость будет всегда дешевле, если не использовать бесплатные комплектующие, которые шли в мусорное ведро, но им дали вторую жизнь. Какова бы ни была мотивация человека (любознательность или материальная мотивация), собирающего тепловой насос своими руками в любом случае это хороший опыт, который влечет за собой развитие темы тепловых насосов в России в целом.
Одним из наиболее распространенных способов использование низкопотенциального тепла в самостоятельно изготовленных тепловых насосах. Это различные схемы на "перелив воды" . Вода берется из скважины или водоемов или другого источника низкопотенциального тепла, и скачивается или переливается в другую емкость, при этом, с помощью установленного по пути ее движения теплообменника, в котором кипит фреон, отбирается тепло с низкой температурой, для его последующего преобразования в высокотемпературный нагрев (при помощи обратного холодильника т.е. теплового насоса). В этой схеме есть как свои плюсы так и минусы. Плюсом может служить то, что при наличии хорошего водоносного слоя и дебита скважины нет необходимости делать длинный геотермальный контур теплосборника, а можно обойтись лишь двумя скважинами, одну из которых в любом случае нужно делать для водоснабжения дома. Вторым плюсом схем на перелив является то, что при наличии хорошего дебита воды в скважинах мощность теплового насоса, установленного по этой схеме фактически не ограничена. Вода перемешивается в водоносном слое под землей и вступает в теплообмен с фактически неограниченным объемом грунта и воды. Там где нужно было бы перекопать многие кубометры грунта размещая горизонтальные теплосборники или пробурить также километровые вертикальные геотермальные зонды, там достаточно всего лишь 2-х труб для забора из слива воды соответственно. В целом на этом основные преимущества данной схемой заканчивается.
- Главным недостатком является надежность, которая прежде всего зависит от качества и физических свойств воды как теплоносителя. Если в схеме используются пластинчатые теплообменники, то они будут нуждаться в обязательном техническом обслуживании. На пластинах могут осаждаться загрязнения: известковый налет что будет блокировать теплосъем, увеличивать температурное сопротивление, уменьшать эффективность всего теплового насоса в целом и привести к его поломке. Кожухотрубные испарители или самодельные теплообменники конструкции типа "труба в трубе" более неприхотливые к загрязнениям и могут выдержать даже небольшое обмораживание. При сравнимый эффективности и мощности обходятся существенно дороже пластинчатых теплообменников.
- 2-й недостаток данной системы, это большие энергозатраты на перекачку воды. Безусловно вода является одной из самой теплоемкой жидкостью на Земле. Однако теплообмен с водой при низких температурах ограничен фазовым переходом воды в твердое состояние. А также аномалией воды (когда в твердом состоянии вода занимает больший объем, чем при жидком состоянии), что сопровождается разрывом труб и повреждением теплообменной аппаратуры. Для решения этих проблем нужно устанавливать дополнительные датчики протока, а также специальную защитную автоматику. Один куб/час прокаченной воды, остуженной на 1°С позволяет извлечь порядка 1,16кВт*час тепла.
- 3-е,- это меньшая экологичность по сравнению с другими альтернативными источниками низкопотенциальной энергии, это прежде всего в сравнении с ДХ-геотермальным контуром или гликолевым контуром с промежуточным теплоносителем в различных вариантах. Это связано с возможным загрязнением воды при соприкосновении с воздухом в открытых системах, после чего вода сливается под землю не фильтруясь через многометровый слой песка и грунта. Конечно можно сделать надежное оборудование исключающие все возможные загрязнения водоносного слоя. Однако есть риски все же остаются.
Самодельный тепловой насос показанный на видео берёт низкопотенциальное тепло подземных вод при помощи самодельного теплообменника "труба в трубе" длиной порядка 20 м. Тепловая мощность является сильно завышенной для места установки. Поэтому проверить, как будет работать этот тепловой насос при стопроцентной загруженной мощности в течение 3 дней или недели не было никакой возможности. Проверка работы данного теплового насоса проходила при температуре на улице близкой -30°С, но в доме был дополнительный источник нагрева (газовый котел).
Температура воды в скважине при столь низких температурах на улице была +8..+9°С градусов тепла. Циркуляционные насосы (второй был поставлен на всякий запасной случай) по 50 Вт потребления каждый. Две скважины в данном случае являются сообщающимися сосудами. Но вся система при таком решении должна находиться под вакуумом. Иначе вода "упадет" в скважину под собственным весом, что является недостатком такого рода решения, так как при потере вакуума исчезает проток и возникает риск замораживания и поломки системы. Более того под своим собственным весом равным около 10 метров водного столба, вода закипает и разрывается, соответственно применимо такое решение только в индивидуальных случаях, где воду можно поднимать поверхностными водяными насосами.
Комната порядка 40 квадратных метров площади, в которой установлен внутренний блок разогревалась до 30 градусов тепла в течение 30 минут. При работе теплового насоса в режиме кондиционирования июльской жаре 2011 года (около 30 градусов) комната остывала до 20 градусов менее чем за 30 минут...
Этой осенью наблюдается обострение в сети по поводу тепловых насосов и их применения для отопления загородных домов и дач. В загородном доме, который я построил своими руками, с 2013 года установлен такой тепловой насос. Это полупромышленный кондиционер, способный эффективно работать на обогрев при уличной температуре до -25 градусов по Цельсию. Он является основным и единственным отопительным прибором в одноэтажном загородном доме общей площадью 72 квадратных метра.
2. Коротко напомню предысторию. Четыре года назад был куплен участок 6 соток в садовом товариществе, на котором, я, своими руками, без привлечения наемной рабочей силы, построил современный энергоэффективный загородный дом. Предназначение дома - вторая квартира, расположенная на природе. Круглогодичная, но не постоянная эксплуатация. Требовалась максимальная автономность в совокупности с простой инженерией. В районе расположения СНТ отсутствует магистральный газ и на него рассчитывать не стоит. Остается привозное твердое или жидкое топливо, но все эти системы требуют сложной инфраструктуры, стоимость возведения и содержания которой сопоставимо с прямым отоплением электричеством. Таким образом выбор уже был частично предопределен - электрическое отопление. Но здесь возникает второй, не менее важный момент: ограничение электрических мощностей в садовом товариществе, а также достаточно высокие тарифы на электроэнергию (на тот момент - не «сельский» тариф). По факту на участок выделено 5 квт электрической мощности. Единственный выход в данной ситуации - использовать тепловой насос, который позволит сэкономить на отоплении примерно в 2,5-3 раза, по сравнению с прямой конвертацией электрической энергии в тепловую.
Итак, переходим к тепловым насосам. Они различаются по тому, откуда они забирают тепло и по тому, куда его отдают. Важный момент, известный из законов термодинамики (8 класс средней школы) - тепловой насос не производит тепло, он его переносит. Именно поэтому его КОП (коэффициент преобразования энергии) всегда больше 1 (то есть тепловой насос всегда отдает тепла больше, чем потребляет из сети).
Классификация тепловых насосов следующая: «вода - вода», «вода - воздух», «воздух - воздух», «воздух - вода». Под «водой» указываемой в формуле слева подразумевается отбор тепла от жидкого циркулирующего теплоносителя проходящего по трубам находящимся в земле или водоеме. Эффективность таких систем практически не зависит от времени года и температуры окружающего воздуха, но они требуют дорогостоящих и трудоемких земляных работ, а также наличие достаточных свободных площадей под укладку грунтового теплообменника (на котором, впоследствии будет плохо что-либо расти летом, ввиду вымораживания грунта). Под «водой» указываемой в формуле справа подразумевается отоплительный контур, находящийся внутри здания. Это может быть как система радиаторов, так и жидкостные теплые полы. Такая система также потребует сложных инженерных работ внутри здания, но при этом имеет и свои плюсы - с помощью такого теплового насоса можно заодно получить горячую воду в доме.
Но самым интересной выглядит категория тепловых насосов класса «воздух - воздух». По сути это самые обычные кондиционеры. Во время работы на обогрев они забирают тепло из уличного воздуха и переносят его на воздушный теплобменник находящийся внутри дома. Несмотря на некоторые недостатки (серийные модели не могут работать при температурах окружающего воздуха ниже -30 градусов по Цельсию), они имеют колоссальное преимущество: такой тепловой насос очень легко установить и его стоимость сопоставима с обычным электрическим отоплением с помощью конвекторов или электрокотла.
3. На основании этих рассуждений был выбран канальный полупромышленный кондиционер Mitsubishi Heavy, модель FDUM71VNX. По состоянию на осень 2013 года, комплект состоящий из двух блоков (внешний и внутренний) стоил 120 тысяч рублей.
4. Внешний блок установлен на фасаде с северной стороны дома, там где меньше всего ветра (это важно).
5. Внутренний блок установлен в холле под потолком, от него с помощью гибких шумоизолированных воздуховодов обеспечена подача горячего воздуха во все жилые помещения внутри дома.
6. Т.к. подача воздуха находится под потолком (организовать подачу горячего воздуха около пола в каменном доме решительно невозможно), то очевидно, что забирать воздух нужно на полу. Для этого с помощью специального короба забор воздуха был опущен на пол в коридоре (во всех межкомнатных дверях также установлены переточные решетки в нижней части). Рабочий режим - 900 кубометров воздуха в час, за счет постоянной и стабильной циркуляции совершенно нет разницы по температуре воздуха между полом и потолком в любой части дома. Если быть точным, то разница составляет 1 градус по Цельсию, это даже меньше, чем при использовании настенных конвекторов под окнами (с ними перепад температуры между полом и потолком может достигать 5 градусов).
7. Кроме того, что внутренний блок кондиционера за счет мощной крыльчатки способен прогонять в режиме рециркуляции большие объемы воздуха по дому, не нужно забывать о том, что для людей наобходим свежий воздух в доме. Поэтому система отопления также выполняет роль системы вентиляции. По отдельному воздушному каналу с улицы в дом подается свежий воздух, который при необходимости подогревается (в холодное время года) с помощью автоматики и канального ТЭНа.
8. Раздача горячего воздуха осуществляется через вот такие решетки, расположенные в жилых комнатах. Также стоит обратить внимание на то, что в доме нет ни одной лампы накаливания и используются исключительно светодиоды (запомните этот момент, это важно).
9. Отработанный «грязный» воздух удаляется из дома через вытяжку в санузле и на кухне. Горячая вода готовится в обычном накопительном водонагревателе. Вообще, это достаточно большая статья расходов, т.к. колодезная вода очень холодна (от +4 до +10 градусов по Цельсию в зависимости от времени года) и кто-то может резонно заметить, что можно использовать солнечные коллекторы для нагрева воды. Да, можно, но стоимость вложений в инфраструктуру такова, что за эти деньги можно греть воду напрямую электричеством в течение 10 лет.
10. А это - «ЦУП». Главный и основной пульт управления воздушным тепловым насосом. У него есть различные таймеры и простейшая автоматика, но мы используем только два режима: вентиляция (в теплое время года) и нагрев (в холодное время года). Построенный дом оказался настолько энергоэффективным, что кондиционер в нём ни разу не использовался по прямому назначению - для охлаждения дома в жару. В этом большую роль сыграло и светодиодное освещение (теплоотдача от которого стремится к нулю) и очень качественное утепление (шутка ли, после обустройства газона на крыше нам даже пришлось этим летом использовать тепловой насос для обогрева дома - в дни, когда среднесуточная температура опускалась ниже +17 градусов по Цельсию). В доме круглогодично поддерживается температура не ниже +16 градусов по Цельсию, независимо от наличия в нём людей (когда в доме люди, то температура устанавливается +22 градуса по Цельсию) и никогда не выключается приточная вентиляция (потому, что лень).
11. Счетчик технического учета электроэнергии был установлен осенью 2013 года. То есть ровно 3 года назад. Нетрудно подсчитать, что среднегодовое потребление электрической энергии составляет 7000 квтч (на самом деле сейчас эта цифра немного меньше, т.к. в первый год расход был большим из-за использования осушителей во время отделочных работ).
12. В заводской комплектации кондиционер способен работать на обогрев при температуре окружающего воздуха не ниже -20 градусов по Цельсию. Для работы при более низких температурах требуется доработка (на самом деле она актуальна при эксплуатации даже при температуре -10, если на улице высокая влажность) - установка греющего кабеля в дренажный поддон. Это необходимо для того, чтобы после цикла разморозки внешнего блока вода в жидком состоянии успела покинуть дренажный поддон. Если она не успеет это сделать, то в поддоне будет намерзать лед, который впоследствии выдавит раму с вентилятором, что, вероятно, приведет к обламыванию лопастей на нём (можете посмотреть фотографии обломанных лопастей в интернете, я сам с этим чуть не столкнулся т.к. положил греющий кабель не сразу).
13. Как я уже упоминал выше - в доме везде используется исключительно светодиодное освещение. Это важно, когда речь заходит о кондиционировании помещения. Возьмем стандартную комнату, в которой расположено 2 светильника, по 4 лампы в каждом. Если это лампы накаливания мощностью 50 ватт, то суммарно они потребляют 400 ватт, в то время как светодиодные лампы будут потреблять менее 40 ватт. А вся энергия, как мы знаем из курса физики, в конечном итоге все равно превращается в тепловую. То есть освещение на лампах накаливания это такой неплохой обогреватель средней мощности.
14. Теперь поговорим о том, как работает тепловой насос. Всё, что он делает - переносит тепловую энергию из одного места в другое. Именно по такому принципу работают и холодильники. Они переносят тепло из холодильной камеры в помещение.
Есть такая хорошая загадка: Как изменится температура в комнате, если в ней оставить включенный в розетку холодильник с открытой дверцей?
Правильный ответ - температура в комнате будет расти. Для просты понимания это объяснить можно так: комната это замкнутый контур, в него по проводам поступает электричество. Как мы знаем энергия в конечном итоге превращается в тепловую. Именно поэтому температура в комнате и будет расти, ведь в замкнутый контур извне поступает электричество и в нём же остается.
Немного теории. Теплота это форма энергии, которая передается между двумя системами из-за разницы температур. При этом тепловая энергия переходит из места с высокой температурой к месту с более низкой температурой. Это естественный процесс. Перенос тепла может осуществляться за счет теплопроводности, теплового излучения или путём конвекции.
Существует три классических агрегатных состояния вещества, преобразование между которыми осуществляется в результате изменения температуры или давления: твердое, жидкое, газообразное.
Для изменения агрегатного состояния тело должно либо получить, либо отдать тепловую энергию.
При плавлении (переход из твердого состояния в жидкое) поглощается тепловая энергия.
При испарении (переход из жидкого состояния в газообразное) поглощается тепловая энергия.
При конденсации (переход из газообразного состояния в жидкое) выделяется тепловая энергия.
При кристаллизации (переход из жидкого состояния в твердое) выделяется тепловая энергия.
Тепловой насос использует в работе два переходных режима: испарение и конденсацию, то есть оперирует веществом, находящимся либо в жидком, либо в газообразном состоянии.
15. В качестве рабочего тела в контуре теплового насоса используется хладагент R410a. Это фторуглеводород, закипающий (переход из жидкого состояния в газообразное) при очень низкой температуре. А именно, при температуре - 48,5 градусов по Цельсию. То есть, если обычная вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре +100 градусов по Цельсию, то фреон R410a кипит при температуре почти на 150 градусов ниже. Более того, при сильно отрицательной температуре.
Именно это свойство хладагента используется в тепловом насосе. Путем целеправленного измерения давления и температуры ему можно придать необходимые свойства. Либо это будет испарение при температуре окружающей с поглощением тепла, либо конденсации при температуре окружающей среды с выделением тепла.
16. Вот как выглядит контур циркуляции теплового насоса. Его основные компоненты: компрессор, испаритель, расширительный клапан и конденсатор. Хладагент циркулирует в замкнутом контуре теплового насоса и попеременно меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и обратно. Именно хладагент передает и переносит тепло. Давление в контуре всегда избыточно по сравнению с атмосферным.
Как это работает?
Компрессор всасывает холодный газообразный хладагент низкого давления поступающий из испарителя. Компрессор сжимает его под высоким давлением. Температура повышается (тепло от работы компрессора также добавляется к хладагенту). На этом этапе мы получается газообразный хладагент высокого давления и высокой температуры.
В таком виде он поступает в конденсатор, обдуваемый более холодным воздухом. Перегретый хладагент отдает свое тепло воздуху и конденсируется. На этом этапе хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и со средней температурой.
Далее хладагент поступает в расширительный клапан. В нём происходит резкое снижение давления, вследствие расширения объема, который занимает хладагент. Уменьшение давления приводит к частичному испарению хладагента, что в свою очередь снижает температуру хладагента ниже температуры окружающей среды.
В испарителе давление хладагента продолжает снижаться, он еще сильнее испаряется, а необходимое для этого процесса тепло отбирается от более теплого наружного воздуха, который при этом охлаждается.
Полностью газообразный хладагент снова поступает в компрессор и цикл замыкается.
17. Попробую еще раз объяснить попроще. Хладагент кипит уже при температуре -48,5 градусов по Цельсию. То есть, условно говоря при любой более высокой температуре окружающей среды он будет иметь избыточное давление и в процессе испарения забирать тепло из окружающей среды (то есть уличного воздуха). Есть хладагенты используемые в низкотемпературных холодильниках, у них температура кипения еще ниже, вплоть до -100 градусов по Цельсию, но его не получится использовать для работы теплового насоса на охлаждение помещения в жару из-за очень высокого давления при высоких температурах окружающей среды. Хладагент R410a это некий баланс между возможностью работы кондиционера как на нагрев, так и охлаждение.
Вот, кстати, хороший документальный фильм снятый в СССР и рассказывающий о том, как устроен тепловой насос. Рекомендую.
18. Любой ли кондиционер можно использовать для работы на обогрев? Нет, не любой. Хотя на фреоне R410a и работают почти все современные кондиционеры, не менее важны и другие характеристики. Во-первых кондиционер должен иметь четырехходовой клапан, позволяющий так сказать переключиться на «реверс», а именно поменять местами конденсатор и испаритель. Во-вторых, обратите внимание, что компрессор (он расположен справа снизу) находится в теплоизолированном кохуже и имеет электрический подогрев картера. Это нужно для того, чтобы всегда поддерживать положительную температуру масла в компрессоре. По факту, при температуре окружающей среды ниже +5 градусов по Цельсию даже в выключенном состоянии кондиционер потребляет 70 ватт электрической энергии. Второй, важнейший момент - кондиционер должен быть инверторным. То есть и компрессор и электромотор крыльчатки должны иметь возможность изменять производительность в процессе работы. Именно это позволяет тепловому насосу эффективно работать на обогрев при наружной температуре ниже -5 градусов по Цельсию.
19. Как мы знаем, на теплообменнике внешнего блока, который является испарителем во время работы на обогрев, происходит интенсивное испарение хладагента с поглощением тепла из окружающей среды. Но в уличном воздухе находятся пары воды в газообразном состоянии, которые конденсируются, а то и кристаллизуются на испарителе из-за резкого снижения температуры (уличный воздух отдает свою теплоту хладагенту). А интенсивное обмерзание теплообменника приведет к снижению эффективности теплоосъема. То есть, по мере снижения температуры окружающей среды необходимо «притормозить» и компрессор и крыльчатку, чтобы обеспечить наиболее эффективный теплосъем на поверхности испарителя.
Идеальный тепловой насос работающий только на обогрев должен иметь площадь поверхности внешнего теплообменника (испарителя) в несколько раз превышающую площадь поверхности внутреннего теплообменника (конденсатора). На практике мы возращаемся к тому самому балансу, что тепловой насос должен уметь работать как на обогрев, так и охлаждение.
20. Слева можно видеть практически полностью покрытый инеем внешний теплообменник, кроме двух секций. В верхней, не замерзшей, секции фреон имеет еще достаточно высокое давление, что не позволяет ему эффективно испаряться с поглощением тепла из окружающей среды, в нижней же секции он уже перегрет и не может больше забирать тепло извне. А фотография справа дает ответ на вопрос почему внешний блок кондиционера был установлен на фасаде, а не спрятан от глаз на плоской кровле. Именно из-за воды, которую нужно отводить от дренажного поддона в холодное время года. Отводить эту воду с кровли было бы значительно сложнее, чем с отмостки.
Как я уже писал, во время работы на обогрев при отрицательной температуре на улице испаритель на внешнем блоке обмерзает, на нём кристаллизуется вода из уличного воздуха. Эффективность обмерзшего испарителя заметно снижается, но электроника кондиционера в автоматическом режиме контролирует эффективность теплосъема и периодически переключает тепловой насос в режим разморозки. По сути режим разморозки это прямой режим кондиционирования. То есть из помещения забирается тепло и переносится на внешний, обмерзший теплообменник, что растопить на нём лед. В это время вентилятор внутреннего блока работает на минимальной скорости, а из воздуховодов внутри дома поступает прохладный воздух. Цикл разморозки обычно длится 5 минут и происходит каждые 45-50 минут. Ввиду высокой тепловой инерционности дома, никакого дискомфорта во время разморозки не ощущается.
21. Вот таблица теплопроизводительности данной модели теплового насоса. Напомню, что номинальное потребление энергии составляет чуть более 2 кВт (ток 10А), а теплоотдача колеблется от 4 кВт при -20 градусах на улице, до 8 кВт при уличной температуре +7 градусов. То есть коэффициент конвертации составляет от 2 до 4. Именно во сколько раз тепловой насос позволяет экономить энергию по сравнению с прямым преобразованием электрической энергии в тепловую.
Кстати, есть еще один интересный момент. Ресурс у кондиционера при работе на обогрев в разы выше, чем при работе на охлаждение.
22. Осенью прошлого года я установил счетчик электрической энергии Smappee, который позволяет вести статистику энергопотребления по месячно и предоставляет более менее удобную визуализацию проведенных измерений.
23. Smappee был установлен ровно год назад, в последних числах сентября 2015 года. Он также пытается показать стоимость электрической энергии, но делает это исходя из заданных вручную тарифов. А с ними есть важный момент - как известно, у нас повышают цены на электроэнергию 2 раза в год. То есть за представленный период измерений тарифы менялись 3 раза. Поэтому не будем обращать внимание на стоимость, а подсчитаем количество потребленной энергии.
На самом деле с визуализацией графиков потребления у Smappee есть проблемы. Например, самый короткий столбец слева это потребление за сентябрь 2015 года (117 квтч), т.к. у разработчиков что-то пошло не так и на экране за год почему-то 11, а не 12 столбцов. Но суммарные цифры потребления подсчитаны безошибочно.
А именно, 1957 квтч за 4 месяца (включая сентябрь) в конце 2015 года и 4623 квтч за весь 2016 год с января по сентябрь включительно. То есть суммарно было израсходовано 6580 квтч на ВСЁ жизнеообеспечение загородного дома, который круглогодично отапливался, независимо от нахождения в нём людей. Напомню, что летом этого года впервые пришлось использовать тепловой насос для обогрева, а на охлаждение летом он не работал ни разу за все 3 года эксплуатации (кроме автоматических циклов разморозки, разумеется). В рублях, по текущим тарифам в Московской области это менее 20 тысяч рублей в год или около 1700 рублей в месяц. Напомню, что в эту сумму входит: отопление, вентиляция, нагрев воды, плита, холодильник, освещение, электроника и техника. То есть это фактически в 2 раза дешевле, чем ежемесячная плата за квартиру в Москве аналогичной площади (разумеется без учета взносов на содержание, а также сборов на капитальный ремонт).
24. А теперь давайте подсчитаем сколько же денег позволил сэкономить тепловой насос в моём случае. Сравнивать будем электрическим отоплением, на примере электрокотла и радиаторов. Считать буду по докризисным ценам, которые были на момент установки теплового насоса осенью 2013 года. Сейчас тепловые насосы подорожали из-за обвала курса рубля, а техника вся импортная (лидеры по производству тепловых насосов - японцы).
Электрическое отопление:
Электрический котел - 50 тыс рублей
Трубы, радиаторы, фитинги и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 80 тысяч рублей.
Тепловой насос:
Канальный кондиционер MHI FDUM71VNXVF (внешний и внутренний блок) - 120 тыс. рублей.
Воздуховоды, адаптеры, теплоизоляция и т.д. - еще 30 тыс. рублей. Итого материалов на 150 тысяч рублей.
Установка своими руками, но в обоих случаях по времени это примерно одинаково. Итого «переплата» за тепловой насос по сравнению с электрокотлом: 70 тысяч рублей.
Но это не всё. Воздушное отопление с помощью теплового насоса это заодно кондиционер в теплое время года (то есть кондиционер все равно нужно ставить, так ведь? значит добавим еще минимум 40 тысяч рублей) и вентиляция (обязательна в современных герметичных домах, еще минимум 20 тысяч рублей).
Что имеем? «Переплата» в комплексе составляет всего 10 тысяч рублей. Это еще только на стадии ввода системы отопления в эксплуатацию.
А дальше начинается эксплутация. Как я уже писал выше, в самые холодные зимние месяцы коэффициент преобразования составляет 2,5, а в межсезонье и летом можно принять его равным 3,5-4. Возьмем усредненный годовой СОР равный 3. Напомню, что за год в доме расходуется 6500 квтч электрической энергии. Это суммарное потребление на все электрические приборы. Возьмем для простоты расчетов по минимуму, что тепловой насос потребляет из этой суммы всего лишь половину. То есть 3000 квтч. При этом в среднем за год он отдал 9000 квтч тепловой энергии (6000 квтч «притащил» с улицы).
Переведем перенесенную энергию в рубли, предположив, что 1 квтч электрической энергии стоит 4,5 рубля (усредненный дневной/ночной тариф в Московской области). Получаем 27000 рублей экономии, по сравнению с электрическим отоплением только за первый год эксплуатации. Вспомним, что разница на стадии ввода системы в эксплуатацию составляла всего 10 тысяч рублей. То есть уже за первый год эксплуатации тепловой насос СЭКОНОМИЛ мне 17 тысяч рублей. То есть он окупился в первый же год эксплуатации. При этом напомню, что это не постоянное проживание, при котором экономия была бы еще больше!
Но не забываем про кондиционер, который конкретно в моем случае не потребовался ввиду того, что построенный мною дом оказался переутепленным (хотя и используется однослойная стена из газобетона без дополнительного утепления) и он просто не нагревается летом на солнце. То есть скинем 40 тысяч рублей из сметы. Что имеем? ЭКОНОМИТЬ на тепловом насосе в таком случае я стал не с первого года эксплуатации, а со второго. Не велика разница-то.
Но если мы возьмем тепловой насос класса «вода-вода» или даже «воздух-вода», то цифры в смете будут совершенно иными. Именно поэтому тепловой насос «воздух-воздух» это лучшее соотношение цена/эффективность на рынке.
25. И напоследок несколько слов про электрические отопительные приборы. Меня замучали вопросами о всяких инфракрасных обогревателях и нано-технологиях не сжигающих кислород. Отвечу коротко и по делу. Любой электрический обогреватель имеет КПД 100%, то есть вся электрическая энергия переходит в тепловую. На самом деле это касается любых электрических приборов, даже электрическая лампочка дает тепло ровно в том количестве, в котором она его получила из розетки. Если же говорить про инфракрасные обогреватели, то их преимущество заключается в том, что они греют предметы, а не воздух. Поэтому самое разумное применение для них - обогрев на открытых верандах в кафе и на автобусных остановках. Там, где есть необходимость передать тепло напрямую предметам/людям, минуя нагрев воздуха. Аналогичная история про сжигание кислорода. Если где-то в рекламном проспекте вы видите эту фразу, знайте - производитель держит покупателя за лоха. Горение это реакция окисления, а кислород это окислитель, то есть он сам себя сжечь не может. То есть это все бред дилетантов, прогулявших уроки физики в школе.
26. Еще одним вариантом экономии энергии при электрическом отоплении (не важно, прямой конвертацией или с помощью теплового насоса) является использование теплоемкости ограждающих конструкций (или же специального теплоаккумулятора) для накопления тепла при использовании дешевого ночного электрического тарифа. Именно с этим я и буду экспериментировать этой зимой. По моим предварительным расчетам (с учетом того, что в ближайший месяц я буду платить по сельскому тарифу на электроэнергию, т.к. строение уже зарегистрировано как жилой дом), даже несмотря на рост тарифов на электроэнергию, в следующем году я заплачу за содержание дома менее 20 тысяч рублей (за всю потребленную электрическую энергию на отопление, нагрев воды, вентиляцию и технику с учетом того, что в доме круглогодично поддерживается температура примерно 18-20 градусов тепла, независимо от того есть ли в нём люди).
Что в итоге? Тепловой насос в виде низкотемпературного кондиционера класса «воздух-воздух» это самый простой и доступный способ экономии на отоплении, что вдвойне может быть актуально при существовании лимита электрических мощностей. Я полностью доволен установленной отопительной системой и не испытываю какого-либо дискомфорта от её эксплуатации. В условиях Московской области использование воздушного теплового насоса полностью себя оправдывает и позволяет окупить инвестиции не позднее, чем через 2-3 года.
Кстати, не забывайте что у меня еще есть Instagram, в котором я публикую ход работ практически в реальном времени -
