Теплообменник своими руками для теплового насоса

Жидкостный теплообменник в энергоэффективном доме

Грунтовые теплообменники позволяют заметно снизить расходы на обогрев или охлаждение воздуха, поступающего в помещение, поэтому их все чаще применяют в частных домах, особенно энергоэффективных. Мы подробно рассказывали о принципах работы этого устройства.

thumb 585

В воздушных теплообменниках теплоносителем является воздух, и это считается потенциально опасным для тех, кто живет в доме. Воздух в трубах все время сохраняет положительную температуру – это для размножения болезнетворных бактерий. К тому же такая конструкция может поставлять в помещение вредные для человека газы из толщи грунта.

Безопасный вариант грунтового теплообменника – жидкостный геоконтур, который применяется при устройстве теплового насоса для отопления дома.

Геоконтуры могут быть нескольких видов:

thumb 585

Вертикальный теплообменник (зонд);

thumb 585

Теплообменники «корзина» и «спираль»;

thumb 585

Кластерное геотермальное поле.

thumb 585

Геотермальные коллекторы стали популярными в последнее время еще и потому, что на рынке появляется все больше приспособлений, которые позволяют просто и удобно подключить их к тепловому наосу.

В частных домах устраивают горизонтальные теплообменники – это наиболее бюджетные конструкции. В этой системе под участком ниже глубины промерзания прокладывается геоколлектор – цельный кусок трубы ПНД диаметром 32-50 мм. По контуру циркулирует жидкий теплоноситель, а теплообмен с входящим в помещение воздухом происходит в теплообменнике «жидкость-воздух», который ставится в воздушный канал приточной вентиляции.

Погонная мощность горизонтального теплообменника вычисляется по формуле:

Rгр – тепловое сопротивление грунта.

thumb 585

Тепловое сопротивление грунта Rгр по отношению к трубе определенного диаметра вычисляется по формуле:

где h– глубина залегания трубы, d– диаметр трубы, λгр – теплопроводность грунта.

Участник нашего портала с ником musienkoalex сделал необходимые расчеты и пришел к выводу, что из-за максимальной дельты температур на входе погонная мощность воздушного теплообменника(ГТ) в два раза выше жидкостного (ГК).

В практическом плане это означает, что для устройства жидкостного теплообменника потребуется вырыть траншею шириной 1,2 метра и той же длины, которая понадобилась бы для устройства воздушного, и заложить петлю вдоль стенок.

Раскладка труб кольцами, применение энергетических корзин и другие методы позволяют повысить мощность теплосъема геоколлектора. Наши авторитетные пользователи не видят в этом особого смысла, они видят в этом маркетинговые фокусы: чтобы поднять мощность на 25%, длину трубы приходится увеличивать в три раза.

thumb 585

В отличие от грунтового воздушного теплообменника, мощность которого зависит только от воздухообмена и температуры воздуха на входе, мощность жидкостного регулируется производительностью циркуляционного насоса. Ее можно увеличить, уменьшив температуру теплоносителя на выходе.

Пример жидкостного теплообменника

Жидкостный теплообменник сделал участник нашего портала с ником СТАСНН для своего энергоэффективного дома. За год его каркасный дом потребляет менее 33 кВт*часов на кв. м. в год.

thumb 585

Система отопления сделана на основе электрических низкотемпературных конвекторов общей мощностью 3.5 кВт на весь дом. В доме установлена система приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором и жидкостным грунтовым теплообменником подогрева уличного воздуха перед рекуператором.

thumb 585

На горячее водоснабжение установлены вакуумные солнечные коллекторы.

thumb 585

Я не представляю, сколько люди платят за отопление электричеством в доме с обычным утеплением и с более высокими тарифами. Ужас.

Согласно наблюдениям домовладельца, грунтовый теплообменник в разы увеличивает эффективность рекуперации воздуха и плюс поставляет в дом дополнительное тепло. В этом теплообменнике в качестве теплоносителя используется пропиленгликоль.

Источник

RuslanG (пишу когда есть время 🙂

Пишу потому что. Чтобы самому не забыть. Делайте что хотите :). Не бойтесь начинать, откроете что-то и узнаете новое.

воскресенье, 2 декабря 2012 г.

Теплообменник для ТН (теплового насоса) своими руками.

Начало рассуждений по поводу теплообменника можно почерпнуть здесь. Здесь будем обсуждать конструирование.

Если идти традиционно то есть взять трубку и поместить ее в трубу большего диаметра то получиться труба в трубе. По внутренней пускаем фреон по внешней воду просто и надежно.

%D0%A2%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%B0+%D0%B2+%D1%82%D1%80%D1%83%D0%B1%D0%B5

Если взять медную трубку то получим стоимость от 6700 рублей до 16000 рублей в зависимости от диаметра медной трубки. Для примера 125 метров 6мм медной трубки однозначно работать не будет гидросопротивление убьет всю идею.

Но можно взять и сложить 8 трубок диаметром 6.35мм в косичку соединив их параллельно и поместив в трубу с внутренним диаметром 25 мм то получим вполне приличный девайс по цене 6700 рублей (цена 6.35 мм в Оренбурге 800 рублей за 15 метров) за медь плюс около 3000 рублей за внешнюю трубу и прочие фитинги. Итого есть возможность получить «хороший» теплообменник площадью 2.5 м2 за ориентировочно 10000 рублей, длиной 16 метров, который можно свернуть в кольцо диаметра 50 см.
Если взять 6 трубок диаметра 9.53мм получим стоимость больше, но общая длина станет равна 14 метров и внешняя труба понадобиться с внутренним диаметром 24мм. Зато меньше паять. Медную трубу (косичку) помещаем в металлопластик или стальную трубу и гнем в спираль диаметра 50 см. На конце нужно одеть тройники чтобы заглушить торцы толстой трубы. Возможны и другие варианты.

А можно дешевле? Можно только осторожно. Не стоит забывать, что фреоны в большинстве своем инертны к стали. Что это дает? Можно использовать в качестве дешевого теплообменника стальные трубы. Проблема в том что общераспространенные размеры имеют сравнительно большую толщину стенки и гнуть их не так просто как медь.
К примеру водогазопроводная труба 1/2″ так называемая ДУ15мм. имеет толщину стенки от 2.5мм до 2.8мм. Многовато конечно зато если труба гниет (разрушается коррозией) со скоростью 1мм за 10 лет, то гарантировано можно ожидать 20 летную долговечность, а при замкнутой системе отопления и более долговечный срок службы. Другая проблема сварка и вес. Но в принципе при умелом подходе вопрос решаемый.

Вариант 2. Берем трубу ДУ15 или ДУ20 с помощью роликового трубогиба сворачиваем в спираль. Далее берем стальной лист 2мм и изготавливаем для спирали чехол-кожух (своего рода бублик) это будет внешний контур для воды. Высота спирали при диаметре 50см составит около 60см.

05.12.2012г. приобретен лист оцинкованный 1,25 * 2,5 м. толщиной 1,5 мм. Там же его нарубили на пластины 15см * 50 см. получилось 40 пластин. Стоимость около 2500 рублей (надо уточнить по документам), надо было взять два листа 2*1 м тогда вышло бы около 4 кв.м, а так вышло около 3 кв.м., наверно придется докупить один лист 2м * 1м (4*6=24 пластины или 13*2=26 пластин). Сначала попробую сварить там видно будет, может и не получиться как задумано.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE0603

На рисунке оцинкованая пластина 15*50см толщиной 1.5мм, кусок сетки 25мм*25мм (проволока 2мм), два куска проволоки 3мм на ребра.

Почему оцинкованые детали? Цинк будет служить защитой от коррозии железа. Можно конечно попробовать покрыть железо например медью, но при малейших царапинах железо будет кородировать при контакте с медью. Цинк же наоборот будет кородировать вместо железа, защищая его таким образом. Сначала разрушиться цинковый слой, а затем уже начнет разрушаться железо, лет на 15 должно хватить теплообменника, а там видно будет.

%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE0602

Источник

Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Teplovoj nasos svoimi rukami iz kondicionera

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Kapilljarnaja trubka i TRV kondicioneraВиды дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Teplovoj nasos voda voda princip rabotyСпособы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии ТН необходимы определенные условия (на выбор):

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.

На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

Geotermalnyj teplovoj nasos princip rabotyСпособы отбора теплоты геотермальным ТН

Сборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант горизонтальной раскладки трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ пробивки скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Делаем геотермальную установку

Если предыдущий вариант позволит добиться примерно двойной экономии, то даже самодельный земляной контур даст COP в районе 3 (три киловатта тепла на 1 кВт израсходованного электричества). Правда, финансовые и трудовые затраты тоже существенно увеличатся.

Хотя в интернете опубликована масса примеров сборки подобных аппаратов, универсальной инструкции с чертежами не существует. Мы предложим рабочий вариант, собранный и проверенный реальным домашним мастером, хотя многие вещи придется додумывать и доделывать самостоятельно – всю информацию о тепловых насосах сложно поместить в одной публикации.

Расчет грунтового контура и теплообменников насоса

Следуя собственным рекомендациям, приступаем к расчетам геотермального насоса с вертикальными U-образными зондами, помещенными в скважины. Необходимо узнать общую протяженность внешнего контура, а потом – глубину и количество вертикальных шахт.

Исходные данные для примера: нужно обогреть частный утепленный дом площадью 80 м² и высотой потолков 2.8 м, расположенный в средней полосе. Расчет нагрузки на отопление производить не станем, определим потребность в тепле по площади с учетом теплоизоляции – 7 кВт.

Gorizontalnyj gruntovyj kollektorПо желанию можно обустроить горизонтальный коллектор, но тогда придется выделить большую площадь под земляные работы

Важное уточнение. Инженерные расчеты теплонасосов довольно сложны и требуют высокой квалификации исполнителя, данной теме посвящены целые книги. В статье приводятся упрощенные вычисления, взятые из практического опыта строителей и мастеров – любителей самоделок.

Интенсивность теплообмена между землей и незамерзающей жидкостью, циркулирующей по контуру, зависит от типа грунтов:

Справка. Вертикальный зонд представляет собой 2 петли из труб, опущенных до дна скважины и залитых бетоном.

Пример вычисления длины трубы. Чтобы извлечь из сырой глинистой породы необходимые 7 кВт тепловой энергии, понадобится 7000 Вт поделить на показатель 50 Вт/м, получаем общую глубину зонда 140 м. Теперь трубопровод распределяется по скважинам глубиной 20 м, которые вы сможете пробурить своими руками. Итого 7 сверлений по 2 теплообменных петли, общая протяженность трубы – 7 х 20 х 4 = 560 м.

Ustrojstvo vertikalnogo kollektora teplovogo nasosa

Следующий этап – расчет площади теплообмена испарителя и конденсора. На различных интернет-ресурсах и форумах предлагаются некие расчетные формулы, в большинстве случаев – некорректные. Мы не возьмем на себя смелость рекомендовать подобные методики и вводить вас в заблуждение, но предложим некий хитрый вариант:

Пластинчатые агрегаты очень эффективны, но дороги (200—500 евро). Дешевле собрать кожухотрубный теплообменник из медной трубки наружным диаметром 9.5 или 12.7 мм. Выданную производителем цифру умножьте на коэффициент запаса 1.1 и поделите на длину окружности трубы, получите метраж.

Teploobmennik plastinchatyj dlja otoplenijaПластинчатый теплообменник из нержавейки – идеальный вариант испарителя, он эффективен и занимает мало места. Проблема в высокой цене изделия

Пример. Площадь теплового обмена предложенного агрегата составила 0.9 м². Выбрав медную трубку ½” диаметром 12.7 мм, вычисляем длину окружности в метрах: 12.7 х 3.14 / 1000 ≈ 0.04 м. Определяем общий метраж: 0.9 х 1.1 / 0.04 ≈ 25 м.

Оборудование и материалы

Будущий тепловой насос предлагается строить на базе наружного блока сплит-системы подходящей мощности (указана на табличке). Почему лучше использовать б/у кондиционер:

Примечание. Разбирающиеся в теме пользователи подбирают оборудование отдельно – компрессор, ТРВ, контроллер и так далее. При наличии опыта и знаний подобный подход только приветствуется.

Собирать ТН на базе старого холодильника нецелесообразно – мощность агрегата слишком мала. В лучшем случае удастся «выжать» до 1 кВт теплоты, чего хватит на обогрев одной небольшой комнаты.

Teplovoj nasos iz split sistemy

Помимо внешнего блока «сплита» понадобятся следующие материалы:

В качестве внешнего теплоносителя применяется солевой раствор воды либо антифриз для отопления – этиленгликоль. Также понадобится запас фреона, чья марка указана на шильдике сплит-системы.

Сборка теплообменного блока

Перед началом монтажных работ наружный модуль надо разобрать – снять все крышки, удалить вентилятор и большой штатный радиатор. Отключите электромагнит, управляющий реверсивным клапаном, если не планируете использовать насос в качестве охладителя. Датчики температуры и давления необходимо сохранить.

Порядок сборки основного блока ТН:

Совет. Если планируется ставить основной блок на улице, нужно принять меры от застывания масла в компрессоре. Приобретите и смонтируйте зимний комплект электрического подогрева масляного картера.

На тематических форумах встречается другой способ изготовления испарителя – трубка из меди навивается спиралью, затем вставляется внутрь закрытой емкости (бака или бочки). Вариант вполне разумен при большом количестве витков, когда рассчитанный теплообменник попросту не помещается в корпусе кондиционера.

Устройство грунтового контура

На данном этапе выполняются несложные, но трудоемкие земляные работы и раскладка зондов по скважинам. Последние можно проделать вручную либо пригласить буровую машину. Расстояние между соседними скважинами – не менее 5 м. Дальнейший порядок работ:

Важный момент. Перед бетонированием и засыпкой обязательно проверьте герметичность контура. Например, подключите к коллектору воздушный компрессор, накачайте давление 3—4 Бар и оставьте на несколько часов.

При соединении магистралей ориентируйтесь по схеме, представленной ниже. Отводы с кранами понадобятся при заполнении системы рассолом либо этиленгликолем. Две основные трубы от коллектора подведите к тепловому насосу и подключите к «холодному» теплообменнику–испарителю.

Obvjazka teplovogo nasosa s gruntovym konturomВ высших точках обеих водяных контуров обязательно ставятся воздухоотводчики, на схеме условно не показаны

Не забудьте установить насосный агрегат, отвечающий за циркуляцию жидкости, направление течения – навстречу фреону в испарителе. Среды, проходящие через конденсор и испаритель, должны двигаться навстречу друг другу. Как правильно заполнить магистрали «холодной» стороны, смотрите на видео:

Аналогичным образом конденсор подсоединяется к домовой системе теплых полов. Смесительный узел с трехходовым клапаном монтировать необязательно благодаря низкой температуре подачи. Если необходимо объединить ТН с другими источниками тепла (солнечные коллекторы, котлы), используйте буферную емкость на несколько выводов.

Заправка и запуск системы

После монтажа и подключения агрегата к электросети наступает важный этап – заполнение системы хладагентом. Здесь ожидает подводный камень: вы не знаете, сколько фреона необходимо заправить, ведь объем основного контура сильно вырос за счет установки самодельного конденсатора с испарителем.

Вопрос решается методом заправки по давлению и температуре перегрева хладона, измеряемой на входе компрессора (туда фреон подается в газообразном состоянии). Подробная инструкция по заполнению методом измерения температуры изложена в следующем руководстве.

Во второй части представленного видео рассказывается, как нужно заполнять систему фреоном марки R22 по давлению и температуре перегрева хладагента:

По окончании заправки включите оба циркуляционных насоса на первую скорость и запускайте компрессор в работу. Показатели температуры рассола и внутреннего теплоносителя контролируйте по термометрам. На этапе прогрева магистрали с хладагентом могут обмерзать, впоследствии иней должен растаять.

Заключение

Сделать и запустить тепловой геотермальный насос своими руками весьма непросто. Наверняка потребуются неоднократные доработки, исправления ошибок, настройки. Как правило, большинство неполадок в самодельных ТН возникает из-за неправильной сборки либо заправки основного теплообменного контура. Если агрегат сразу отказал (сработала автоматика безопасности) либо не греет теплоноситель, стоит вызвать мастера по холодильному оборудованию – он проведет диагностику и укажет на допущенные ошибки.

6 Replies to “Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера”

Не понятно, для кого предназначена статья….
Галопом по Европам…
Для рукастого мужика, не обремененного теоретическими знаниями, но желающего сиё чудо сотворить,информация только вызовет завистливое слюноотделение….
А вот как на самом деле сделать этот самый тепловой насос из хлама старого оборудования или из самостоятельно изготовленных теплообменников. тут про это не говорится..

Может, все дело в том, что из хлама тепловой насос сделать невозможно? А может, нужно немного самообразования и умения собирать информацию + интересоваться технической литературой, смотреть видео, консультироваться…а не прочитать 1 статью.
Ну и напоследок. Если Вы, как понимающий человек, захотите поделиться знаниями и опытом с читателями, я буду только ЗА и с удовольствием опубликую Ваши конструктивные комментарии.

Достойная информация всё доступно и понятно.будем делать такую систему.спасибо за правильно подобранную инфу.

Источник

Поделиться с друзьями
admin
Здоровая спина
Adblock
detector