Применение и изготовление теплового насоса Френетта своими руками

Разновидности теплового агрегата Френетта

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).

Процесс сборки теплового насоса своими руками

Сначала в корпусе для труб отопления проделываются два отверстия специально для труб отопления. Стержень с резьбой устанавливается по центру корпуса. На эту резьбу навинчивайте гайку, ставьте диск, потом навинчивайте следующую гайку и пр. И так монтаж дисков продолжается до полного заполнения корпуса.

Потом в систему заливается масло, к примеру, хлопковое. Корпус закрывается и фиксируется на стержень. К проделанным отверстиям подводите трубы радиатора. Электродвигатель присоединяете к центральному стержню, он гарантирует вращение. Прибор можно включить в сеть и проверить его работу.

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.

После этого на ось электродвигателя крепятся подготовленные диски из металла. Их общее количество и промежуток между их вешними кромками и цилиндром прямо влияют на КПД будущего насоса. Он прямо пропорционален количеству установленных дисков и обратно пропорционален упомянутому выше расстоянию.

Изготавливая тепловой насос Френетта своими руками, следует, накрутив очередной диск на несущую ось, в качестве прокладки установить гайку (5 мм).

Далее в цилиндре, выполняющем роль статора, выполняется два отверстия. Через верхнее масло подаётся в отопительную систему. Через нижнее – возвращается в цилиндр.

Для упрощения управления данным изделием дополнительно собирается АСК – система контроля, выполняемого в автоматическом режиме, запускающая насос при достижении в помещении температуры, величина которой опускается ниже минимально разрешённой.

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.

Частота вращения вала

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.

Группа ученых из Хабаровска

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.

Самостоятельное изготовление устройства

Обзор вариантов устройства насоса Френетта позволяет понять, что принципы его работы с той или иной долей эффективности могут быть использованы в конструкциях различного типа и вида. Основная идея остается прежней: узкое пространство между элементами из металла, заполненное маслом, и вращение с помощью электродвигателя.

На схеме представлен вариант теплового насоса Френетта, который обычно используется для самостоятельного изготовления устройства. Основа конструкции – металлические диски, разделенные гайками (+)

Чтобы изготовить такое устройство надо подготовить необходимые материалы:

  • полый цилиндр из металла;
  • набор одинаковых стальных дисков с отверстием по центру;
  • набор гаек высотой 6 мм;
  • стальной стержень с резьбой:
  • электродвигатель с удлиненным валом;
  • подшипник;
  • радиатор отопления;
  • соединительные трубы.

Размеры насоса могут быть больше или меньше. Но расстояние между дисками следует выдержать точно – 6 мм. В качестве разделителей используются стандартные гайки, а стальной стержень является центром конструкции.

Его толщина должна соответствовать диаметру гайки. Если стержня с резьбой под рукой не оказалось, ее придется просто нарезать.

Металлические диски для теплового насоса Френетта должны быть чуть меньше диаметра цилиндрического корпуса, чтобы обеспечить свободное вращение и борлее эффективный нагрев теплоносителя

Очевидно, что и отверстие в дисках должно быть таким, чтобы их можно было свободно надеть на осевой стержень. Наружный диаметр дисков должен быть меньше корпуса на несколько миллиметров. Если готовых элементов под рукой не оказалось, диски вырезают самостоятельно из листового металла или поручают эту работу токарю.

Стальные диски для теплового насоса Френетта можно вырезать в домашних условиях, если в наличии имеется подходящее оборудование

Цилиндрический корпус можно сделать из старой металлической емкости подходящей конфигурации или же сварить из металла. Подойдет и обрезок широкой металлической трубы.

К торцам цилиндра приваривают стенки. Корпус должен быть герметичным, чтобы масло не протекало. В верхнем и нижнем торце корпуса следует сделать дополнительные отверстия: для входа и выхода труб отопления, ведущих к радиатору.

Разумеется, все места соединения труб следует загерметизировать. Для резьбовых соединений используют специальные уплотнители: ФУМ-ленту, лен и т.п. Если решено использовать полипропиленовые трубы, понадобятся специальные фитинги и, возможно, паяльник для монтажа таких труб.

Для работы насоса Френетта высокопроизводительный электродвигатель не нужен. Подойдет устройство, снятое со старой или сломанной бытовой техники, например, с обычного вентилятора.

Чтобы стержень вращался свободно, нужен подходящий подшипник стандартных размеров. Когда все элементы подготовлены, можно начинать сборку устройства. Сначала на нижнюю часть внутри корпуса устанавливают центральную ось с подшипником. Затем на ось навинчивают разделительную гайку, затем надевают диск, снова – гайку, снова – диск и т.д.

Диски с гайками чередуют до тех пор, пока корпус не будет заполнен доверху. Еще на этапе подготовки можно сделать предварительные расчеты по количеству необходимых дисков и гаек.

Нужно к толщине гайки (6 мм) прибавить толщину диска. Высоту корпуса разделить на эту цифру. Полученное число даст сведения о нужном количестве пар “гайка+диск”. Последней устанавливают гайку.

После того, как корпус заполнен этими подвижными элементами, его заполняют жидким маслом. Тип масла значения не имеет, можно взять минеральное, хлопковое, рапсовое или любое другое масло, которое хорошо переносит нагрев и не застывает. После этого конструкцию накрывают верхней крышкой и аккуратно ее заваривают.

К этому моменту трубы радиатора уже обычно присоединены к крышкам. Для удобства во время дальнейшего монтажа и обслуживания устройства на трубах можно поставить два запорных крана. Теперь к валу двигателя нужно присоединить ось теплового насоса.

Систему включают в сеть, проверяют наличие протечек, оценивают характеристики работы устройства.

Изготовленный своими руками тепловой насос Френетта можно подключить к обычному чугунному или биметаллическому радиатору, который обеспечит необходимый отопительный эффект

Если все сделано правильно, ось с дисками начнет раскручиваться, разогревая находящееся внутри устройства масло. Горячий теплоноситель станет перемещаться через верхнее отверстие по трубе в радиатор отопления. Остывшее масло будет возвращаться в корпус теплового насоса по нижней трубе для повторного нагрева.

Типы обогревателей

Кавитационный котел отопления относится к одному из распространенных типов обогревателей. Наиболее востребованные из них:

  1. Роторные установки, среди которых особого внимания заслуживает устройство Григгса. Суть его действия основана на центробежном насосе роторного действия. Внешне описываемая конструкция напоминает диск с несколькими отверстиями. Каждая такая ниша называется ячейкой Григгса, их количество и функциональные параметры взаимозависимы с частотой вращения привода, типом применяемой генераторной установки. Рабочая жидкость подогревается в пространстве между ротором и статором из-за быстрого перемещения по дисковой поверхности.
  2. Статические обогреватели. Котлы лишены каких-либо передвигающихся деталей, кавитация в них обеспечивается за счет специальных элементов Лаваля. Установленный в отопительную систему насос задает необходимое давление воды, которая начинает быстро передвигаться и подогреваться. За счет узких отверстий в соплах жидкость перемещается в ускоренном режиме. Из-за ее быстрого расширения достигается необходимая для обогрева кавитация.

Особенность статического агрегата заключается в отсутствии вращающихся деталей, чем и обуславливается его продолжительный эксплуатационный срок. Длительность работы без технического обслуживания достигает 5 лет. Если же сломается сопло, его без труда можно заменить, что стоит гораздо дешевле в сравнении с приобретением нового рабочего элемента в роторную установку.

Варианты конструкции насоса Френетта

Евгений Френетт не только изобрел устройство, названное его именем, но и неоднократно его усовершенствовал, придумывая все новые, более эффективные варианты прибора. В самом первом насосе, который изобретатель запатентовал в 1977 году, были использованы только два цилиндра: наружный и внутренний. Полый наружный цилиндр был больше диаметром и находился в статичном состоянии. Диаметр внутреннего цилиндра при этом был немного меньше, чем размеры полости наружного цилиндра.

Это схема самого первого варианта теплового насоса Френетта. Вращающийся вал расположен горизонтально, теплоноситель помещен в узкое пространство между двумя рабочими цилиндрами

В получившееся узкое пространство между стенками двух цилиндров изобретатель залил жидкое масло. Разумеется, та часть конструкции, в которой находился этот жидкий теплоноситель, была тщательно заделана, чтобы не допустить протечек масла.

Внутренний цилиндр соединяют с валом электродвигателя таким образом, чтобы обеспечить его быстрое вращение относительно неподвижного большого цилиндра. На противоположном торце конструкции был помещен вентилятор с крыльчаткой. Во время работы масло разогревалось и передавало тепло воздуху, окружающему устройство. Вентилятор позволял быстро распространить теплый воздух по всему объему помещения.

Поскольку нагревалась эта конструкция довольно, ради удобного и безопасного использования конструкция была спрятана в защитный корпус. Разумеется, в корпусе были сделаны отверстия для циркуляции воздуха. Полезным дополнением к конструкции стал термостат, с помощью которого работу насоса Френетта можно было автоматизировать до некоторой степени.

Центральная ось в такой модели теплового насоса расположена вертикально. Двигатель находится внизу, затем установлены вложенные друг в друга цилиндры, а сверху находится вентилятор. Позднее появилась модель с горизонтальным расположением центральной оси.

Модель теплового насоса Френетта с горизонтально ориентированным вращающимся валом была использована вместе с радиатором отопления, внутри которого циркулировало нагретое масло

Именно такое устройство впервые было использовано в сочетании не с вентилятором, а с радиатором отопления. Двигатель помещен сбоку, а вал ротора проходит через вращающийся барабан и выходит наружу. В устройстве этого типа вентилятор отсутствует. Теплоноситель из насоса по трубам перемещается в радиатор. Подобным же образом нагретое масло можно вывести и на другой теплообменник или же прямо в трубы отопления.

Позднее конструкция теплового насоса френетта была существенно изменена. Вал ротора по-прежнему остался в горизонтальном положении, а вот внутренняя часть была сделана из двух вращающихся барабанов и помещенной между ними крыльчатки. В качестве теплоносителя здесь снова используется жидкое масло.

В этом варианте теплового насоса Френетта два цилидра вращаются рядом, они разделены крыльчаткой особой конструкции из очень прочного металла

При вращении этой конструкции масло дополнительно нагревается, поскольку проходит через специальные отверстия, сделанные в крыльчатке, а затем проникает в узкую полость между стенками корпуса насоса и его ротором. Таким образом, эффективность насоса Френетта была существенно повышена.

По краям крыльчатки для теплового насоса Френетта сделаны небольшие отверстия. Теплоноситель быстро и эффективно нагревается, проходя через них

Однако стоит отметить, что для изготовления в домашних условиях этот тип насоса не слишком подходит. Для начала понадобится найти достоверные чертежи или рассчитать конструкцию самостоятельно, а это под силу только опытному инженеру. Затем понадобится найти особую крыльчатку с отверстиями подходящего размера. Этот элемент теплового насоса работает при повышенных нагрузках, поэтому он должен быть выполнен из очень прочных материалов.

Рекомендации по использованию прибора

Стоит отметить, что вариации насоса Евгения Френетта с использованием воды в качестве теплоносителя все же существуют. Но обычно это большие промышленные модели, которые используются на специализированных предприятиях. Работа таких устройств строго контролируется с помощью специальных приборов. Обеспечить подобный уровень безопасности в домашних условиях практически невозможно.

Общая схема промышленного теплогенератора, разработанного хабаровскими учеными: 1 — емкость; 2 — входной патрубок; 3 — выходной патрубок; 4 — водонагреватель; 5 — подшипниковый вал. В качестве теплоносителя используется вода

Самая популярная версия насоса Френетта, в котором в качестве теплоносителя используется вода, а не масло, это устройство, разработанное учеными из Хабаровска: Назыровой Натальей Ивановной, Леоновым Михаилом Павловичем и Сярг Александром Васильевичем. В этой грибовидной конструкции вода специально доводится до кипения и превращается в пар.

Затем используется реактивная сила пара, чтобы повысить скорость перемещения жидкого теплоносителя по каналам насоса до 135 метров в минуту. В результате затраты энергии на перемещение теплоносителя минимальны, а отдача в виде тепловой энергии очень высокая. Но такой агрегат должен быть исключительно прочным, и его работу следует постоянно контролировать, чтобы избежать аварии.

Что же делать, если с помощью насоса Френетта предполагается организовать обогрев большого помещения или целого дома? Вода — традиционный теплоноситель, большинство отопительных систем рассчитаны именно на него. Да и заполнение целой отопительной системы подходящим жидким маслом может оказаться делом затратным.

Решается этот вопрос очень просто. Нужно дополнительно соорудить обычный теплообменник, в котором разогретое масло будет обогревать воду, циркулирующую по отопительной системе. Некоторое количество тепла будет при этом потеряно, но общий эффект останется достаточно ощутимым.

Тепловой насос Френетта можно успешно использовать в сочетании с системами водяного теплого пола. Но вместо воды в трубы нужно залить жидкое масло

Интересной идеей может стать использование насоса Френетта в сочетании с системой теплого пола. Теплоноситель при этом пускают по узким пластиковым трубам, уложенным в бетонную стяжку. Функционирует такая система обогрева так же, как и обычный водяной теплый пол. Разумеется, проект этого типа можно реализовать только в частном доме, поскольку для высотных многоквартирных домов разрешается использовать исключительно электрический теплый пол.

Практичный и удобный способ применения такого прибора — отопление небольшого помещения: гаража, сарая, мастерской и т.п. Насос Френетта позволяет эффективно и быстро решить проблему автономного отопления в таких местах. Затраты электроэнергии для его работы невелики по сравнению с получаемым при этом тепловым эффектом, а соорудить такой агрегат не сложно из самых простых материалов.

Как сделать тепловой насос Френетта своими руками

Классическая конструкция системы предполагает наличие ротора и статора (цилиндров разных размеров). В современных модификациях их заменяют на стальные диски. Также в классической схеме присутствует лопастный вентилятор. Он направляет теплый воздух в отапливаемое помещение. При замене ротора и статора на стальные диски потребность в вентиляторе отпадает. Его нельзя назвать особо эффективной частью конструкции, плюс, он создает шум.

В качестве теплоносителя лучше использовать натуральное масло. Оно обладает высокой термической стабильностью и устойчивостью к окислению. Такое масло не токсично и не выделяет вредных газов. Еще один полезный совет: оборудуйте агрегат термодатчиком, чтобы он мог автономно включаться и отключаться. А чтобы сэкономить на самостоятельной сборке и не покупать новый силовой элемент, используйте электродвигатель от старых приборов.

Инструменты и рабочий вариант самодельного насоса

Для сборки вам понадобятся:

  • цилиндр;
  • электродвигатель с удлиненным валом;
  • трубы и радиаторы от отопительной системы;
  • силовой кабель, сальники, уплотнители, гайки, патрубки;
  • стальные диски (их диаметр должен быть меньше диаметра цилиндра).

Важно знать: эффективность установки зависит от количества стальных дисков. Чем их больше, тем выше КПД вы получите

Поэтапная сборка:

  1. Поместите вал электродвигателя в цилиндр. Все узлы проложите уплотнителями и сальниками.
  2. Установите диски на вал и закрепите их гайками. Чем дальше от стенок цилиндра вы установите диски, тем будет выше КПД прибора.
  3. Сверху конструкции проделайте два отверстия. Через первое будет подаваться теплоноситель, а через второе — масло из отопительной системы.
  4. Присоедините патрубки к цилиндру, а кабель — к электродвигателю. Налейте в цилиндр масло.
  5. Убедитесь, что прибор не протекает. Если нашлись протечки, устраните их резиновыми прокладками или другими уплотнителями.

Перед использованием агрегата в системе отопления следует рассчитать его эффективность, которая напрямую зависит от КПД. В противном случае тепла будет либо недостаточно, либо наоборот. Тогда вам придется постоянно включать и отключать насос. Но даже в этом случае есть выход — установка термодатчика. С ним насос будет самостоятельно регулировать свою работу без вашего вмешательства.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Схема работы прибора по пунктам:

  • носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
  • затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
  • во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
  • газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
  • горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
  • завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Алгоритм изготовления своими руками

Правила изготовления агрегата:

  • Определитесь с источником, от которого будет работать контур отопления. В областях с суровым климатом советуют использовать источники, расположенные под землей, в регионах с теплым климатом энергию можно получать из воздуха.
  • Выполните расчет мощности агрегата. Она зависит от качества утепления дома. Если здание не обшито утеплителем, то рекомендуемая мощность прибора — 70 Вт/м 2 . Только такой агрегат создаст комфортный микроклимат внутри здания. Для домов, утепленных современным материалом, подойдет мощность в 45 Вт/м 2 . В здании, утепленном по специальной технологии, не используется мощный агрегат. Рекомендуют брать мощность в 25 Вт/м 2 . Если мощность увеличить, то внутри помещения будет слишком высокая температура.
  • Подготовьте основное и дополнительное оборудование.
  • Выполните монтаж узлов и сборку системы. После этого подключите ее к источнику.

Применение кондиционера

Схема теплонасоса из кондиционера

Особенность кондиционера заключается в том, что по принципу работы он напоминает тепловой насос.

Но, есть некоторые отличия. Прежде всего, стоит отметить температурный режим работы климатической техники. Сплит-системы не желательно использовать при низких температурах.

Чтобы изготовить теплонасос из кондиционера, необходимо провести ряд модификаций и перепланировок:

  1. Первый способ сборки насоса заключается в переделки кондиционера. В этом случае наружный и внутренний блок меняются местами. Во внутреннем блоке находится испаритель, который нужен для передачи низкопотенциального тепла. Во внешнем же блоке установлен конденсатор, который передает тепловую энергию. В качестве теплоносителя системы отопления может использоваться как воздух, так и вода. Во втором случае конденсатор монтируется в специальный резервуар, где будет проводиться передача тепла.
  2. Второй способ заключается в установке в систему четырех ходового переключающего клапана. Выполнить такую работу смогут только профессионалы. Особенно это касается установки теплового зонда.
  3. Третий вариант заключается в полной разборке климатической техники. Детали используются для сборки теплонасоса по обычной схеме: испаритель – компрессор – конденсатор.

К сборке теплового насоса на основе кондиционера стоит подойти очень внимательно и лучше привлечь профессионала. От правильности сборки будет зависеть продуктивность агрегата.

Перед тем как приступать к сборке теплонасоса, стоит задуматься над утеплением дома. Если строение обладает низкими теплоизоляционными свойствами, то эффективность использования насоса и других источников тепла значительно снизиться.

Такие насосы лучше использовать в низкотемпературных системах отопления. В данном случае оптимальным вариантом станет теплый пол. Учитывая все особенности сборки, вполне реально соорудить тепловой насос своими руками.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно разъясняет схему использования теплового насоса, сделанного из кондиционера своими руками:

Термоэлектрогенератор

Термоэлектрические явления
Принципы

  • эффект Эттингсгаузена
  • Эффект Нернста — Эттингсгаузена
Применения

  • Термоэлектрические материалы
  • Термопара
  • Элемент Пельтье
  • Термоэлектрогенератор
  • Радиоизотопный термоэлектрический генератор

У этого термина существуют и другие значения, см. Генератор.

Термоэлектрогенератор

— это техническое устройство (электрический генератор), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).

История изобретения термоэлектрогенераторов

В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что температурный градиент, образованный между двумя разнородными проводниками, может производить электричество.

В 1822 году он опубликовал результаты своих опытов в статье «К вопросу о магнитной поляризации некоторых металлов и руд, возникающей в условиях разности температур», опубликованной в докладах Прусской академии наук.

В основе термоэлектрического эффекта Зеебека лежит тот факт, что температурный градиент в токопроводящем материале вызывает тепловой поток; это приводит к переносу носителей заряда. Поток носителей заряда между горячими и холодными областями, в свою очередь, создает разность потенциалов.

В 1834 году Жан-Шарль Пельтье обнаружил обратный эффект, при котором происходит выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников.

Типы применяемых термоэлектрогенераторов

  • Топливные: тепло от сжигания топлива (природный газ, нефть, уголь) и тепло от горения пиротехнических составов (шашек).
  • Радиоизотопные: тепло от распада изотопов (распад не контролируется и работа определяется периодом полураспада).
  • Атомные: тепло атомного реактора (уран-233, уран-235, плутоний-238, торий), как правило, здесь термоэлектрогенератор — вторая и третья ступень преобразования.
  • Солнечные: тепло от солнечных коллекторов (зеркала, линзы, тепловые трубы).
  • Утилизационные: Тепло из любых источников, выделяющих сбросное тепло (выхлопные и печные газы и др).
  • Градиентные: основанные на естественном перепаде температур между окружающей средой и помещением (оборудованием, технологическим трубопроводом с теплой транспортируемой средой и т.д.) с применением первоначального пускового тока. В основе данного типа термоэлектрогенераторов — использование части полученной электрической энергии от эффекта Зеебека для преобразования в тепловую по закону Джоуля-Ленца.

Полупроводниковые материалы для прямого преобразования энергии

Для термоэлектрогенераторов используются полупроводниковые термоэлектрические материалы, обеспечивающие наиболее высокий коэффициент преобразования тепла в электричество.

Список веществ, имеющих термоэлектрические свойства, достаточно велик (тысячи сплавов и соединений), но лишь немногие из них могут использоваться для преобразования тепловой энергии.

Современная наука постоянно изыскивает новые и новые полупроводниковые композиции и прогресс в этой области обеспечивается не столько теорией, сколько практикой, ввиду сложности физических процессов, происходящих в термоэлектрических материалах.

Определённо можно сказать, что на сегодняшний день не существует

термоэлектрического материала, в полной мере удовлетворяющего промышленность своими свойствами, и главным инструментом в создании такого материала является эксперимент. Важнейшими свойствами полупроводникового материала для термоэлектрогенераторов являются:

  • КПД: Желателен как можно более высокий КПД;
  • Технологичность: Возможность любых видов обработки;
  • Стоимость: Желательно отсутствие в составе редких элементов или их меньшее количество, достаточная сырьевая база (для расширения сфер ассимиляции и доступности);
  • Коэффициент термо-ЭДС: Желателен как можно более высокий коэффициент термо-ЭДС (для упрощения конструкции);
  • Токсичность: Желательно отсутствие или малое содержание токсичных элементов (например: свинец, висмут, теллур, селен) или их инертное состояние (в составе сплавов);
  • Рабочие температуры: Желателен как можно более широкий температурный диапазон для использования высокопотенциального тепла и, следовательно, увеличения преобразуемой тепловой мощности.

Что такое тепловой насос

Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа — теплового насоса.

Тепловой насос — устройство, которое использует тепло окружающей природы — воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса — фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.

Принцип работы теплового насоса — перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую — в систему отопления.

Казалось бы, тепловой насос — сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник — тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло — охлаждая продукты и грея импровизированную «систему отопления» — решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.

Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.

Схема работы теплового насоса

Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора — а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются — они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три — контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления. Виды тепловых насосов и их краткое сравнение

Важнейшая классификация тепловых насосов — по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления

Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов — по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.

Воздушные тепловые насосы — первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке — не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.

Воздушный тепловой насос DANFOSS установлен для отопления небольшого коттеджа

Водяные тепловые насосы — более стабильный вариант для отопления коттеджа. Как правило, его схемы работы заключается в том, что тепловой насос перекачивает воду из одной скважины в другую, отбирая у нее небольшое количество тепла. Производительность и эффективность таких тепловых насосов не зависит от температуры уличного воздуха, но нельзя дать 100% уверенность, что уровень воды в скважине не уменьшится.

Принцип работы водяного теплового насоса

Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже — тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором

Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами

В целом, при правильном подходе, тепловой насос — удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.

Пример котельной с тепловым насосом DANFOSS для отопления и нагрева горячей воды zen.yandex.ru/media/teplo/

С вами продолжает мастерить дед Андрей…

Итоги

Несомненно, стоимость теплового насоса из кондиционера в разы ниже готовых заводских вариантов, даже китайского производства. Но нюансов тут море: нужно позаботиться об источнике и количестве подаваемого тепла, правильно рассчитать длину теплообменников (змеевиков), установить автоматику, обеспечить гарантированное питание, и т.д. Но если вы в состоянии решит эти проблемы, то это, несомненно, выгодно. Позволим дать вам совет: в первый год очень желательно иметь резервное отопление, а испытания и пробный пуск, лучше проводить еще летом, чтобы было время на доработку агрегата до начала отопительного сезона.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitter
Напишите комментарий