Повітряний тепловий насос: геніальний винахід або холодильник навпаки

1. Основні вузли і компоненти
2. Як це працює
3. Галузь застосування
4. Як розрахувати потужність обладнання
5. Виготовляємо апарат своїми руками

Кожна будівля обладнана системою вентиляції, саме вона рятує саму споруду і мешканців від таких небажаних явищ як підвищена вологість і застій повітря. Підвищена вологість впливає на конструкцію будівлі, перекриття та оздоблювальні матеріали, які при поганій вентиляції піддаються руйнівному впливу корозії.

Але вентиляційна система, без відповідного сучасного обладнання, викидає в повітря тисячі кілокалорій тепла з наших приміщень, збільшуючи витрати на опалення житла в холодну пору року. Утилізувати тепло можна застосовуючи сучасні методи та обладнання, яке допоможе не тільки зберегти викидається в навколишній простір дорогоцінне тепло, а й примножити, отримуючи його назад у вигляді гарячого водопостачання, що надходить теплого припливного повітря з вентиляції або теплих радіаторів опалення.

Для того щоб ефективно утилізувати тепло, яка покидає квартири через вентиляційні отвори, було придумано пристрій, під назвою тепловий насос. Він дозволяє перенести низькотемпературну теплову енергію з повітря, що викидається вентиляційною системою, до системи споживання, але вже з більш високою температурою. Як споживача використовується система опалення або гарячого водопостачання.

Основні вузли і компоненти

Таке обладнання, складається з найважливіших компонентів, без яких неможлива його робота:

1. Замкнутого контуру, по якому циркулює фреон.
2. Випарного теплообмінника.
3. Конденсаторного теплообмінника.
4. Розширювального клапана або дросселирующего пристрою.
5. Компресора.

Саме з таких пристроїв полягає практично будь-який холодильник, побутової або промисловий кондиціонер і спліт-система. Тільки в кондиціонері, зовнішній блок обігріває навколишнє повітря, а в повітряному тепловому насосі - систему опалення будинку або входять повітряні потоки.

Як це працює

Принцип дії теплового насоса заснований на циклі Карно, який більшість з нас вивчали в середній школі на уроках фізики. Розглянемо узагальнену схему приладу.

• Система являє собою замкнутий трубопровід, в якому знаходиться фреон. Контур оснащений компресором, що приводить в рух газ, і розширювальним клапаном. Цей пристрій призначений для створення високого тиску фреону. При цьому вступає в силу найважливіший фізичний закон - при стисканні газ нагрівається, а при зниженні тиску остигає.
• На ділянці виходу фреону з компресора, газ стиснутий і завдяки чому має високу температуру, а проходячи через розширювальний клапан, відбувається різка втрата тиску і газ втрачає свою температуру. У замкнутому фреонової контурі, крім компресора і клапана є ще і два теплообмінника. Один знаходиться відразу після компресора в системі високого тиску газу, а другий встановлюється після дросселирующего пристрою.
• Протікаючи по теплообміннику, фреон віддає частину свого теплової енергії теплообміннику системи опалення, після чого газ охолоджується і поглинає тепло повітря, що протікає по системі вентиляції. Принцип роботи теплового насоса дуже нагадує принцип роботи холодильника.
• Як опалювальні прилади можуть виступати радіатори опалення, фанкойли, теплі підлоги. Такий пристрій називається повітря - вода.

Замість опалювального контуру може виступати припливна вентиляція, що надходить повітря буде нагріватися від конденсаторного теплообмінника. Пристрій, який буде працювати за такою схемою, називається тепловий насос повітря-повітря.

Галузь застосування

Основне системи це опалення, причому як квартир і приватних будинків, так і промислових приміщень. Але тепловий насос не тільки обігріває приміщення, він може їх і охолоджувати, економлячи при цьому кошти на кондиціонуванні. Для цього буде потрібно лише підключити замість радіаторів опалення фанкойли.

В Європі, такий вид утилізації тепла досить давно користується популярністю. Багато власників житла по достоїнству оцінили економію коштів від використання теплових насосів для опалення та гарячого водопостачання своїх осель. Варто лише уявити, що на опалення приватного будинку площею близько 100 м.кв. витрачатиметься менше 2 кВт електроенергії, а це менше ніж споживає звичайний електрочайник. Крім приватних будинків, теплові насоси застосовуються:

• Для опалення та кондиціонування офісних приміщень. Якщо площа приміщення понад 1500 м.кв, то використовується принцип каскадного підключення декількох теплових насосів.
• Для створення комфортного мікроклімату в складських приміщеннях тепловий насос витратить в 10 разів менше енергії, ніж при електричному опаленні.
• Для обігріву води в басейнах.
• Для опалення теплиць і парників.

Багато прихильників застосування теплових насосів заявляють, що ККД системи більш 100%, при цьому наводять як приклад, що на 1 кВт витраченої енергії, цей пристрій віддає 2,5 кВт теплової потужності в приміщення, називаючи отриманий ефект «енергетичним дивом». Розрахунки вірні, але ті, хто заявляє про чудеса, плутають ККД з тепловим коефіцієнтом. Насправді, коефіцієнт корисної дії пристрою дорівнює 46%. Але і такі показники набагато вище, ніж у електричного або пічного опалення.

Як розрахувати потужність обладнання

Порада:
З огляду на те, що тепловий насос є досить дорогим обладнанням, то правильний розрахунок потужності дозволить значно скоротити витрати, пов'язані з його придбанням, монтажем і подальшою експлуатацією. У зв'язку з цим всі розрахунки найкраще довірити професіоналам.

Для того, щоб самостійно здійснити розрахунок теплового насоса, потрібно визначити всі тепловтрати по кожному приміщенню. Основні втрати тепла відбуваються:

• Через різницю температур між приміщенням і вулицею через стіни.
• Через природні нещільності у вікнах і дверях.
• Через вентиляційну систему.

Щоб не втомлювати вас складними обчисленнями і непотрібними розрахунками, в середньому, тепловтрати житлового приміщення складають від 60 до 100 Вт. Як приклад можна взяти невеликий приватний будинок, загальна площа приміщень якого буде дорівнює 150 м.кв. Тоді при тепловтратах в 60 Вт на їх покриття потрібно потужність апарату в 9 кВт. Але потрібно сюди додати близько 700 Вт на обігрів води в системі опалення. У підсумку виходить, що на котедж, загальною площею в 150 м.кв. буде потрібно пристрій, потужністю 9,7 кВт.

Виготовляємо апарат своїми руками

Прочитавши цю статтю багато вже вирішивши для себе «прикупити з нагоди» тепловий насос і звести до нуля свої витрати на опалення і кондиціонування, з подивом виявили, що вартість цього обладнання як мінімум шестизначна. Саме тому ті, хто після такої інформації не втратив інтересу і намагаються зробити такий прилад самостійно.

Для виготовлення вам знадобляться основні вузли, що включають в себе:

1. Компресор для теплового насоса.
2. Випарний теплообмінник.
3. Конденсаторний теплообмінник.
4. Дроселює.
5. Мідний трубопровід.

Перш за все, слід вибрати розташування компресора і сам пристрій. Його найкраще взяти від кондиціонера. Компресор за допомогою кронштейнів потрібно зафіксувати на стіні.

1. Слід виготовити конденсаторний теплообмінник. Для його виготовлення потрібно бак, виготовлений з нержавіючої сталі. Обсяг бака приблизно 100-130л. У нього слід вставити змійовик і заварити горловину. Виходи змійовика вивести з бака за допомогою різьбових з'єднань. Хто хоч раз виготовляв самостійно змійовик для самогонного апарату, тому буде простіше, конструкція практично однакова.

2. На готовий конденсатор потрібно намотати мідну трубу і ретельно її зафіксувати. Кінці труби вивести за допомогою сгонов.

   Важливо!
   Висновки внутрішнього змійовика (для фреону) слід робити: вхід у верхній частині конденсатора, а вихід в нижній, для запобігання утворення повітряних пробок.

3. Як випарника підійде пластикова бочка на 100 л. Її необхідно закріпити на стіні за допомогою кронштейнів.
4. Дроселює слід придбати з урахуванням особливостей конструкції і діаметрів трубопроводу.
5. Як сполучні труб для підводу води можна використовувати звичайні сантехнічні труби ПВХ з ущільнювачами.
6. Пайка фреонового контуру і заправка його газом повинна здійснюватися професіоналами.

Після проведення всіх заходів виготовлення теплового насоса своїми руками підійшло до кінця.

Порада!
Для того щоб виготовити обладнання своїми руками потрібні глибокі пізнання у фізиці. Якщо ви ознайомилися з пристроєм і принципом роботи тільки на основі однієї статті, то не ризикуйте, так як розгерметизація приладу може привести до важких травм.

Область застосування цих кліматичних апаратів дуже велика. На сьогоднішній день це один з найбільш економічно вигідних, екологічно чистих і безпечних способів організації опалення в житлових, адміністративних і виробничих приміщеннях.