Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки

Насколько выгодно использование теплового насоса?

Теоретически у любого человека есть большой выбор источников энергии. Помимо природного газа, электричества, угля, это еще и ветер, солнце, разница температур земли и воздуха, земли и воды.

На практике выбор ограничен, т.к. все упирается в стоимость оборудования и его обслуживания, а также стабильность работы и сроки окупаемости установок.

Каждый из источников энергии имеет как достоинства, так и серьезные недостатки, ограничивающие его использование.

Установка отопительной системы с теплонасосом – это выгодно с точки зрения удобства эксплуатации. Во время работы оборудования нет шума, посторонних запахов, не требуется установка дымоходов или других вспомогательных конструкций.

Система энергозависима, но для работы теплового насоса нужно минимальное количество электричества.

Самодельный тепловой насос

Теплонасос – хорошая альтернатива привычным отопительным системам. Чтобы сократить начальные расходы на оборудование, можно его собрать своими руками

Сами тепловые установки чрезвычайно экономичны и не требуют особых затрат на обслуживание, но их первоначальная стоимость очень высока.

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки

Далеко не каждый владелец дома или дачи может позволить себе покупку такого дорогого оборудования. Если собрать его самостоятельно и использовать детали от старого холодильника, можно существенно сэкономить.

Воздушный теплонасос промышленного изготовления

Тепловые насосы промышленного производства дороги. Считается, что их установка окупается в среднем за 5-7 лет работы, однако этот срок зависит от начальной цены конструкции и может быть гораздо большим

Самодельные установки обходятся буквально в копейки, а их использование позволяет заметно экономить.

Единственный нюанс: производительность самоделок невысока, и они не могут быть полноценной заменой традиционным системам отопления. Поэтому их часто используют как дополнительные или альтернативные варианты отопления.

Что такое тепловой насос и как он работает?

Под термином тепловой насос понимается набор определенного оборудования. Основной функцией этого оборудования является сбор тепловой энергии и ее транспортировка к потребителю. Источником такой энергии может стать любое тело или среда, обладающая температурой от 1º и более градусов.

В окружающей нас среде источников низкотемпературного тепла более чем достаточно. Это промышленные отходы предприятий, тепловых и атомных электростанций, канализационные стоки и пр. Для работы тепловых насосов в сфере отопления дома нужны три самостоятельно восстанавливающихся природных источника – воздух, вода, земля.

Источники для работы теплового насоса

Тепловые насосы “черпают” энергию из процессов, регулярно происходящих в окружающей среде. Течение процессов никогда не прекращается, потому источники признаны неисчерпаемыми по человеческим критериям

Три перечисленных потенциальных поставщика энергии напрямую связаны с энергией солнца, которое путем нагревания приводит в движение воздух с ветром и сообщает тепловую энергию земле. Именно выбор источника является основными критерием, согласно которому классифицируют тепловые насосные системы.

Принцип действия тепловых насосов базируется на способности тел или сред передавать тепловую энергию другому телу или среде. Получатели и поставщики энергии в тепловых насосных системах работают обычно в паре.

Так различают следующие виды тепловых насосов:

  • Воздух – вода.
  • Земля – вода.
  • Вода – воздух.
  • Вода – вода.
  • Земля – воздух.
  • Вода – вода
  • Воздух – воздух.

При этом первое слово определяет тип среды, у которой система отбирает низкотемпературное тепло. Второе указывает на вид носителя, которому и передается эта тепловая энергия. Так, в тепловых насосах вода – вода, тепло отбирается у водной среды и в качестве теплоносителя используется жидкость.

Общий для всех тепловых насосов принцип работы

Тепловые насосы по конструктивному типу являются парокомпрессионными установками. Они извлекают тепло из природных источников, обрабатывают и транспортируют его к потребителям ( )

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки

Современные тепловые насосы используют три основных источника тепловой энергии. Это – грунт, вода и воздушная среда. Самый простой из этих вариантов – воздушный тепловой насос. Популярность таких систем связана с их довольно несложной конструкцией и простотой монтажа.

Однако несмотря на такую популярность, эти разновидности имеют довольно низкую производительность. К тому же КПД нестабилен и зависим сезонных колебаний температурного режима.

С понижением температуры их производительность значительно падает. Такие варианты тепловых насосов можно рассматривать как дополнение к имеющемуся основному источнику тепловой энергии.

Варианты оборудования, использующего тепло грунта, считаются более эффективными. Грунт получает и аккумулирует тепловую энергию не только от Солнца, он постоянно подогревается за счет энергии земного ядра.

То есть грунт является своеобразным тепловым аккумулятором, мощность которого, практически, не ограничена. Причем температура грунта, особенно на некоторой глубине, постоянна и колеблется в незначительных пределах.

Постоянство температуры источника является важным фактором стабильной и эффективной работы данного вида энергетического оборудования. Аналогичными характеристиками обладают системы, в которых водная среда является основным источником тепловой энергии. Коллектор таких насосов располагают либо в скважине, где он оказывается в водоносном слое, либо в водоеме.

Среднегодовая температура таких источников, как грунт и вода, варьируется от 7º до 12º С. Такой температуры вполне достаточно для того, чтобы обеспечить эффективную работу системы.

Принцип работы и производительность теплового насоса

Наиболее эффективными считаются тепловые насосы, извлекающие тепловую энергию из источников со стабильными температурными показателями, т.е. из воды и грунта

Основной принцип работы установки Френетта

К преимуществам систем обогрева с тепловыми насосами относят такие:

  1. Экономическая эффективность. При затратах 1 кВт электрической энергии можно получить 3-4 кВт тепловой. Это усредненные показатели, т.к. коэффициент преобразования тепла зависит от типа оборудования и особенностей конструкции.
  2. Экологическая безопасность. При работе тепловой установки в окружающую среду не попадают продукты сгорания или другие потенциально опасные вещества. Оборудование озонобезопасно. Его применение позволяет получить тепло без малейшего вреда для экологии.
  3. Универсальность применения. При установке систем отопления, работающих от традиционных источников энергии, владелец дома попадает в зависимость от монополистов. Солнечные батареи и ветрогенераторы не всегда рентабельны. Зато тепловые насосы можно устанавливать где угодно. Главное – правильно выбрать тип системы.
  4. Многофункциональность. В холодное время года установки отапливают дом, а в летнюю жару способны работать в режиме кондиционеров. Оборудование применяют в системах ГВС, подключают к контурам теплых полов.
  5. Безопасность эксплуатации. Теплонасосам не требуется топливо, при их работе не выделяются токсичные вещества, а предельная температура узлов оборудования не превышает 90 градусов. Эти отопительные системы не опаснее холодильников.
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Мелкозаглубленный ленточный фундамент для каркасного дома пошаговая инструкция и технология монтажа своими руками

Идеальных приборов не существует. Тепловые насосы надежны, долговечны и безопасны, но их стоимость напрямую зависит от мощности.

Качественное оборудование для полноценного обогрева и горячего водоснабжения дома 80 м.кв. обойдется примерно в 8000-10000 евро. Самоделки маломощны, их можно использовать для отопления отдельных комнат или подсобных помещений.

Схема отопительной системы с теплонасосом

Эффективность установки зависит от теплопотерь дома. Оборудование имеет смысл устанавливать только в тех зданиях, где обеспечен высокий уровень изоляции, а показатели теплопотерь не выше 100 Вт/м.кв.

Теплонасосы способны прослужить 30 лет и более. Особенно рентабельно их применение для ГВС, а также в комбинированных отопительных системах, включающих теплые полы.

Оборудование надежно и редко ломается. Если оно самодельное, то важно подобрать качественный компрессор, лучше всего – от холодильника или кондиционера проверенной марки.

Прежде чем разобраться со способами, как можно сделать тепловой насос из холодильника, следует определиться с источником тепла и схемой работы прибора. Помимо компрессора холодильника потребуются другие узлы. Также придется докупать или арендовать некоторые инструменты.

Самодельный теплонасос из холодильника

Такую самоделку можно подключить к теплому полу, системе ГВС или к водяному отоплению, если используются низкотемпературные радиаторы

Даже если придется покупать компрессор и другие узлы, самодельная установка обойдется гораздо дешевле, чем готовое оборудование промышленного изготовления.

Источник энергии должен быть расположен под землей. Для установки теплонасоса придется пробурить скважину или хотя бы вырыть траншею на глубину, где температура грунта не бывает ниже 5 градусов. Также можно использовать водоемы естественного или искусственного происхождения.

Подробная схема теплонасоса из холодильника

Предложенная схема подходит для любого источника тепла. Чтобы собрать самоделку, следует адаптировать саму схему к условиям эксплуатации будущего оборудования и разработать чертеж

Независимо от источника тепла конструкции теплонасосов схожи, поэтому подойдет почти любая схема, которую можно найти в сети.

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки

После ее выбора следует подготовить подробные чертежи, где будут указаны точные размеры, расстояния и точки подключения узлов установки.

Схема: принцип работы теплонасоса из холодильника

Чтобы сделать теплонасос, придется разобрать холодильник и извлечь компрессор. Это главный элемент конструкции. Он будет прокачивать воду и фреон по проложенному трубопроводу, обеспечивая работу отопления

Хотя расчеты мощности установки затруднены, можно ориентироваться на средние показатели. Так, для дома с повышенными показателями теплоэффективности нужна система отопления мощностью 25 Вт/м.кв. Это идеальный вариант, если теплопотери минимальны.

Для хорошо утепленного дома этот показатель составляет 45 Вт/м.кв., а для здания с относительно большими теплопотерями – 70 Вт/м.кв.

Компрессор можно снять со старого холодильника. Если он неисправен, лучше купить новый. Не стоит ремонтировать: это нерентабельно, а работоспособность самоделки будет под вопросом.

Для сборки конструкции также потребуется терморегулирующий клапан. Желательно, чтобы все комплектующие были от одной системы и легко совмещались.

Компрессор от старого холодильника

Это основная деталь холодильника. Задача узла – перекачивать по трубкам хладагент, который забирает из тепло рабочей части. Для самодельного теплонасоса лучше брать малошумный компрессор

Для монтажа теплонасоса понадобятся 30-сантиметровые L-образные кронштейны.

Также придется докупить некоторые детали:

  • качественную герметичную емкость из нержавеющей стали объемом 120 л;
  • большой пластиковый бак объемом 90 л;
  • 3 медные трубы различных диаметров;
  • полимерные (лучше всего металлопластиковые) трубы.

Для сборки системы потребуется стандартный набор инструментов, а для резки и соединения металлических деталей – болгарка и сварочный аппарат.

Компрессор устанавливают на стену с помощью кронштейнов, после чего приступают к изготовлению конденсатора. Для этого металлический бак разрезают болгаркой пополам. В одну часть устанавливают медный змеевик, после чего емкость сваривают и подготавливают в ней резьбовые отверстия.

Процесс изготовления теплообменника из бака

Теплообменник для теплонасоса практически не отличается от такого же узла, который изготавливают для банной печи. Лучше всего подойдет емкость из нержавеющей стали толщиной 2,5 мм

Для изготовления теплообменника на 120-литровый стальной бак наматывают длинную медную трубу, закрепляя концы витков рейками. К выводам подсоединяют сантехнические переходы.

На пластиковый бак тоже крепят змеевик и используют в качестве испарителя. Он не перегревается, поэтому необязательно брать металлическую емкость. Готовый испаритель крепят к стене с помощью кронштейнов.

Сборка и монтаж конструкции

При выборе компрессора и испарителя следует делать расчет мощности с запасом 20%, иначе мощность готовой отопительной системы будет ниже желаемой

Когда основные узлы подготовлены, подбирают подходящий терморегулирующий клапан, собирают конструкцию и закачивают в систему фреон марки R-22 или R-422. Если нет соответствующих навыков, имеет смысл пригласить специалиста, т.к. процедура небезопасна.

Тип заборного устройства и особенности подключения к нему теплонасоса зависят от схемы:

  • «Вода-земля». Коллектор устанавливают ниже уровня промерзания почвы. Трубы системы должны располагаться на той же глубине.
  • «Вода-воздух». Системы этого типа монтировать относительно просто, т.к. не требуются земляные работы. Для установки коллектора подойдет удобное место возле дома или на крыше.
  • «Вода-вода». Конструкцию коллектора собирают из полимерных труб, а затем опускают в центр водоема.

Возможна установка комбинированной (бивалентной) отопительной системы. В этом случае теплонасос подключают параллельно с электрическим котлом. Он выполняет функцию дополнительного отопления.

Установка бивалентной отопительной системы позволяет добиться оптимальной температуры в доме даже при сильных морозах, а ее энергопотребление будет минимальным.

Подключение системы «вода-земля»

В процессе сборки, монтажа и подключения теплового насоса нужно внимательно следить за качеством сварных швов, стыков и соединений. Система должна быть абсолютно герметичной

Из школьного курса физики известно о том, что сила трения между различными веществами способна привести к их разогреву до достаточно высоких температур. Именно эта особенность и была положена изобретателем Евгением Френеттом в основу созданного им теплового устройства.

Высокопрочная крыльчатка теплового насоса Френетта

Применяемые сегодня тепловые насосы Френетта претерпели множество изменений, конструкция устройства была значительно модифицирована и усовершенствована, но основной принцип функционирования остался прежним.

Насос данного типа представляет собой два сосуда, помещенных один внутрь другого, при этом пространство между ними заполняется техническим маслом.

Внутренний цилиндр подсоединяется к валу электродвигателя, вращающемуся с большой скоростью.

Благодаря этому под воздействием сил трения между поверхностями цилиндров и теплоносителем (маслом) происходит его разогрев до достаточно высоких температур.

Полученная тепловая энергия передается на традиционный радиатор отопления (масло поступает к нему по системам трубопроводов) или используется для нагрева воздуха, из которого при помощи встроенное крыльчатки формируются тепловые потоки.

По словам производителей, принцип действия теплового насоса Френетта позволяет получить устройство, КПД которого достигает 1000%, конечно поверить в это сложно (опять же исходя обычных школьных знаний физики) но стоит признать то, что эффективность конструкции достаточно высока.

В первую очередь стоит отметить тот факт, что в качестве теплоносителя стоит применять именно масло, которое имеет большую (по сравнению с водой) температуру кипения.

Конечно, имеются и водяные модификации насосов, но они имеют более сложную конструкцию.

Это связано с тем, что получаемой в результате трения энергии хватает для перехода воды в парообразное состояние, в результате чего создается избыточное давление в системе, что приводит к необходимости повышения надежности всех узлов конструкции.

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки

Модель теплового насоса Френетта

  • Насосы с горизонтальным расположением рабочих цилиндров (барабанов) имеют небольшие габаритные размеры. Существуют модели, в которых роль внутреннего цилиндра играет вал электродвигателя, что позволяет существенно упростить конструкцию. Но при этом стоит особое внимание уделить уплотнению всех узлов при помощи сальников, резиновых манжет и других подобных элементов, протекание теплоносителя не допускается. Такой насос Френетта обеспечивает нагрев масла и подачу его в традиционный радиатор отопления.
  • Устройство, способное работать с повышенной эффективностью, представляет собой конструкцию из двух рабочих барабанов и крыльчатки. Центробежная сила, возникающая при раскручивании жидкости крыльчаткой, приводит к выбросу масла в минимальный зазор между поверхностями цилиндров. При этом количество выделяемой под действием сил трения тепловой энергии существенно увеличивается. Такая конструкция так же подключается к бытовым радиаторам отопления.
  • Промышленная установка, работающая по принципу насоса Френетта, в которой в качестве теплоносителя используется вода, способна работать без внешнего питающего устройства. Помните о том, что создать такую установку в домашних условиях практически невозможно, она представляет интерес только в промышленных масштабах.

Типы теплонасосов для отопления дома

Различают компрессионные и абсорбционные теплонасосы. Установки первого типа наиболее распространены, и именно такой тепловой насос можно собрать из холодильника или старого кондиционера, использовав готовый компрессор.

Также потребуются расширитель, испаритель, конденсатор. Для работы абсорбционных установок необходим абсорбент-хладон.

Самодельный теплонасос из кондиционера

Теплонасосы чаще всего собирают из узлов кондиционеров и холодильников. Такие конструкции кустарного производства просты, эффективны, а при наличии у мастера навыков подобной работы их можно сделать буквально за несколько дней

По виду источника тепла установки бывают воздушными, геотермальными, а также использующими вторичное тепло (например, сточных вод и т.п.).

Система может быть эффективной только в том случае, если потребляет меньше энергии, чем отдает. Эту разницу называют коэффициентом преобразования. Он зависит от многих факторов, но наиболее значимый – температура теплоносителя входного и выходного контуров. Чем больше разница, тем лучше работает система.

Надежных формул расчета производительности теплонасосов нет, т.к. их работа зависит от многих факторов.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Можно ли сделать контур отопления единым сразу на два этажа

При самостоятельной сборке тепловой установки нельзя ожидать, что она будет настолько же эффективной, как оборудование промышленного производства, но ее вполне хватит для создания экономичной дополнительной системы отопления.

Тепловой насос своими руками изготовить вполне реально, однако для этого необходимо найти хороший компрессор.

В качестве конденсатора можно использовать бак из нержавейки, ориентировочно на 100 литров. А для контура, по которому будет циркулировать теплообменник, отлично подойдут тонкие медные сантехнические трубки.

Тепловой насос своими руками – этапы изготовления:

  1. С помощью уголка, либо L-образных кронштейнов крепим компрессор к стене в том месте, где будет размещаться тепловой насос.
  2. Далее, из медных трубок делаем змеевик – обматываем их вокруг цилиндра подходящей формы. Следите за тем, чтобы шаг намотки по всем змеевику был идентичен.
  3. Бак разрезается на две части, внутрь вставляется змеевик, после чего бак сваривается обратно. При этом в нём создается несколько резьбовых входных отверстий – сверху и снизу, через которые наружу выводятся крайние трубки змеевика.
  4. В качестве испарителя используем обычную пластиковую бочку, в которую заводятся трубы внутреннего контура (либо любую другую емкость, объем которой идентичен конденсаторному баку).
  5. Для транспортировки прогретой воды используются обычные ПВХ трубы.
    Обмотка для самодельного теплового насоса из стали

    Обмотка для самодельного теплового насоса из стали

Для заправки системы фреоном рекомендуется обратиться к специалисту.

Чтобы сделать тепловой насос Френетта своими руками нам необходимо обзавестись такими материалами:

  • Стальной цилиндр (диаметр выбирайте исходя из мощности насоса, которая необходима вам для отопления: чем больше рабочая поверхность – тем более эффективным будет устройство);
  • Стальные диски, с диаметром на 5-10% меньше, чем диаметр цилиндра;
  • Электродвигатель (лучше всего изначально подбирать привод с удлиненным валом, так как на него будут устанавливаться диски);
  • Теплообменник – любое техническое масло.

От количества оборотов, которое может выдать двигатель, будет зависеть температура, до которой насос Френетта сможет прогреть воду для отопления дома, либо бассейна. Чтобы вода в радиаторах прогрелась до 100 градусов необходимо, чтобы привод обеспечивал 7500—8000 оборотов/мин.

Вал силового агрегата на подшипниках размещаем внутри стального цилиндра. Место, где вал входит в цилиндр должно быть надежно уплотнено, поскольку наличие даже малейших вибраций быстро выводит механизм из строя.

На вал двигателя монтируются рабочие диски. Необходимое расстояние между ними можно задать, накручивая после каждого диска гайки. Количество дисков определяется в зависимости от длины цилиндра – они должны равномерно заполнять весь его объем.

В верхней и нижней части цилиндра просверливаем два отверстия: к верхнему будет подведены отопительные трубы, в которые будет подаваться масло, а к нижнему отверстию подсоединяется обратная труба для возврата использованного масла с радиаторов.

Вся конструкция закрепляется на металлической раме. После того как агрегат собран, цилиндр заполняется маслом, к нему подключаются патрубки отопительной магистрали и выполняется герметизация соединений.

Тепловой насос, созданный на производстве

Тепловой насос, созданный на производстве

Тепловой насос Френетта обладает очень высоким КПД, что позволяет его эффективно использовать в любых отопительных системах. Он может использоваться для обогрева любых хозяйственных помещений, гаражей, и жилых зданий. Кроме этого, за счет компактных размеров такой самодельный насос отлично подходит для прогрева бассейна, либо «теплого пола».

Но помните, что при прогреве бассейна и других крупных емкостей с водой необходим насос достаточной мощности, иначе вы просто будете использовать его не по назначению, и желаемых результатов не получите.к меню ↑

Особенности монтажа тепловых насосов зависят, в первую очередь, от способа размещения внешнего контура.

  1. Геотермальные тепловые насосы. Для вертикального способа монтажа создаются скважины глубиной от 50 до 100 метров, в которые опускается специальный зонд. Для горизонтальной укладки создается траншея на ту же длину либо котлован, в котором трубы укладываются параллельно друг другу. Трубы закладываются в грунт на глубину полутора метров.
  2. Насосы вода-вода: внешний контур укладывается на дне водоема, и выводятся к тепловому насосу.
  3. Воздух-вода: блок с трубами внешнего контура устанавливается на крыше или на стене здания (по внешнему виду его трудно отличить от наружной коробки кондиционера), и подводится к тепловому насосу внутри помещения.

к меню ↑

Данное изделие становится на российском рынке всё более востребованным, благодаря присущим ему высочайшим эксплуатационным характеристикам. Единственным ограничением увеличения объёмов продаж в настоящее время является высокая стоимость изделия.

Изобретённое американским инженером, и получившее в последующем его имя, тепловой насос Френетта, устройство произвело настоящую революцию в семействе тепловырабатывающего оборудования своим КПД, который составляет почти 1000%.

Основными элементами конструкции указанного насоса являются:

  • Статор (неподвижный цилиндр);
  • Ротор (подвижный цилиндр);
  • Вал;
  • Электровентилятор.

Роль первых двух элементов выполняют цилиндры. Причём ротор вставлен, внутрь статора. Последний заполняется маслом, нагревающимся в результате трения, возникающего при вращении ротора.

Движение внутреннего цилиндра осуществляется валом, с закреплённой на его противоположном конце крыльчаткой вентилятора. Именно он передаёт нагревшийся воздух для обогрева комнаты.

В дальнейшем схема теплового насоса Френетта была неоднократно усовершенствована.

Самое главное из них заключается в замене цилиндрического ротора несколькими дисками из стали и отказ от вентилятора.

Эффективность работы указанной модели насоса и его КПД обеспечиваются:

  • Отсутствием теплообменника;
  • Тем, что теплоноситель перемещается в закрытой системе;
  • Нагревание происходит с выработкой энергии большой мощности;
  • Базовая часть конструкции указанного насоса конусная, что способствует росту температуры и созданию зон вакуума.

Величина производимой устройством энергии, используемой для обогрева комнаты, многократно превосходит затраты потребляемой электроэнергии. Изменение температуры используемого теплоносителя достигается за счёт трансформации энергии.

В настоящее время тепловой насос Френетта представлен на рынке двадцатью различными конструкциями. Ротор вращается в масле, залитом в статор. Принцип работы взят за основу классификации существующих моделей. Согласно указанному критерию они делятся на следующие типы:

  • Абсорбционный. Требует для работы топливо, либо электрическую энергию;
  • Компрессионный. В основу работы положена энергия нашей планеты;
  • Воздушный. Тепло отбирается с использованием воздуха.

Такие изделия, как тепловой насос Френетта, принцип действия имеют единый, а по своему назначению подразделяется на две группы. Первыми обогревают малые помещения и дома. Они именуются частными. Вторые считаются промышленными и работают с использованием энергии фреона или атмосферного воздуха. Есть версии, функционирующие с использованием земли, либо воды.

Наибольшей популярностью у потребителей пользуются в настоящее время насосы следующих типов:

  1. Насосы промышленного типа (теплоноситель – вода). Внешне указанные изделия похожи на гриб. Самостоятельно изготовить подобную конструкцию практически невозможно.
  2. Насосы, обладающие большой эффективностью. Тепловой насос Френетта, схема данной версии конструктивно имеет крыльчатку и пару цилиндров, являющихся рабочими. Раскрученная жидкость под действием сил центробежного характера выбрасывается в стационарный внешний цилиндр. Указанное техническое решение даёт возможность повысить значение присущего изделиям КПД.
  3. Насосы горизонтальные. Имеют цилиндр статора, размещаемый параллельно поверхности грунта. Очень компактные изделия, упрощение которых достигнуто за счёт замены цилиндра – ротора на вал электродвигателя. Все элементы конструкции уплотнены стандартными манжетами и сальниками. Насосы указанных конструкций подогревают залитое масло, после чего подают теплоноситель в отопительные приборы (радиаторы).

Самодельный тепловой насос

Если принято решение сделать тепловой насос Френетта своими руками, то для этого потребуется приобрести:

  • Наружный цилиндр из металла, выполняющий роль статора;
  • Несколько стальных дисков, диаметр которых позволяет разместить их внутри статора;
  • Электродвигатель, имеющий вал удлинённых размеров;
  • Стационарную систему трубопроводов и радиатор.

Изготовление начинается с установки внутри статора на специальных подшипниках вала электродвигателя. Затем узлы крепления уплотняются сальниками и манжетами.

  • Компрессор.
  • Испаритель.
  • Конденсатор.
  • Дроссельный клапан.

Выбор типа теплового насоса

В первую очередь имеется в виду мощность компрессора, глубина скважин для геотермических зондов, либо площадь для размещения горизонтального коллектора. Правильные термодинамические расчеты являются своеобразной гарантией того, что система будет эффективно работать.

Как своими руками сделать тепловой насос вода-вода

При наличии рядом с личным участком водоема наиболее рентабельным и производительным выбором станет тепловой насос вода-вода

Для начала следует изучить участок, который планируется для монтажа насоса. Идеальным условием будет наличие на этом участке водоема. Использование варианта типа вода-вода значительно сократит объем земляных работ.

Использование тепла земли напротив предполагает большое количество работ, связанных с выемкой грунта. Системы, которые в качестве низкопотенциального тепла используют водную среду, считаются наиболее эффективными.

Коллектор теплового насоса земля-вода

Устройство теплового насоса, извлекающего тепловую энергию из грунта, предполагает проведение внушительного количества земляных работ. Закладывается коллектор ниже уровня сезонного промерзания

Использовать тепловую энергию грунта можно двумя способами. Первый предполагает бурение скважин диаметром 100-168 мм. Глубина таких скважин, в зависимости от параметров системы, может достигать 100 м и более.

В эти скважины помещают специальные зонды. При втором способе используется коллектор из труб. Такой коллектор размещается под землей в горизонтальной плоскости. Для этого варианта необходимо достаточно большая площадь.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ:  Авр: что это такое, расшифровка, устройство, варианты схем авр

Для укладки коллектора идеальными считаются участки с влажным грунтом. Естественно, бурение скважин обойдется дороже, нежели горизонтальное расположение коллектора. Однако не на каждом участке есть свободные площади. На один кВт мощности теплового насоса нужно от 30 до 50м² площади.

Конструкция теплового насоса земля вода

Сооружение для забора тепловой энергии одной глубокой скважиной может оказаться немногим дешевле рытья котлована. Но веский плюс заключается в существенной экономии места, что важно для владельцев небольших участков

В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах.

Отбор тепловой энергии в таких системах путем перекачивания грунтовой воды по замкнутому контуру, части которого расположены в скважинах. Такая система нуждается в установке фильтра и периодической чистке теплообменника.

Самая простая и дешевая схема теплового насоса основана на извлечении тепловой энергии из воздуха. Некогда она стала базой для устройства холодильников, позже согласно ее принципам разработаны были кондиционеры.

Какой тепловой насос проще соорудить своими руками

Самая простая тепловая насосная система получает энергию из воздушной массы. Летом она участвует в отоплении, зимой в кондиционировании. Минус системы в том, что в самостоятельном исполнении агрегат с недостаточной мощностью

Эффективность различных типов данного оборудования не одинакова. Наименьшими показателями обладают насосы, использующие воздушную среду. К тому же эти показатели напрямую зависят от погодных условий.

Грунтовые разновидности тепловых насосов имеют стабильные показатели. Коэффициент эффективности данных систем варьируется в пределах 2,8 -3,3. Наибольшей эффективность обладают системы вода-вода. Это связано, в первую очередь, со стабильностью температуры источника.

Надо заметить, что чем глубже расположен в водоеме коллектор насоса, тем стабильнее будет температура. Для получения мощности системы в 10КВт, необходимо около 300 метров трубопровода.

Тепловой насос Френетта: теплогенератор своими руками чертежи, разоблачение, принцип действия, самодельный

Основным параметром, характеризующим эффективность работы теплового насоса, считается его коэффициент преобразования. Чем выше коэффициент преобразования, тем эффективнее считается тепловой насос.

КПД теплового насоса для отопления дома

Коэффициент преобразования теплового насоса выражается через отношение показателей теплового потока и электрической мощности, затраченной на работу компрессора

Пошаговая инструкция по изготовлению оборудования

В последние несколько лет активно обсуждается конструкция американского изобретателя Eugene Frenette, который в 1977 оформил патент на тепловой насос.

Как утверждают многие интернет-издания, КПД этой чудо машины может достигать 1000%, но так ли это в действительности? Прежде, чем опровергнуть или доказать это, необходимо разобраться в особенностях конструкции теплового насоса Френетта.

Согласно информации из патента № US 4143639 A, выданного 22 августа 1977, в основе работы тепловой установки лежит практическое применение повышения температуры жидкости при ее интенсивном движении.

Конструкция состоит из 2-х цилиндров, установленных друг в друга. Меньший из них находится на валу, который проходит через всю конструкцию и имеет привод к двигателю.

Он также заполнен маслом, которое при вращении нагревается о стенки цилиндра. С помощью конвекции воздуха, проходящего через прослойку между цилиндрами передается тепловая энергия.

Вентилятор обеспечивает быстрый отток нагретых воздушных масс в помещение.

Судя по сообщениям в прессе, изобретатель неоднократно совершенствовал свою конструкцию. Самый распространенный и известный вариант показан на рисунке.

В новой конструкции был убран вентилятор и внутренний цилиндр. Вместо него на ось установлены стальные диски, которые многократно увеличивают площадь контакта с жидкостью.

Путем вращения достигается эффект нагрева масла, которое из-за возникшего вихревого потока начинает поступать в верхний патрубок и дальше по системе отопления.

Основные элементы эффективности работы данной системы:

  • Закрытая циркуляция теплоносителя.
  • Отсутствие теплообменника как такового.
  • Энергия нагрева превышает в 10 раз мощность приводного двигателя, т.е. КПД – 1000%.

В качестве доказательства приводится совместная работа хабаровских ученых, которые долгие годы совершенствовали конструкцию теплового насоса Френетта.

В качестве основной емкости взята коническая конструкция, внутри которой располагаются диски. При их вращении жидкость начинает стремительное передвижение через отверстия, в результате чего создаются вакуумные зоны. Причем значение температуры в локальных граничных областях может достигать 10000°С.

Обороты двигателя/мин Описание состоянии жидкости
7600-8000 Вода нагревается до 100°С
8000-10000 Образование пара
10000-13000 Парообразование с температурой 450°С
15000 и выше Разложение воды на составляющие элементы (кислород и водород) с понижением температуры до -60°С

Звучит очень заманчиво. Тем более, что в сети Интернет можно найти как минимум 1 видеоролик, демонстрирующий рабочую модель теплового насоса Френетта, сделанного своими руками (смотрите в конце статьи).

При более тщательном анализе предложенных схем возникает целый ряд вопросов, на которые ответа найти невозможно.

Это является фундаментальной основой при проведении научных и исследовательских работ. В данном случае оперируют лишь показателем КПД, который равен отношению полученной энергии к затраченной. Причем ни одна величина, ни другая не представлена в цифровом отображении.

Мощность двигателя

При увеличении площади контакта жидкости с дисками возрастает коэффициент сопротивления, что требует большей энергии для вращения вала. При средних оборотах стандартных электродвигателей 1000-1500 достичь эффекта нагрева воды без увеличения потребляемой энергии невозможно.

Для третей схемы установки необходимая частота вращения вала должна быть не меньше 7000 об/мин. Такие параметры возможны лишь для специальных установок, которые изготавливаются под заказ. Финансовая целесообразность их закупки равна нулю.

Описание 3-е модели теплового насоса является лишь частичными выдержками из патента № RU2204089, выданного в ФГУ ФИПС 26 июля 2001г.

В нем упоминается лишь об увеличении эффективности получения горячей воды или пара для коммунальных или промышленных служб. О совершенствовании теплового насоса Френетта не говорится ничего, так же как и о показателях КПД выше 100%.

Интересным становится факт, что данный патент потерял свою силу из-за неуплаты взносов.

Вследствие невозможности проверить на практике эффективность теплового насоса Френетта следует с некоторой долей скептицизма относиться к данному изобретению. И если бы оно было по-настоящему действенно, то мы бы уже давно наблюдали выпуск теплового насоса в промышленных масштабах.

Сборка теплового насоса своими силами

Наиболее простым в сооружении вариантом является система воздух-вода. Она не требует сложных работ по устройству внешнего контура, который присущ водным и грунтовым разновидностям тепловых насосов. Для монтажа понадобятся лишь два канала, по одному из которых будет подаваться воздух, по второму отводиться отработанная масса.

Устройство наружного контура теплового насоса воздух вода

Проще всего своими руками устроить тепловой насос с забором тепла из воздушной массы. Установленный на улице вентилятор нагнетает воздух к испарителю

Кроме вентилятора необходимо обзавестись компрессором нужной мощности. Для такого агрегата вполне подойдет компрессор, которым оснащаются обычные сплит-системы. Необязательно покупать новый агрегат.

Можно снять его со старого оборудования или использовать комплектующие старого холодильника. Желательно применять спиральную разновидность. Эти варианты компрессоров помимо обладания достаточной эффективностью создают высокое давление, обеспечивающее повышение температуры.

Для устройства конденсатора понадобится емкость и медная труба. Из трубы делается змеевик. Для его изготовления используется любое цилиндрическое тело нужного диаметра. Намотав на него медную трубу можно легко и быстро изготовить этот элемент конструкции.

Готовый змеевик монтируется в предварительно разрезанную пополам емкость. Для изготовления емкости лучше использовать материалы, стойкие к коррозионным процессам. После помещения в него змеевика, половинки бака свариваются.

МТ/0,8 РТ,

  • МТ – мощность тепловой энергии, которая выдает система.
  • 0,8 – коэффициент теплопроводности при взаимодействии воды с материалом змеевика.
  • РТ – разница температур воды на входе и на выходе.

Выбирая медную трубу для самостоятельного изготовления змеевика, нужно обратить внимание на толщину стенок. Она должна быть не менее 1 мм. В противном случае при намотке труба будет деформироваться. Трубу, по которой осуществляется вход хладагента, располагают в верхней части емкости.

Теплообменник теплового насоса своими руками

Теплообменник из медной трубки изготавливается путем навивание медной трубки на предмет с цилиндрической формой. Чем больше площадь поверхности змеевика, тем выше производительность насоса

Испаритель теплового насоса можно выполнить в двух вариантах – в виде емкости с находящимся в ней змеевиком и в виде трубы в трубе. Поскольку, температура жидкости в испарителе небольшая, емкость можно выполнить из пластиковой бочки. В эту емкость помещается контур, который выполняется из медной трубы.

Тепловой насос Френетта: теплогенератор своими руками чертежи, разоблачение, принцип действия, самодельный

В отличие от конденсатора, спираль змеевика испарителя должна соответствовать диаметру и высоте выбранной емкости. Второй вариант испарителя: труба в трубе. В таком варианте трубка с хладагентом размещается в пластиковой трубе большего диаметра, по которой циркулирует вода.

Длина такой трубы зависит от планируемой мощности насоса. Она может быть от 25 до 40 метров. Такую трубу сворачивают в спираль.

Терморегулирующий клапан относится к запорно-регулирующей трубопроводной арматуре. В качестве запорного элемента в ТРВ используется игла. Положение запорного элемента клапана обуславливается температурой в испарителе.

Это важный элемент системы имеет довольно сложную конструкцию. В ее состав входят:

  • Термоэлемент.
  • Диафрагма.
  • Капиллярная трубка.
  • Термобаллон.

Эти элементы могут прийти в негодность при высокой температуре. Поэтому во время работ по пайке системы клапан следует изолировать при помощи асбестовой ткани. Регулирующий клапан должен соответствовать производительности испарителя.

Тепловой насос Френетта: теплогенератор своими руками чертежи, разоблачение, принцип действия, самодельный

После проведения работ по изготовлению основных конструкционных частей наступает ответственный момент сборки всей конструкции в единый блок. Наиболее ответственным этапом является процесс закачки хладагента или теплоносителя в систему.

Самостоятельное проведение подобной операции вряд ли по силам простому обывателю. Тут придется обратиться к профессионалам, которые занимаются ремонтом и обслуживанием климатического оборудования.

У работников этой сферы, как правило, имеется необходимое оборудование. Помимо заправки хладагента они могут протестировать работу системы. Самостоятельная закачка хладагента может привести не только к поломке конструкции, но и к тяжелым травмам. Кроме того, для запуска системы так же необходимо специальное оборудование.

При запуске системы происходит пиковая пусковая нагрузка, составляющая, как правило, около 40 А. Поэтому запуск системы без пускового реле невозможен. После первого пуска необходима регулировка клапана и давления хладагента.

К выбору хладагента стоит отнестись со всей серьезностью. Ведь именно это вещество по сути считается основным “переносчиком” полезной тепловой энергии. Из существующих современных хладагентов наибольшей популярностью пользуются фреоны. Это производные углеводородных соединений, в которых часть атомов углерода замещается на другие элементы.

Собранный гидротехнический контур

В результате сборки отдельных элементов теплового насоса должен получиться замкнутый контур, по которому циркулирует рабочая среда

В результате проведения этих работ получилась система с замкнутым контуром. В нем будет циркулировать хладагент, обеспечивая отбор и перенос тепловой энергии от испарителя к конденсатору. При подключении тепловых насосов к системе теплоснабжения дома следует учитывать, что температура воды на выходе из конденсатора не превышает 50 – 60 градусов.

В связи небольшой температурой тепловой энергии, вырабатываемой тепловым насосом, в качестве потребителя тепла нужно выбирать специализированные приборы отопления. Это может быть теплый пол или же объемные низко-инерционные радиаторы из алюминия или стали с большой площадью излучения.

Самодельные варианты тепловых насосов наиболее уместно рассматривать в качестве вспомогательного оборудования, которое поддерживает и дополняет работу основного источника.

Тепловой насос Френетта: теплогенератор своими руками чертежи, разоблачение, принцип действия, самодельный

С каждым годом конструкции тепловых насосов совершенствуются. В промышленных образцах, предназначенных для бытового использования, используются более эффективные теплопередающие поверхности. В результате производительность систем постоянно растет.

Немаловажным фактором, который стимулирует развитие подобной технологии производства тепловой энергии, является экологическая составляющая. Подобные системы помимо того, что являются довольно эффективными, не загрязняют окружающую среду. Отсутствие открытого пламени делает его работу абсолютно безопасной.

Выводы и полезное видео по теме

В качестве альтернативных систем отопления довольно давно используются тепловые насосы. Эти системы обладают надежностью, длительным сроком службы и, что немаловажно, безвредны для окружающей среды. Они всерьез начинают рассматриваться, как очередной шаг на пути развития эффективных и безопасных систем отопления.

У нас тепловые насосы пока еще не особенно распространены, однако уже можно найти умельцев, способных поделиться опытом самостоятельного изготовления подобных систем. Предлагаем подборку полезных видеоматериалов.

Схемы обогрева с теплонасосами не всегда рентабельны и удобны, поэтому обязательно взвесьте плюсы и минусы отопления этого типа.

Если придете к выводу, что такая система подойдет для вашего дома, не торопитесь тратить огромные суммы на готовую установку и соберите конструкцию самостоятельно. Это не так уж и сложно, требует гораздо меньших денежных вложений, а эффект может превзойти все ожидания.

Оцените статью
MALIVICE.RU
Adblock
detector