Строительное энергосбережение

{title}
закрыть

Технология сборки теплового насоса типа вода-вода

Опубликовано: 04.09.2018

Тепловой насос вода-вода – это самый дешевый агрегат подобного типа. Ведь в качестве низкоэффективного источника энергии в данном случае используется самая распространенная среда – вода. А сам монтаж первичного контура с испарителем выглядит как обычное погружение до сравнительно неглубокой отметки.

При этом тепловые насосы вода — вода не только дешевы, но и эффективны. Поскольку на глубине затопления испарителя плюсовая температура окружающей среды сохраняется буквально круглый год (на 4-5 градусов по Цельсию можно рассчитывать даже в зимнее время).

Тепловой насос вода-вода

К тому же, тепловой насос типа вода — вода легко собрать даже своими руками. Поэтому в данной статье мы рассмотрим не только схему работы и типовые разновидности таких насосов, но и схему сборки подобного агрегата, рассчитанную на обустройство энергоэффективной системы отопления своими силами.

Схема теплового насоса вода — вода

В своей работе тепловой насос использует тот же принцип, что и холодильник. Только в этом случае особое внимание уделяется не охладителю (блок испарителя), а тепловому генератору (блок конденсатора).

Ну а сам принцип остается неизменным и предполагает следующую схему работы:

Альтернативные источники энергии

Испаритель внедряют в среду с температурой выше нуля по Цельсию. Конденсатор монтируют в помещении, подключая к нему прямую трубу и обратку системы отопления. Между испарителем и конденсатором проводят циклический трубопровод, в который врезают компрессор – генератор напорного усилия и давления. В циклический трубопровод заливают хладагент – вещество, которое вскипает в испарителе и переходит в жидкое состояние в конденсаторе. Причем цикличность испарения и конденсации обеспечивает компрессор.

В итоге, в процессе кипения хладагент забирает тепло у окружающей испаритель воды и транспортирует его к конденсатору, где отдает накопленную энергию системе отопления, переходя из газообразного состояния в жидкое. Ведь испарение проходит с отбором энергии, а конденсация – с выделением калорий.

Где монтируют испаритель

Испаритель теплового насоса

Для обеспечения эффективной работы насоса нам нужно лишь заглубить испаритель в воду, желательно ниже уровня промерзания жидкости в водоеме. Ведь толща воды сохраняет температуру 4-12 градусов Цельсия практически круглогодично, обеспечивая тепловые насосы для горячей воды и систем отопления постоянным притоком низкоэффективной энергии.

В итоге, площадкой для размещения испарителя может быть любой водоем с глубиной более 1,5 метров и постоянным уровнем жидкости. Ну а если такового водоема нет, то в качестве источника низкоэффективного тепла можно использовать обычный колодец или скважину. Причем сам испаритель можно погрузить даже не в колодец, а в особый бак, заполняемый проточной водой, которую качают из источника и сливают туда же.

Поэтому тепловой насос «вода-вода» можно смонтировать, буквально, где угодно. Ведь водоносные слои скрыты практически в любом типе грунта.

Самодельный тепловой насос: схема сборки

Вышеприведенная  схема работы указывает, что конструкция теплового насоса состоит из четырех узлов: испарителя, конденсатора, компрессора и циклического трубопровода. Поэтому в процесс самостоятельного строительства теплового насоса заключается в изготовлении всех вышеупомянутых узлов с последующей сборкой конструкции.

И далее по тексту мы рассмотрим все этапы производственных и сборочных процессов,  проводимых своими руками. Причем вначале будут даны рекомендации по расчетам системы, направленные на оптимизацию энергопотребления и усиление теплоотдачи.

Этап первый: расчет теплового насоса вода — вода

Расчет насоса выполняется на особом «калькуляторе» — программе, соизмеряющей отапливаемую площадь с мощностью системы отопления. Причем в качестве исходных данных программа использует объем помещения (площадь и высота потолков). А на выходе дается рекомендация относительно мощности насоса.

Этап второй: выбор компрессора

Компрессор для теплового насоса подбирается по предполагаемой мощности системы отопления. Причем мощность самого компрессора должна составлять 20-30 процентов от показателей теплоотдачи насоса.

Тепловой насос с винтовым компрессором

То есть, если на обогрев строения уходит 10 кВт, то для обслуживания насоса используется 3-киловаттный  компрессор. Словом, пропорция между мощностью нагнетательного оборудования и теплоотдачей насоса рассчитывается по соотношению 1:3.

Причем в качестве компрессора для теплового насоса используют как стандартные агрегаты для сплит-систем, так и специальное оборудование. И в самодельную систему придется интегрировать только «заводской» компрессор, поскольку «самопальные» аналоги в данном случае неуместны – они поставят под угрозу саму эффективность работы собираемого насоса.

Этап третий: строительство испарителя

Испаритель собирают на основе полимерного бака, с большой крышкой. Причем минимальная емкость бака равна 120-130 литрам. Во внутренней полости бака размещают медный змеевик, согнутый из трубы определенной длины и диаметра.

Испаритель для теплового насоса вода-вода

Для определения этих величин нам придется вычислить площадь поверхности змеевика.

Как правило, ее  рассчитывают по формуле:

Р=M/0,8ΔT,

где М – это предполагаемая мощность насоса, а  ΔT — это разница температур на входе и выходе (в градусах Цельсия).

Полученную площадь соизмеряют с площадью одного погонного метра трубы нужного диаметра, вычисляя длину заготовки для змеевика.

Ну а само изготовление сердцевины испарителя предполагает ручную гибку медной трубы вокруг калибра, в качестве которого можно использовать кислородный или газовый баллон. Изготовленный таким образом змеевик вкладывают в бочку, выводя сквозь дно и крышку два выпуска – верхний и нижний.

Далее нужно вмонтировать в бочку пару отводов, изготовленных из металлических штуцеров – их вводят в отверстия у дна и крышки и поджимают с внешней и внутренней стороны контргайками.

К нижнему штуцеру монтируют напорный шланг насоса, а к верхнему – отводной шланг, по которому вода будет сливаться в колодец самотеком. С помощью такой конструкции мы обеспечим непрерывную циркуляцию низкоэффективной среды в испарителе.

Этап четвертый: создание конденсатора

Конденсатор собирают на основе металлического бака из нержавейки, в который монтируют медный змеевик, рассчитанный по тем же формулам, что и аналогичная деталь испарителя. Причем для изготовления змеевика используется все та же технология ручной гибки.

Сам змеевик размешается в баке вертикально, а его отводы выходят из дна и крышки бака. Причем помимо отводов в бак врезают еще и два штуцера. Словом, вся схема скопирована с испарителя, только с учетом того, что вместо низкоэффективной среды сквозь  конденсатор циркулирует разогреваемая вода – теплоноситель системы отопления . С помощью особого насоса ее выводят сквозь верхний штуцер, направляя на радиаторы, и вводят в бак сквозь нижний штуцер, соединенный с обраткой.

Этап пятый: сборочные работы

Сборка системы производится в следующем порядке:

Принцип работы

На платформе или кронштейне монтируют компрессор. К нагнетательному патрубку компрессора подключают (медной трубой) верхний отвод конденсатора. Нижний отвод конденсатора связывают с нижним отводом испарителя, прокладывая между ними медный трубопровод, диаметр которого должен совпадать с габаритами трубок, использованных при изготовлении змеевиков. Причем в произвольном месте этого трубопровода можно смонтировать дроссельную заслонку, которую подключают к системе автоматического управления. Верхний отвод испарителя соединяют (медной трубкой) с всасывающим патрубком компрессора. Монтажные работы с медными трубками выполняют с помощью пайки, а в финале в систему заливают хладагент (около пары килограмм).

В итоге, получается замкнутая система, в которой циркулирует хладагент, переносящий тепло из установленной на землю бочки-испарителя в подвешенный на кронштейне бак с конденсатором.

Тепловой насос для нагрева воды: монтаж в систему отопления

Самодельный тепловой насос вода-вода

При монтаже системы отопления следует учесть, что вода в конденсаторе прогреется всего лишь до 40-50 градусов Цельсия. Поэтому в качестве «потребителя» энергии теплового насоса может выступать только низкотемпературная система отопления, например, теплый пол. Или любой другой объемный радиатор, эффективность которого определяется не температурой, а габаритной площадью излучения.

Причем, в большинстве случаев, самодельный тепловой насос можно использовать лишь в качестве вспомогательного источника энергии, поддерживающего работу электрического или газового котла.

Полноценное отопление и обогрев гарантирую только высокоэффективные «заводские» агрегаты, разогревающие конденсатор до 75 градусов Цельсия и выше.

Самодельные насосы не могут обеспечить подобную температуру из-за просчетов конструкции и несбалансированной работы компрессора.

Впрочем, эффективные результаты способен продемонстрировать лишь «бредовый» агрегат, а вот  тепловой насос вода — вода китайского производства отличается от качественной самоделки лишь более продуманной системой автоматизации управления насосом.

rss