Заводская теплонасосная установка стоит дорого, а в интернете обещают дешёвое отопление из старого холодильника или наружного блока кондиционера.

Отсюда главный вопрос владельца дома: можно ли действительно обогреть жильё дешёвой самоделкой?

Опасение здесь вполне понятное — потратить деньги и время на конструкцию, которая не вытянет дом в морозы, окажется разорительной по счетам за свет или быстро выйдет из строя.

Тепловой насос – это устройство для переноса тепла от источника к потребителю. Он не создаёт энергию из ничего, а забирает рассеянное тепло из уличного воздуха, воды или грунта и передаёт его в систему отопления дома.

Поэтому работоспособность самодельной установки определяется не тем, загудел ли на верстаке компрессор, а тем, хватает ли источнику тепла, выдаёт ли агрегат нужную мощность в холода и способны ли ваши батареи или тёплый пол обогреть комнаты при полученной температуре воды.

Условия:

• оборудование обеспечивает нужную тепловую мощность в расчётном режиме;
• источник способен отдавать требуемое тепло;
• отопительные приборы работают при доступной температуре;
• предусмотрены управление, защиты и обслуживание.

Исключения:

• учебный стенд не равен системе основного отопления;
• готовая сплит-система не становится водяным тепловым насосом без существенного изменения конструкции;
• участие специалиста не отменяет самостоятельную подготовку и часть монтажных работ;
• необходимость резервного источника определяется принятой схемой покрытия нагрузки, а не универсальным запретом на самостоятельную сборку.

Оценить, по силам ли вам сделать тепловой насос своими руками, можно только тогда, когда вся задача разделена на конкретные виды работ. Одни этапы владелец дома спокойно выполняет сам, а другие требуют специального инструмента, приборов и допуска.

Весь проект складывается из четырёх разных частей:

1. Подготовительные работы. Выяснить теплопотери дома, оценить возможности участка и источника тепла, выбрать подходящую схему, собрать лист исходных данных и посчитать полный бюджет. Это фундамент всей затеи, и его владелец дома может проработать самостоятельно.

2. Гидравлические работы. Сборка водяных контуров источника тепла и домашнего отопления: прокладка труб, установка циркуляционных насосов, кранов и фильтров. Если на руках есть готовая схема и расчёт, эту часть домашний мастер с опытом сантехнического монтажа вполне сделает сам.

3. Электрические работы. Подключение силового питания, пусковых цепей, защитной автоматики и контроллера. Здесь критичны выделенная на дом мощность, пусковые токи компрессора и правильный подбор защит. Без профильной квалификации собирать силовую часть нельзя.

4. Холодильные работы. Сборка герметичного фреонового контура: высокотемпературная пайка меди, проверка контура на герметичность, удаление воздуха и влаги вакуумным насосом, точная заправка хладагентом. Для этих операций нужны специальное оснащение и квалификация холодильщика — одна лишь уверенность в своих силах приборы и опыт не заменит.

Отсюда и честный инженерный ответ о сборке с нуля: её стоит вести как продуманный проект, где вы берёте на себя расчётную подготовку и доступный монтаж водяной обвязки, а закрытый контур хладагента и силовую электрику выполняют по вашему заданию профильные мастера.

То, что собранный в мастерской агрегат включился, начал охлаждать одну трубу и нагревать другую, доказывает только одно: компрессор перекачивает хладагент.

Чтобы такая машина стала основным отоплением жилого дома, от неё требуется гораздо больше:

• выдавать расчётную тепловую мощность в зимние холода, а не только в тёплую осеннюю погоду;
• работать подолгу и устойчиво, без постоянных рывков, частых перезапусков и аварийных остановок;
• нагревать теплоноситель до той температуры, при которой ваши радиаторы или тёплый пол действительно компенсируют остывание комнат;
• иметь настроенную автоматику и рабочие защиты, которые остановят компрессор при опасном отклонении давления или протока воды.

Собрать экспериментальную установку ради интереса, проверки идеи или создания учебного стенда — нормальная инженерная задача. Но заранее рассчитывать на такой стенд как на единственную замену домашней котельной нельзя.

В быту слово «насос» у многих ассоциируется с небольшим прибором на трубе возле котла, поэтому сразу разведём два совершенно разных устройства:

Циркуляционный насос просто толкает уже нагретую воду или антифриз по замкнутому кольцу труб. Сам по себе он тепла не создаёт и не переносит его с улицы.

Тепловой насос забирает тепловую энергию у внешнего источника и переносит её в систему отопления дома. Главную работу по переносу тепла в нём выполняет холодильный контур с компрессором, а обычные циркуляционные насосы и вентиляторы служат лишь помощниками, которые подводят и отводят воду или воздух.

Даже холодный воздух, вода и грунт содержат тепловую энергию. Проблема в том, что температура этой среды слишком низкая — напрямую пустить такую воду в батареи нельзя.

Тепловой насос позволяет перенести это тепло на более высокий температурный уровень за счёт работы компрессора, подняв температуру до уровня, достаточного для обогрева комнат.

При этом сам источник лишь отдаёт теплоту в контур, а то, насколько горячей станет вода в ваших трубах, зависит от режима работы установки. Именно поэтому источник тепла и домашние приборы отопления всегда рассматривают в одной связке: чем меньшая температура воды нужна вашим полам или батареям для обогрева дома, тем легче тепловому насосу выполнить эту работу.

В классической схеме с переносом тепла через испарение и сжатие рабочего вещества — инженеры называют её парокомпрессионной схемой — внутри закрытого контура по кругу движется хладагент. Весь цикл проходит четыре последовательных узла:

испаритель → компрессор → конденсатор → расширительное устройство → испаритель

1. Испаритель. В этот теплообменник хладагент заходит под низким давлением в виде холодной парожидкостной смеси. Из физики известно: чем ниже давление над жидкостью, тем при более низкой температуре она начинает кипеть. Поэтому при специально подобранном низком давлении хладагент закипает даже от контакта с холодной грунтовой водой или морозным воздухом, забирая у них тепло и превращаясь в пар.

2. Компрессор. Всасывает образовавшийся пар и сжимает его. От сжатия давление и температура пара резко растут. Обратите внимание: компрессор получает именно пар и не превращает газ в жидкость — его задача состоит в том, чтобы разогреть и сжать пар перед следующим теплообменником.

3. Конденсатор. Горячий сжатый пар поступает во второй теплообменник, где через металлическую стенку передаёт часть переносимого в рабочем режиме тепла более прохладной воде домашнего отопления (или комнатному воздуху). Остывая под высоким давлением, пар конденсируется и снова становится жидкостью. В штатном теплообменнике хладагент и вода отопления движутся по разным каналам и никогда не смешиваются между собой.

4. Расширительное устройство. Жидкий хладагент проходит через узкое дросселирующее отверстие, из-за чего его давление резко падает. В этот момент жидкость частично вскипает и остывает — на выходе в типовом цикле образуется холодная смесь жидкости и пара (так называемая двухфазная смесь), которая снова отправляется в испаритель. Это рабочий регулирующий элемент цикла, а не аварийный предохранительный клапан.

Подготовка к проекту начинается не с поиска дешёвого компрессора по объявлениям, а с обследования самого дома и участка.

Выбирать компрессор «по электрическим ваттам» или на глаз по квадратным метрам жилья нельзя: потребляемая из розетки мощность мотора не равна количеству тепла, которое установка отдаст в комнаты.

Первым делом определяют, сколько тепла теряет дом в расчётные зимние холода вашего региона. Именно под эту величину теплопотерь подбирают тепловую мощность будущей установки. Если здание хорошо утеплено и держит тепло, нагрузка на оборудование снижается; если стены, крыша и окна теряют много энергии, самодельная установка может просто не справиться с задачей.

Сразу после этого проверяют существующие или планируемые приборы отопления: какой температуры должна быть вода в трубах, чтобы эти радиаторы или водяной тёплый пол отдали в комнаты нужное количество тепла.

Низкотемпературный тёплый пол и старые высокотемпературные батареи ставят перед тепловым насосом совершенно разные по сложности задачи.

Второй шаг — проверить, способен ли выбранный природный источник отдавать нужное количество тепла в самый холодный период зимы, а не только в среднем за сезон.

Одновременно оценивают домашнюю электросеть: хватит ли выделенной на участок мощности, выдержит ли проводка пусковые токи компрессора и какая потребуется защита линии.

Чтобы ничего не упустить до похода за комплектующими, сведите все параметры в проверочную таблицу:

Любую схему теплового насоса называют по двум словам: первое указывает, откуда установка забирает низкотемпературное тепло, а второе — какой среде внутри дома она его передаёт. Важно не путать термины: воздушные установки не относятся к геотермальным.

Геотермальное отопление — это только те схемы, которые используют тепло грунта или подземных вод. При этом ни одну из четырёх схем нельзя заочно назвать самой выгодной, дешёвой или эффективной в отрыве от условий конкретного участка.

1. Откуда берётся тепло. Низкотемпературное тепло отбирается непосредственно из уличного воздуха.

2. Куда оно передаётся. Нагревается внутренний воздух в комнатах. Это именно воздушное отопление дома, без водяных труб, радиаторов и тёплых полов.

3. Что нужно проверить. Рабочие характеристики конкретной модели при зимних температурах вашего региона, а также планировку дома — сможет ли тёплый воздух от внутренних блоков равномерно прогревать помещения.

4. Что усложняет самостоятельную реализацию. Любая заводская сплит-система с функцией обогрева уже построена по этой схеме. Пытаться паять такой агрегат с нуля или кустарно вмешиваться в его холодильный контур, алгоритмы оттайки и электронные защиты обычно не имеет практического смысла.

1. Откуда берётся тепло. Источником служит наружный уличный воздух, продуваемый вентилятором через испаритель.

2. Куда оно передаётся. Тепло передаётся воде или незамерзающему теплоносителю внутри домашней системы водяного отопления.

3. Что нужно проверить. Какую реальную тепловую мощность способна выдать установка при расчётных морозах, потребуется ли на пик холодов резервный нагреватель и при какой температуре работают ваши батареи или тёплый пол.

4. Что усложняет самостоятельную реализацию. Несмотря на то что воздух доступен везде и бурить участок не нужно, сделать тепловой насос воздух-вода своими руками ничуть не проще водяного. Здесь приходится согласовывать фреоновый контур с водяным теплообменником, настраивать автоматику защиты от замерзания воды и обеспечивать регулярную оттайку уличного блока — из случайного набора деталей такая связка надёжно работать не будет.

1. Откуда берётся тепло. Тепло отбирается у воды из скважины, колодца или подходящего по глубине и тепловому режиму водоёма.

2. Куда оно передаётся. Нагревается теплоноситель водяного контура отопления — чаще всего тёплого пола или низкотемпературных радиаторов.

3. Что нужно проверить. Стабильную зимнюю температуру водного источника, его устойчивый дебит (расход воды без осушения), химический состав и чистоту воды, а также законный и технически надёжный способ её отвода.

4. Что усложняет самостоятельную реализацию. Скважина и открытый пруд ведут себя совершенно по-разному, поэтому единого рецепта сборки теплового насоса вода-вода своими руками не существует.

На практике здесь различают два совершенно разных инженерных решения:

• Открытое использование подземной воды. Вода поднимается насосом из заборной скважины, проходит через теплообменник установки, охлаждается в теплообменнике и сбрасывается в приёмную скважину или систему отвода. Для этого нужны устойчивый приток воды с расчётным расходом, подходящий состав воды и технически допустимый способ отвода охлаждённой воды. Действующие правила водозабора и сброса обязательно проверяют для своего участка до начала работ.
• Закрытый погружной контур в водоёме. На дно достаточно глубокого непромерзающего водоёма укладывают замкнутые петли труб с незамерзающим теплоносителем. Сама речная или прудовая вода внутрь установки не попадает — тепло передаётся через стенки погруженных труб. Длину и площадь такого контура определяют теплотехническим расчётом, а не укладывают наугад.

Для проекта геотермального теплового насоса своими руками рассматривают два основных варианта грунтового теплообменника.

1. Откуда берётся тепло. Источником служит массив грунта на участке ниже глубины сезонного промерзания. Глубину и расположение коллектора выбирают по расчёту с учётом грунта, климата и сезонного охлаждения участка

2. Куда оно передаётся. Тепло передаётся в водяную систему отопления дома.

3. Что нужно проверить. Площадь свободной земли, состав и влажность грунта, уровень грунтовых вод и исходные данные для расчёта подземного теплообменника.

4. Что усложняет самостоятельную реализацию. Температура грунта на глубине зимой стабильнее уличного воздуха, но сам подземный контур требует точного расчёта и масштабных земляных или буровых работ. Если ошибиться с размером контура, грунт вокруг труб за зиму переохладится, и исправить эту ошибку после благоустройства участка будет крайне тяжело.

Планируя геотермальное отопление частного дома своими руками, выбирают один из двух типов подземного теплообменника:

• Горизонтальный коллектор. Пластиковые петли труб укладывают в траншеи или котлован ниже глубины промерзания на большой площади участка.
• Вертикальный зонд. Теплообменные трубы опускают в одну или несколько глубоких буровых скважин.

Протяжённость труб в обоих вариантах зависит от теплопотерь дома, теплопроводности конкретного грунта и доступной площади — универсальной нормы «столько-то метров трубы на один киловатт» для любого участка не существует.

Кроме того, правила бурения скважин и проведения подземных работ проверяют заранее под местные требования.

Попытка собрать отопительный агрегат из бытовой сплит-системы или старого холодильного компрессора — один из популярных замыслов самостоятельной сборки и одновременно главный источник разочарований.

Любая современная сплит-система с функцией обогрева с завода представляет собой готовый воздушный тепловой насос «воздух-воздух». Поэтому, если ваша задача — отапливать дом тёплым воздухом, ломать и перепаивать рабочий кондиционер не нужно.

Первым делом откройте техническую документацию конкретной модели и проверьте её допустимый диапазон уличных температур в режиме нагрева и реальную теплопроизводительность на морозе.

Одни модели пригодны преимущественно для межсезонья, другие рассчитаны на отопление при более низких наружных температурах. Пригодность определяют по допустимому диапазону работы, теплопроизводительности и потреблению конкретной модели в нужном режиме.

Желание превратить наружный блок сплит-системы в установку «воздух-вода» для нагрева батарей или тёплого пола часто пытаются решить напрямую: убрать внутренний воздушный блок, а вместо него припаять медный змеевик в баке с водой.

На практике такая простая замена не работает как полноценная система. При переходе с обдува воздухом на нагрев воды полностью меняются условия теплообмена и рабочие давления конденсации, требуется другой алгоритм управления насосом и вентилятором, защита водяного теплообменника от размораживания во время оттайки и согласованная автоматика.

Само по себе увеличение размеров бака или площади теплообменника дополнительной тепловой мощности компрессору не прибавит. Поэтому переделка кондиционера на воду — это сложная инженерная разработка, а не мелкая доработка выходного дня.

Когда компрессор подбирают отдельно (например, от бытового или торгового холодильного оборудования), смотреть только на его мощность в ваттах нельзя.

Каждый компрессор спроектирован под строго определённый коридор температур испарения и конденсации — в технической документации это называют рабочей областью компрессора.

Чтобы понять, сможет ли такой агрегат работать в тепловом насосе, по паспорту конкретной модели проверяют:

• допустимую рабочую область по температурам кипения и конденсации (режим морозильной камеры и режим нагрева воды для отопления сильно отличаются по давлениям и тепловой нагрузке на мотор);
• тип применяемого хладагента и совместимого с ним компрессорного масла;
• фактическую холодо- и теплопроизводительность именно в той рабочей точке, которую вы закладываете в схему отопления.

Бытовой холодильный компрессор нельзя объявить ни универсально подходящим для дома, ни абсолютно непригодным для небольшого экспериментального стенда — всё решают паспортные характеристики конкретного узла.

То же самое касается и штатного терморегулятора от холодильника: то, что он стоял в одном корпусе с этим компрессором, не делает его подходящим прибором для управления системой отопления дома и защиты теплового насоса.

Чтобы представить реальный масштаб работы, посмотрите на состав узлов теплонасосной установки. Таблицы ниже показывают назначение каждого элемента и критерии, по которым их согласуют между собой.

Воспринимать этот перечень как готовую универсальную спецификацию для покупки нельзя — каждый узел рассчитывают под выбранную схему.

Тем более нельзя использовать случайные тонкостенные баки и бочки для работы под избыточным давлением.

Все перечисленные детали должны работать как единый согласованный механизм. Если же вы подключаете собранный тепловой насос к уже существующей домашней разводке, в которой есть свой котёл и свои насосы, важно не перепутать задачу получения тепла с задачей его прокачки по веткам.

О том, как согласовать гидравлику и нужен ли дополнительный циркуляционный насос в разветвлённой системе отопления, рассказано в отдельном разборе.

Чтобы сборка не превратилась в бесконечную переделку, работу ведут по десяти последовательным этапам. Переходить к следующему шагу можно только тогда, когда получен конкретный проверочный результат предыдущего.

Этап 1. Собрать исходные данные.

Результат этапа: полностью заполненный лист параметров дома, источника тепла и электросети по проверочной таблице.

Этап 2. Выбрать схему и расчётные режимы.

Результат этапа: определена архитектура системы (воздушная, водяная или грунтовая) и заданы расчётные температуры источника и отопления.

Этап 3. Согласовать компоненты.

Результат этапа: составлен перечень основного оборудования, теплообменников, автоматики и защит, совместимых по хладагенту, маслу и рабочей области.

В перечне оборудования для каждого основного узла укажите модель, расчётный режим и документ, по которому подтверждена совместимость. Если для компрессора или теплообменника этих данных нет, комплект ещё не готов к покупке.

Этап 4. Подготовить источник и отопительный контур.

Результат этапа: внешний источник готов обеспечивать расчётный приток тепла, а внутридомовой контур рассчитан на выбранный температурный режим. Если вы подключаете установку к водяному отоплению с тёплыми полами, заранее проверьте по отдельному руководству, когда нужен насосно-смесительный узел тёплого пола: подробное устройство узла подмеса здесь мы не разбираем, тем более что отдельный смеситель требуется не во всех низкотемпературных схемах.

Этап 5. Выполнить монтаж с доступом для обслуживания.

Результат этапа: все гидравлические и механические узлы закреплены без перекосов, к кранам, фильтрам, датчикам и разъёмным соединениям оставлен свободный подход для ревизии.

Этап 6. Проверить соответствующие контуры предусмотренными для них методами.

Результат этапа: подтверждены чистота и герметичность водяных и рассольных контуров по проекту и требованиям компонентов. Проверку холодильного контура выполняют отдельно на следующем этапе. Ни в коем случае не смешивайте гидравлическую опрессовку водяных труб с процедурами испытания фреонового контура; единых универсальных цифр проверочного давления, веса заправки хладагента или уставок реле для всех самоделок не существует — их берут из проектного расчёта и паспортов компонентов.

Этап 7. Выполнить профессиональные операции с холодильным контуром.

Результат этапа: медный контур качественно спаян, испытан на плотность, отвакуумирован и заправлен нужным хладагентом профильным специалистом по документации оборудования.

Этап 8. Проверить управление и защиты.

Результат этапа: до длительного запуска под нагрузкой подтверждено, что датчики протока, температуры и реле давления исправно останавливают агрегат при выходе за безопасные границы.

Этап 9. Измерить параметры работы.

Результат этапа: на работающей установке сняты фактические температуры на входе и выходе контуров, проверены расходы теплоносителя и измерено реальное электропотребление.

Этап 10. Сопоставить результат с расчётом.

Результат этапа: полученные показатели сопоставлены с расчётом для фактических условий испытания. Возможность покрыть зимнюю нагрузку проверена отдельно по характеристикам согласованного оборудования и расчёту системы; один запуск в тёплую погоду этого не подтверждает.

Вокруг экономичности тепловых насосов больше всего рекламных преувеличений. Чтобы трезво посчитать, хватит ли вашему дому тепла и сколько придётся платить по счётчику, нужно разделить несколько базовых понятий.

Электрическая мощность показывает, с какой скоростью установка потребляет электрическую энергию. Тепловая мощность показывает, с какой скоростью она отдаёт тепло в отопление. В конденсатор поступает не только тепло, забранное у источника, но и энергия, внесённая работой компрессора.

Отношение полученной тепловой мощности к затраченной в этот же момент электрической мощности называют коэффициентом преобразования — COP:

COP = Q_{отопление} / P_эл

Разберём условный расчётный сценарий.

Допустим, заранее рассчитанная тепловая нагрузка дома при выбранном режиме составляет 6 кВт (подчеркнём: эта цифра задана здесь как условие примера, а не вычислена по площади дома через универсальные ватты на квадратный метр).

Если в этой рабочей точке коэффициент преобразования установки COP=3, то потребляемая электрическая мощность в принятой границе расчёта составит:

P_эл = 6 кВт / 3 = 2 кВт

При этом значение COP=3 - тоже лишь условие нашего расчётного примера, а не гарантированная характеристика любой самодельной сборки.

Когда вы подставляете в формулу электрическую мощность P_эл, обязательно зафиксируйте границу расчёта: считаете ли вы только потребление одного компрессора или честное потребление всей системы целиком — вместе со скважинным и циркуляционными насосами, вентилятором обдува, автоматикой и включающимся резервным электронагревателем.

Для кошелька домовладельца важна именно полная мощность всей системы.

И не путайте между собой две единицы измерения:

• кВт (киловатт) — это мгновенная мощность, которую прибор развивает или потребляет в конкретный момент времени;
• кВт·ч (киловатт-час) — это количество энергии, израсходованное или выработанное за определённый период работы (именно за киловатт-часы вы платите по электросчётчику).

Коэффициент преобразования COP не застывает на одной цифре на всю зиму. Он напрямую зависит от двух температур: насколько холоден в данный момент источник тепла и насколько горячую воду требуется подавать в отопление.

Чем ниже температура источника и чем выше требуемая температура отопления, тем, при прочих равных, ниже COP. У воздушной установки температура источника непосредственно связана с погодой; у грунтовой и водяной её изменение оценивают отдельно.

Поэтому всегда разграничивают мгновенный COP в одной конкретной точке и средний сезонный результат за всю зиму. Чтобы оценить сезонный расход электроэнергии, нельзя просто умножить пиковую расчётную мощность на все часы отопительного периода.

Для реального расчёта учитывают:

• суммарную потребность дома в тепле за сезон с учётом меняющейся уличной погоды;
• изменение рабочего коэффициента преобразования в разных температурных режимах;
• долю тепла, которую в самые холодные дни добирает резервный источник нагрева;
• суммарный расход электричества всеми насосами и вентиляторами системы.

Именно поэтому обещать заранее фиксированную экономию в рублях, точный срок окупаемости или неизменный COP круглый год технически неграмотно — реальную выгоду всегда считают под конкретный тариф, режим отопления и полное энергопотребление всех контуров.

Если собранная система запустилась, компрессор гудит, но в комнатах холодно или счётчик мотает слишком быстро, не пытайтесь наугад менять детали или лезть с ключом в фреоновый контур. Таблица ниже поможет спокойно проверить систему от простого к сложному.

Учтите, что по одному признаку окончательный диагноз не ставят — в таблице перечислены возможные направления проверки.

Отдельно о работе воздушных блоков во влажную и морозную погоду: появление инея на рёбрах уличного испарителя и периодическое включение штатного цикла оттайки сами по себе аварией не являются. Бить тревогу и останавливать агрегат нужно тогда, когда автоматика оттайки не справляется и теплообменник зарастает плотной ледяной шубой, перекрывающей поток воздуха.

Короткий контрольный список просчётов, из-за которых самодельные проекты чаще всего остаются незаконченными:

Шаг 1. Рассчитайте зимние теплопотери дома и определите, какая температура воды нужна вашим приборам отопления.

Шаг 2. Проверьте доступный источник тепла на участке и возможности домашней электросети с учётом пусковых токов.

Шаг 3. Выберите подходящую вашим условиям схему: «воздух-воздух», «воздух-вода», «вода-вода» или геотермальную «грунт-вода».

Шаг 4. Если устраивает воздушный обогрев помещений, сначала проверьте характеристики готовой зимней сплит-системы без кустарных переделок.

Шаг 5. Подберите согласованный комплект узлов, автоматики и защит и заранее запланируйте участие специалиста для сборки холодильного контура и электрики.

Шаг 6. После запуска измерьте фактические температуры, расходы и потребление энергии и сверьте полученный результат с проектом.