Реальна економія на опаленні: як створити тепловий насос своїми руками
Неприємна динаміка цін на енергоспоживання стимулює творчу фантазію і кмітливість у власників приватних будинків і заміських котеджів, яким набридло переплачувати за опалення. На багатьох ділянках стикаються з ще більш нагальною проблемою: недоступність для прямого підключення до звичайних джерел створюють масу технічних незручностей. Можливості вирішити цю проблему раціонально впираються тільки в бажання і вміння-різноманіття способів саморобного опалення, наприклад зібрати тепловий насос своїми руками тільки підтверджує це.
Технологічна новинка, тепловий насос, затребувана в світі вже пару десятиліть, але на російському ринку стала з’являтися порівняно недавно. Принцип роботи разюче нагадує звичну побутову техніку, додаткового знайомства з якої не потрібно, — холодильник. Але, якщо останній використовує радіатори, щоб передавати тепло з камер назовні, то насосна теплообмінна станція діє в точності навпаки — витягаючи енергію з навколишнього середовища (існує кілька модифікацій працюють з водою, повітрям і землею) перетворює її в декілька етапів у внутрішній опалювальний контур будинку, басейну, теплиці.
Технологічна новинка, тепловий насос, затребувана в світі вже пару десятиліть, але на російському ринку з’являтися стала порівняно недавно
Функціональні різновиди теплових насосів по джерелу енергії
Грунт-вода (відомий в народі під назвою “розсіл-вода” – через частого використання в якості охолоджуючої рідини сольового розчину).
Обмежені невеликими розмірами ділянки оснащуються грунтовими зондами, великі — повноцінними габаритними колекторами. Циркулюючий по зовнішньому контуру холодоагент притягує на себе теплову енергію, що міститься в розсіяному стані в кожному середовищі. Нагріваючись, теплообмінна рідина (використовується аміак, фреон або гліколевий розчин) проходить через випарник (переводить агрегатний стан в газоподібний), далі в компресор (стискає газ, для підвищення робочих характеристик і теплоємності). Центральний вузол — конденсатор, що збирає грунтове тепло і передає його внутрішньому контуру (системи опалення, по трубах якої циркулює вода — вона і розподілить отриману енергію по периметру доступною області для обігріву цільового об’єкта). Віддаючи тепло, холодоагент повертається в робоче рідкий стан і знову тече по трубках під землю (редукційний клапан не пропустить газ) — починається наступний цикл, кожен з яких дає в середньому, 50 Вт за один метр глибини свердловини.
Повітря-вода або повітря-повітря
Аналогічний принцип дії, відрізняється тільки тим, що замість зондів, які забирають тепло з грунту, його акумулюють повітряні компресори. Теплообмінник передає отриману енергію як у вищеописаному випадку системі рідинного опалення, або безпосередньо у внутрішню вентиляцію — актуально для зниження витрат на утримання погребів, теплиць та інших приміщень з обов’язковим регулюванням температури і вологості.
Аналогічний принцип дії, відрізняється тільки тим, що замість зондів, що забирають тепло з грунту, його акумулюють повітряні компресори
Вода-вода
Потребує прямого доступу до грунтових або поверхневих вод. Перший варіант дозволяє домогтися більшої стабільності (підземні водойми взимку не замерзають). Вкрай ефективний варіант, особливо для обігріву басейнів — річна різниця температури води в свердловині становить 10 — 15 градусів, але в той же час і найбільш трудомісткий у виконанні — тепловий насос своїми руками зібрати в такій конфігурації зможе людина, тільки володіє навичками і екіпірований професійними інструментами.
Тепловий насос системи Френнета (фрикційний теплоелемент)
Конструкція не пов’язана з попередніми і відрізняється високим ККД (втім, ентузіасти і реклама надмірно завищують це значення). Запатентована Євгеном Френнетом в 1977 році схема проста, надійна і дозволяє зібрати ефективний тепловий насос своїми руками. Є кілька модифікацій з різним розміщенням і видозміною робочих агрегатів (одна версія буде докладно описана нижче), але загальний принцип однаковий: циліндр поміщений в інший побільше, проміжки заливаються маслом. З одного боку малого елемента розташовується електромотор, з іншого — радіатор, поширює тепло по приміщенню. Нагрів теплоносія відбувається за рахунок швидкого обертання внутрішнього циліндра підключеного до електроприводу. Спосіб довів свою ефективність на практиці і успішно застосовується не тільки для обігріву невеликих житлових приміщень, але і для промислових потреб.
Ціна питання і окупність
Зрозуміло, точні витрати на придбання і монтаж теплового насоса можна підрахувати тільки в індивідуальному випадку — кожен вид має свої особливості. Грунтові установки коштують орієнтовно 4 — 7 тисяч євро — і це без урахування ціни монтажних робіт (яке теж недешеві — зокрема, буріння свердловини для зондів). Не кожен здатен викласти, не моргнувши оком, подібну суму за апарат, який окупиться не раніше ніж через 2-3 роки (як показує практика, параметр впирається в розміри приміщення та його теплоізоляцію).Ті, кому хочеться заощадити, але не викидаючи такі суми можуть зібрати опалювальну установку самостійно — при наявності прямих рук і базових навичок зі зварювальними інструментами, це здійсненне завдання для новачка. Вартість матеріалів та витратних матеріалів для агрегату, аналогічного за характеристиками заводському не більше 500 — 1000 євро.
Вартість матеріалів і витратних матеріалів для агрегату, аналогічного за характеристиками Заводському, не більше 500 — 1000 євро
Інструкція по збірці теплового насоса своїми руками
Це класична схема теплообмінного елемента, що працює за принципом зворотної машини Карно (описаний вище). Сумісна з повітряними, водними і геотермальними установками. Процедура не дуже складна, адже більшість деталей можна знайти в готовому вигляді, єдина проблема для неспеціаліста — розрахунки оптимальних характеристик: потужності компресора, складу холодоагенту, діаметра трубок, кількість витків змійовика — параметрів безліч і кожен по-своєму впливає на якість і термін служби.
На сайтах, що займаються продажем таких опалювальних систем, традиційно розміщені онлайн калькулятори для розрахунку необхідної техніки. Окремо можна знайти в мережі і спеціальні додатки для інженерів, що займаються теплоенергетикою-програми CoolPack, Copeland і подібні. Зрозуміло, справжній фахівець дасть більш точну оцінку тому, якщо є можливість скористатися його послугами, то слід вдатися до такого варіанту негайно.
На сайтах, що займаються продажем таких опалювальних систем, традиційно розміщені онлайн калькулятори для розрахунку необхідної техніки.
Основні деталі та витратні матеріали (для теплового насоса потужністю 10-15 кВт)
- Бак (нержавійка) — 100 літрів.
- Мідна трубка-для змійовика, з товщиною стінок більше 1 мм.
- Компресор — повністю ідентичний використовуваному в кондиціонері. Враховуючи, що традиційно термін служби конденсатора більше ніж у кондиційних установок в цілому, варто поритися серед поламаних і неробочих моделей або пошукати готову деталь окремо. Висока потужність і можливість працювати влітку у зворотний бік, на охолодження приміщення, доповнює низький рівень шуму (якщо пощастить знайти запчастину від якісної спліт-системи).
- Пластиковий бак — хоча б 80 літрів. Стане корпусом випарника.
- Кріпильні пристрої, отвоздушиватель, кран зливний, шланги і клапани. Прокладки, муфти, ущільнювачі і сантехнічні перехідники до всього перерахованого.
- Електрообладнання: реле, електроди, інше.
- Фреон. Середній холодоагент має температуру кипіння -10 і переходить в конденсований стан приблизно -50. Модель R422 поки дотримується всіх екологічних стандартів і повністю відповідає вимогам.
- Манометри, амперметр (пусковий струм включення компресора може давати короткочасну, але сильне навантаження на мережу. Варто заздалегідь переконатися, що всі розподільники витримають до 40 ампер).
Порядок складання
- Компресор міцно і надійно встановлюється за допомогою кронштейнів на стіну. Над входом приварюється клапан для заправки системи охолодження.
- Збирається спіральний змійовик. Потрібно розібратися з необхідною площею трубок-формула розрахунку додається: загальна потужність установки ділиться на твір різниці температур системи і коефіцієнта теплопровідності міді у воді (постійне число, рівне 0,8).
- Будь-яка пряма труба невимушено перетворюється в змійовик після намотування навколо щільного циліндра — відмінно підійде як каркас газовий балон (допоможе зберегти однакову форму і крок кожного витка). Важливо дотримуватися повну герметичність на кожному з’єднанні, не гребуючи ущільнювачами, кільцями і прокладками.
- Готова деталь монтується всередину металевого бака. Для цього він розрізається навпіл, всередину входить змійовик (вхід в конденсатор відбувається зверху, щоб всередині не накопичувалися бульбашки) , все щільно германізується і розріз заварюється.
- Основою випарника стане пластиковий бак (бажано з широкою горловиною). Зручніше брати якомога більший обсяг. Тут мідний змійовик розраховується, скручується і встановлюється повністю згідно вищенаведеної схеми. Вода подається і виводиться звичайними пластиковими каналізаційними трубами, обов’язкова установка терморегулюючого клапана.
Компресор міцно і надійно встановлюється за допомогою кронштейнів на стіну
- Зібравши, зварюючи кінці труб між собою, окремі деталі в єдину систему. Важливо перевірити герметичність швів і стиків, наприклад, вакуумним насосом.
- Самостійна заправка фреоном не рекомендується. Але якщо немає можливості звернутися до майстра, то потрібно закачати не менше 2 кг охолоджуючої рідини. Поспішає нема чого, після заправки кілька днів проводиться постійна перевірка тиску і натирання мильним розчином всіх підозрілих ділянок (допоможе виявити витік).
- Электроначинка включає в себе однофазне реле, запобіжник, щиток і рейку — на неї вивести два термодатчика — біля виходу (до 40 градусів), у випарника (близько нуля — не виключення теплового насоса своїми руками або автоматично при замерзанні виведе і сроя всю систему).
Застосування спільно з стандартним газовим або твердопаливним котлом дасть синергетичний ефект. Система, побудована власноруч, потребує регулярної профілактики та обслуговування для довгої та економної експлуатації — більше ніж заводські збірки.