Отопление и горячее водоснабжение частных домов могут эффективно осуществляться с помощью теплового насоса вода-вода, функционирующего от природных источников: подземных вод, рек, водоемов и т.д. Такая система экологически безопасна, не нуждается в постоянном пополнении расходными материалами, что повышает ее популярность.
Описаны варианты тепловых насосов, работающих на энергии воды для отопления бытовых систем. Для заинтересованных в самостоятельном строительстве дана информация о принципах работы популярных вариантов и технологии монтажа. В тексте указано необходимое оборудование для функционирования системы.
Как функционирует водоводной тепловой насос.
Тепловой насос действует по принципу цикла Карно: вещество в замкнутой системе, изменяя агрегатное состояние под воздействием химических, физических или термических факторов, поглощает и выделяет большое количество тепловой энергии.
В качестве рабочей среды используется нагретая вода, добываемая из скважин или водоемов.
В подземных источниках тепла зимой поддерживается плюсовая температура, позволяя получать энергию круглогодично. Недостатком системы является большой энергопотребление и потребность в приобретении вспомогательного оборудования.
Основные составные части теплового насоса типа вода-вода.
- компрессор;
- испаритель;
- конденсатор;
- расширительного индукционного клапана;
- Система, которая контролирует показатели автоматически.
- множественные магистрали из медных труб;
- рабочее вещество (хладагент).
Специальный насос подает воду по трубкам из источника в тепловую установку. Там она взаимодействует с газом (фреоном), кипящим при температуре +2-3 градуса. Фреон поглощает часть тепла воды и компрессор засасывает его. Во время сжатия температура фреона повышается.
Хладагент движется дальше к конденсатору, где нагретое вещество подогревает воду до заданной температуры (от 40 до 80 градусов). Теплая вода поступает в трубы системы отопления.
Охлажденная вода подаётся в испаритель, после чего стекает в приемную скважину. После конденсатора хладагент становится жидким и собирается на дне элемента, затем через дроссель возвращается к исходному месту. Цикл повторяется.
На что смотреть при обустройстве такого отопления?
Существуют различные модели тепловых насосов, подходящие для помещений любой площади и назначения, а также функционирующие в разнообразных условиях. Оборудование рассчитано на отопление домов площадью от 50 до 150 квадратных метров.
Ориентир №1 — жесткость воды
При подборе техники важно учитывать качество воды из источника. Не все устройства функционируют должным образом в случае высокой минерализации, насыщенности марганцем и железом.
Большое количество данных элементов отрицательно сказывается на работе системы: трубы подвергаются интенсивному образованию коррозии, снижающему эффективность оборудования и сокращающему срок службы.
Перед приобретением теплового насоса стоит… пробу воды Проводят анализ воды на содержание микроэлементов: сероводорода, аммиака, хлора и других. При температуре воды более +13 градусов вероятнее всего наблюдается повышенное содержание ионов железа и марганца.
Выбор теплового насоса «вода-вода» учитывает жесткость воды. Существуют системы с максимальной защитой элементов от коррозии, однако их стоимость выше.
Ориентир №2 — режим работы
Тепловой насос подходит для работы как самостоятельного источника тепла и совместно с другими системами. Выбор модели зависит от режима эксплуатации устройства.
Существует два способа работы системы.
- Моновалентный. Эти приборы очень мощные и способны обогревать дом.
- Бивалентный. Менее эффективные приборы поддерживают работу основной системы отопления.
Для создания самодостаточной системы с главным нагревателем типа «вода-вода» необходим одноядерный вид.
Ориентир №3 — мощность насоса
Мощность – ключевой критерий при выборе теплового насоса, поскольку от неё зависят возможности системы. Высокая мощность повышает КПД, но увеличивает потребление электроэнергии.
Если выбранное устройство недостаточно мощное, то при высоких теплопотерях дома эффективность системы снизится, так как произведенной энергии окажется меньше, чем тепла, которое необходимо отводить. Несмотря на круглосуточную работу, тепловой насос не будет эффективен из-за понижения температуры воды.
При снижении температуры в помещении ниже заданной системой, насос включается на несколько минут для подогрева воды до требуемой величины и её подачи по системе. После этого насос отключается до тех пор, пока температура не упадет на несколько градусов. Цикл повторяется.
Ориентир №4 — функцинал конкретной модели
Тепловые насосы могут иметь дополнительные возможности.
- Система автопилота для контроля температуры и влажности в комнате по индивидуальному запросу пользователя.
- Нагрев воды для горячей воды.
- Шумоизоляционный корпус.
- Подключение к другим системам отопления и солнечным коллекторам позволит сделать оборудование для обогрева полностью автономным.
Тепловые насосы типа «вода-вода» служат более тридцати лет.
Важным критерием при выборе техники считаются расходы на установку и монтаж.
Определение требуемой мощности теплового насоса.
Перед приобретением системы следует подготовить проект и определить требуемую мощность оборудования. Расчет производительности ведется, исходя из реальных потребностей в тепловой энергии, с учетом расхода тепла, потерь тепла в доме и наличия/отсутствия контуров. ГВС.
Алгоритм расчета:
- Рассчитываем общую площадь обогреваемых помещений.
- Вычислим требуемую энергию для обогрева. Для одного квадратного метра требуется 0,07 кВт.
- Для обогрева дома площадью N квадратных метров потребуется N*0,07 киловатт.
- Для ГВС К получившемуся числу прибавляют еще от 15 до 20 процентов, то есть N на 0,07 умноженное на 0,85 или N на 0,07 умноженное на 0,80.
Данный расчёт подходит для комнат с потолками до 2,7 метра. Точные данные определят специалисты при разработке проекта.
Подготовительные работы перед эксплуатацией
Подготовка к монтажу, подключению и пуску теплового насоса системы «вода-вода» предполагает выполнение определённых шагов, которые рассмотрим ниже.
Выбор оптимального источника воды
Важно подчеркнуть, что не каждый открытый ресурс или… водяная скважина Для непрерывной работы теплового насоса подходит вода определенного качества. В случае загрязнения воду очистят фильтры.
Возможна эксплуатация ближайшего к постройке водоема или пруда, если расстояние до него не превышает ста метров. В отсутствие такового потребуется обустройство скважин.
Водоемы предпочтительнее грунтовых вод по причине большей предсказуемости их поведения.
Установка отопления с помощью скважины.
Для установки системы с тепловым насосом потребуется две скважины: одна дебитная и другая приемная. В дебитную скважину погружается насос, который откачивает воду для обработки в системе. В приемную скважину сливается охлаждённая вода.
Максимальная глубина дебитовой скважины — 50 метров. Чем ниже находится источник воды, тем сильнее необходим насос для её поднятия, что влечет за собой увеличение потребления энергии.
Устройство дебетовой скважины
Перед использованием скважины нужно выяснить её вододальный потенциал и рассчитать потребность в воде для отопления всего помещения. Повышение температуры воды уменьшает требуемое её количество для обогрева.
Важно предварительно рассчитать объем VТепловая энергия, необходимая для обогрева помещения, добывается из скважины насосом и используется за один час. Производительность данного насоса определена числом … Q кВт, а потребляемая мощность – числу P Также нужно выяснить температуру грунтовых вод. t1) и их температуру после темплообмена (t2).
Расчет необходимого объема воды за час осуществляется по следующей формуле:
V = (Q-P)/(t1-t2).
Определить способность дебетовой скважины обеспечивать нужный объем воды аналитически невозможно, поэтому проводят ее испытание. В течение трех дней насос непрерывно перекачивает воду из скважины. Этим проверяется и приемная скважина на возможность принимать необходимое количество воды при высокой нагрузке.
Понимание того, что грунтовые воды ведут себя непредсказуемо, важно. Со временем количество воды из скважины может уменьшиться. Весной наблюдаются приливы, а зимой — наоборот, уровень воды падает. В случае недостатка воды в скважине система автоматически отключается, отопление не осуществляется.
Особенности приемной скважины
Трубчатый колодец устанавливают ниже уровня залегания грунтовых вод по направлению их естественного течения. Установить направление движения воды аналитическим путем не представляется возможным, поэтому на практике выбирают произвольную скважину для забора воды и запускают в нее… погружной насос.
В случае стабильного уровня воды в процессе работы система выбрана верно. При падении уровня и снижении температуры требуется переставить скважины местами. погружной насос в другое отверстие.
Сливную трубу следует поместить в приемную скважину так, чтобы она была погружена на несколько сантиметров в воду, не касаясь дна. Сброс отработанной жидкости сверху грозит заболачиванием. Трубчатый колодец может перестать принимать воду и засориться.
Перелив может привести к затоплению, а зимой — к обледенению. Лучшим вариантом для приемного источника служит река или пруд. При отсутствии таких объектов рядом придется бурить дополнительную или дополнительные приемные скважины в качестве предосторожности против перелива.
Нельзя определить заранее, будет ли скважина принимать воду, ни анализом, ни испытанием. Опыт показывает, что скважина для слива воды может без перерыва поглощать её длительное время, но может также выйти из строя за сезон.
Технологии, позволяющие использовать одну скважину как для подачи, так и для водозабора, существуют, но применяются редко из-за низкой эффективности. Эксплуатация таких систем может приводить к трудностям, снижению температуры воды, заболачиванию и другим проблемам.
Устройство системы с использованием водоема
Для правильного выбора пруда важно чтобы его глубина была достаточной, чтобы нижние слои воды не замерзали во время сильных морозов. В южных регионах оптимальной глубиной будет примерно 1 метр, а в северных – от 3 метров. Пруд также должен быть стабильным: колебания уровня воды и её уменьшение недопустимы.
В качестве труб следует применять модели… ПНДТрубы отличаются долговечностью и надежностью. Необходимо защищать трубы от промерзания, обеспечивая дополнительное утепление, и от прорывов.
Подготовка жилья к монтажу теплового насоса.
Для работы теплового насоса типа «вода-вода» в доме необходима водяная система отопления с трубами и радиаторами. В целях повышения теплоизоляции можно укладывать трубы для отопления и в полы, и в стены.
Для эксплуатации оборудования по подаче горячей воды в доме требуется система ее сбора. Работа насоса зависит от подключения к электросети с постоянным напряжением.
Без дополнительных мероприятий по теплоизоляции дома (утепления снаружиБез утепления дома, установки двухкамерных окон и подобных мероприятий использование теплового насоса бессмысленно.
Специалисты рекомендуют дополнительно установить систему вентиляции приточного типа С системой обогрева воздуха. Фреон, применяемый в оборудовании, опасен для человека. В случае неполадок в системе… микроразрывыЕсли газ выйдет, то вытеснит из помещения воздух. Хладагент может спровоцировать обострение заболеваний легких, приступы удушья у человека.
Тепловой насос — устройство большой массы, вес которого может составлять до тонны (в зависимости от мощности и габаритов). В связи с этим установка иногда требует создания отдельного фундамента, не связанного с основанием дома.
При установке необходимо учитывать максимальные габариты помещения и соблюдать дистанцию от стен, прописанную в инструкции к оборудованию.
Дополнительное оборудование
Выбор дополнительного оборудования для теплового насоса Решить эту задачу важно для того, чтобы отопительная система прослужила долго и не вызывала затруднений при работе.
Погружной насос для скважин и водоемов
При использовании системы отопления с тепловым насосом для нагрева воды, маломощное устройство может снизить давление в кранах.
Мощный насос устранит это, но будет расходовать больше электроэнергии. Минимально допустимая мощность при работе… ГСВ — 1 кВт.
Существует множество различных модификаций погружных При выборе насосов руководствуются тремя критериями.
- Количество жидкостиНасос должен иметь достаточную мощность для перекачки воды, которая зависит от ее объема.
- Глубина скважины Чем больше глубина скважины, тем мощнее должно быть оборудование.
- Диаметр скважины Чаще всего выбирают шахты диаметром 4 дюйма, так как для них разработано больше всего насосов по сравнению с 3-дюймовыми.
Для определения глубины скважины нужно привязать груз к веревке и опустить его в колодец. Влажная часть веревки покажет общую глубину скважины, а сухая – расстояние от уровня воды до ее поверхности.
Шахтам подходят как общепринятые насосы, так и оборудование, предназначенное для скважин. Если разработку шахты ведут специалисты, она меньше забивается песком, благодаря чему можно применять общепринятый насос.
Насосы, разработанные для скважин, стоят дороже, но эффективно справляются с песком и грязью, забиваются реже. Универсальные более чувствительны к большому содержанию органики, требуют частой очистки от загрязнений, что снижает срок их службы.
Насосы с автоматикой лучше выбирать, так как при перегреве двигателя, сильном засоре или отсутствии воды в скважине автоматически отключаются.
По принципу действия различают 2 вида погружных насосов:
- Центробежные.
- Вибрационные.
Для работы в скважинах, добывающих воду из известняка, предпочтение отдается центробежным глубинным моделям. Их можно применять при добыче воды с песчинками и глинистой взвесью.
Для подключения теплового насоса к открытому водоёму оптимальны поверхностные насосные установки, созданные для подачи загрязнённой воды, а также доступные вибрационные устройства.
Промежуточный теплообменник теплового насоса
Во время циркуляции фреона в тепловых насосах возможно недостаточное его охлаждение, что провоцирует перегрев компрессора из-за повышенной температуры нагнетания. Улучшение охлаждения вещества позволяет снизить давление в контурах.
Еще одна проблема всех тепловых насосов – возможность смешивания хладагента с водяным паром. В случае попадания жидкости в компрессор возможен… гидроударВ данном случае потребуется ремонт или замена детали. Вода может попасть в масло, но её удаление будет затруднительным.
Установка промежуточного теплообменника устраняет все изложенные трудности. Теплообменники разделяют на три вида: открытого типа, кожухотрубные и змеевиковые.
Изменение конструкции позволяет устранить попадание жидкости в фреон во время работы, сократив риск . гидроудара Компрессор обладает высокой производительностью и расходует мало энергии.
Хорошо подобранные трубы предотвращают закипание жидкости. Клапан необходим с большой пропускной способностью, чтобы жидкость могла поступать в устройство даже при небольшом давлении.
Кожухотрубный теплообменник — это герметичная конструкция. Передача тепла осуществляется через трубки, а рабочая жидкость и хладагент остаются разделены, в отличие от открытых систем, обеспечивая высокое давление для циркуляции пара и воздуха.
Змеевиковый теплообменник оснащен регулятором расхода, управляющим потоком жидкого фреона. габариты устройства определяются мощностью теплового насоса. При выборе изделия следует учитывать функционал и имеющиеся финансовые возможности. Рекомендуется отдавать предпочтение разборным моделям.
Фильтры для теплового насоса
Вода из скважин и водоемов не всегда чиста: в ней могут содержаться песок, грязь, железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и другие микроэлементы. Перед подачей к тепловому насосу необходимо провести фильтрацию воды.
Первым делом нужно удалить крупные примеси — камни, песок, грязь, ил. гидроциклона.
Необходимо установить фильтры для удаления из воды железа, сероводорода, марганца и аммиака.
Можно воспользоваться фильтрами обратного осмоса, умягчителями, обезжелезивателями И модификациями системы для обеспечения питьевой горячей воды необходимо установить угольные фильтры и УФ-стерилизатор, уничтожающий бактерии и вирусы.
Электрогенератор для резервного питания
Работая от электричества, тепловые насосы не обеспечат отопления при отключении сети. Рекомендуется подсоединить генератор, использующий топливо.
Особенности работы такого теплового насоса.
Ежегодно требуется провести визуальный осмотр узлов насоса и следовать рекомендациям по техническому обслуживанию: вовремя смазывать детали и контролировать работу прибора при перемещении воды.
Некоторые виды оборудования требуют периодического осмотра специалистами сервисного центра, как правило, раз в полгода или год. В процессе проверки определяют:
- Вытекание машинного масла из-за трещин в системе.
- качество креплений и соединений;
- уровень давления в баках и контурах;
- неисправности в работе силовой проводки.
Установку теплового насоса «вода-вода» лучше доверить квалифицированным мастерам. Чаще всего неэффективность системы обусловлена её неправильной установкой. Тепловое оборудование подходит для использования как в южных, так и в северных регионах.
Выводы и полезное видео по теме
Видео демонстрирует принцип работы и конструкцию.
Тепловой насос типа «вода-вода» — эффективный и экологичный вариант отопления домов площадью до 150 квадратных метров. Для помещений большей площади возможно потребуется проведение сложных инженерных работ.
По возникшим во время знакомства с информацией вопросам обращайтесь в блок ниже.
Ждём от вас комментарии, вопросы по теме, рассказы и фотографии о создании мини-гидроэлектростанции своими руками.