Тепловой насос: энергетическое чудо или холодильник наоборот

Устройство и принцип действия теплового насоса

Каждое здание оборудовано системой вентиляции, именно она спасает саму постройку и жильцов от таких нежелательных явлений как повышенная влажность и застой воздуха. Повышенная влажность влияет на конструкцию здания, перекрытия и отделочные материалы, которые при плохой вентиляции подвергаются разрушительному воздействию коррозии.

Но вентиляционная система, без соответствующего современного оборудования, выбрасывает в воздух тысячи килокалорий тепла из наших помещений, увеличивая затраты на отопление жилища в холодное время года. Утилизировать тепло можно применяя современные методы и оборудование, которое поможет не только сохранить выбрасываемое в окружающее пространство драгоценное тепло, но и приумножить, получая его обратно в виде горячего водоснабжения, поступающего теплого приточного воздуха из вентиляции или теплых радиаторов отопления.

Для того чтобы эффективно утилизировать тепло, покидающее квартиры через вентиляционные отверстия, было придумано устройство, под названием тепловой насос. Он позволяет перенести низкотемпературную тепловую энергию из воздуха, выбрасываемого вентиляционной системой, к системе потребления, но уже с более высокой температурой. В качестве потребителя используется система отопления или горячего водоснабжения.

Основные узлы и компоненты

Такое оборудование, состоит из важнейших компонентов, без которых невозможна его работа:

  1. Замкнутого контура, по которому циркулирует фреон.
  2. Испарительного теплообменника.
  3. Конденсаторного теплообменника.
  4. Расширительного клапана или дросселирующего устройства.
  5. Компрессора.

Именно из таких устройств состоит практически любой холодильник, бытовой или промышленный кондиционер и сплит-система. Только в кондиционере, внешний блок обогревает окружающий воздух, а в воздушном тепловом насосе – систему отопления дома или входящие воздушные потоки.

к оглавлению ↑

Как это работает

Принцип действия теплового насоса основан на цикле Карно, который большинство из нас изучали в средней школе на уроках физики. Рассмотрим обобщенную схему прибора.Как работает циркуляционная установка

  • Система представляет собой замкнутый трубопровод, в котором находится фреон. Контур оснащен компрессором, приводящим в движение газ, и расширительным клапаном. Это устройство предназначено для создания высокого давления фреона. При этом вступает в силу важнейший физический закон — при сжимании газ нагревается, а при понижении давления остывает.
  • На участке выхода фреона из компрессора, газ сжат и благодаря чему имеет высокую температуру, а проходя через расширительный клапан, происходит резкая потеря давления и газ теряет свою температуру. В замкнутом фреоновом контуре, кроме компрессора и клапана есть еще и два теплообменника. Один находится сразу после компрессора в системе высокого давления газа, а второй устанавливается после дросселирующего устройства.
  • Протекая по теплообменнику, фреон отдает часть своей тепловой энергии теплообменнику системы отопления, после чего газ остывает и поглощает тепло воздуха, протекающего по системе вентиляции. Принцип работы теплового насоса очень напоминает принцип работы холодильника.
  • В качестве отопительных приборов могут выступать радиаторы отопления, фанкойлы, теплые полы. Такое устройство называется воздух — вода.

Вместо отопительного контура может выступать приточная вентиляция, поступающий воздух будет нагреваться от конденсаторного теплообменника. Устройство, которое будет работать по такой схеме, называется тепловой насос воздух-воздух.

к оглавлению ↑

Область применения

Основное системы это отопление, причем как квартир и частных домов, так и промышленных помещений. Но тепловой насос не только обогревает помещения, он может их и охлаждать, экономя при этом средства на кондиционировании. Для этого потребуется только подключить вместо радиаторов отопления фанкойлы.Внешний контур теплового насоса, расположенный на крыше здания

В Европе, такой вид утилизации тепла достаточно давно пользуется популярностью. Многие владельцы жилья по достоинству оценили экономию средств от использования тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения своих жилищ. Стоит только представить, что на отопление частного дома площадью около 100 м.кв. будет расходоваться менее 2 кВт электроэнергии, а это меньше чем потребляет обычный электрочайник. Кроме частных домов, тепловые насосы применяются:

  • Для отопления и кондиционирования офисных помещений. Если площадь помещения более 1500 м.кв, то используется принцип каскадного подключения нескольких тепловых насосов.
  • Для создания комфортного микроклимата в складских помещениях тепловой насос затратит в 10 раз меньше энергии, чем при электрическом отоплении.
  • Для обогрева воды в бассейнах.
  • Для отопления теплиц и парников.

Многие сторонники применения тепловых насосов заявляют, что КПД системы более 100%, при этом приводят в качестве примера, что на 1 кВт затраченной энергии, это устройство отдает 2,5 кВт тепловой мощности в помещение, называя полученный эффект «энергетическим чудом». Расчеты верны, но те, кто заявляет о чудесах, путают КПД с тепловым коэффициентом. На самом деле, коэффициент полезного действия устройства равен 46%. Но и такие показатели гораздо выше, чем у электрического или печного отопления.

к оглавлению ↑

Как рассчитать мощность оборудования


Совет:
Ввиду того, что тепловой насос является достаточно дорогостоящим оборудованием, то правильный расчет мощности позволит значительно сократить расходы, связанные с его приобретением, монтажом и дальнейшей эксплуатацией. В связи с этим все расчеты лучше всего доверить профессионалам.

Для того, чтобы самостоятельно произвести расчет теплового насоса, требуется определить все теплопотери по каждому помещению. Основные потери тепла происходят:

  • Из-за разницы температур между помещением и улицей через стены.
  • Через естественные неплотности в окнах и дверях.
  • Через вентиляционную систему.

Чтобы не утомлять вас сложными вычислениями и ненужными расчетами, в среднем, теплопотери жилого помещения составляют от 60 до 100 Вт. В качестве примера можно взять небольшой частный дом, общая площадь помещений которого будет равна 150 м.кв. Тогда при теплопотерях в 60 Вт на их покрытие потребуется мощность аппарата в 9 кВт. Но нужно сюда прибавить около 700 Вт на обогрев воды в системе отопления. В итоге получается, что на коттедж, общей площадью в 150 м.кв. потребуется устройство, мощностью 9,7 кВт.

к оглавлению ↑

Изготавливаем аппарат своими руками

Прочитав эту статью многие уже решив для себя «прикупить по случаю» тепловой насос и свести к нулю свои затраты на отопление и кондиционирование, с удивлением обнаружили, что стоимость этого оборудования как минимум шестизначная. Именно поэтому те, кто после такой информации не потерял энтузиазма и пытаются сделать такой прибор самостоятельно.Так выглядит самодельный тепловой насос

Для изготовления вам понадобятся основные узлы, включающие в себя:

  1. Компрессор для теплового насоса.
  2. Испарительный теплообменник.
  3. Конденсаторный теплообменник.
  4. Дросселирующее устройство.
  5. Медный трубопровод.

Прежде всего, следует выбрать месторасположение компрессора и само устройство. Его лучше всего взять от кондиционера. Компрессор при помощи кронштейнов нужно зафиксировать на стене.

  1. Следует изготовить конденсаторный теплообменник. Для его изготовления потребуется бак, изготовленный из нержавейки. Объем бака приблизительно 100-130л. В него следует вставить змеевик и заварить горловину. Выходы змеевика вывести из бака при помощи резьбовых соединений. Кто хоть раз изготавливал самостоятельно змеевик для самогонного аппарата, тому будет проще, конструкция практически одинаковая.
  2. На готовый конденсатор нужно намотать медную трубу и тщательно ее зафиксировать. Концы трубы вывести при помощи сгонов.

    Важно!
    Выводы внутреннего змеевика (для фреона) следует делать: вход в верхней части конденсатора, а выход в нижней, для предотвращения образования воздушных пробок.

  3. В качестве испарителя подойдет пластиковая бочка на 100 л. Ее необходимо закрепить на стене при помощи кронштейнов.
  4. Дросселирующее устройство следует приобрести с учетом особенностей конструкции и диаметров трубопровода.
  5. В качестве соединительных труб для водяного контура можно использовать обычные сантехнические трубы ПВХ с уплотнителями.
  6. Пайка фреонового контура и заправка его газом должна осуществляться профессионалами.

После проведения всех мероприятий изготовление теплового насоса своими руками подошло к концу.

Совет!
Для того чтобы изготовить оборудование своими руками требуются глубокие познания в физике. Если вы ознакомились с устройством и принципом работы только на основе одной статьи, то не рискуйте, так как разгерметизация прибора может привести к тяжелым травмам.

Область применения этих климатических аппаратов очень велика. На сегодняшний день это один из самых экономически выгодных, экологически чистых и безопасных способов организации отопления в жилых, административных и производственных помещениях.