В частных домах отопление и горячее водоснабжение можно обеспечить с помощью теплового насоса вода-вода, работающего от природных источников: подземных вод, рек, водоемов и так далее. Такая система полностью безопасна для окружающей среды, не нуждается в постоянных расходах на замену деталей, поэтому становится все более популярной.
Описаны варианты тепловых насосов, работающих на водной эко-энергии для передачи тепла в бытовые системы отопления. Домашние мастера узнают принципы работы популярных моделей и технологию их сооружения.
Описание функционирования устройства «тепловой насос вода-вода».
Тепловой насос работает по принципу цикла Карно: вещество в замкнутой системе при изменении своего состояния (жидкое – газообразное) под воздействием химических, физических или термических факторов выделяет и поглощает большое количество тепловой энергии.
Рабочее вещество — это вода, добываемая из скважин или водоемов.
В природных источниках даже зимой на определённой глубине поддерживается положительная температура, позволяющая круглый год получать тепловую энергию. Единственный минус системы – большой расход электричества и покупка дополнительного оборудования.
Основные компоненты теплового насоса типа «вода-вода»:
- компрессор;
- испаритель;
- конденсатор;
- расширительного индукционного клапана;
- Система автоматизированного контроля показателей.
- множественные магистрали из медных труб;
- рабочее вещество (хладагент).
Специальный насос закачивает воду из источника по трубкам в тепловую установку. Там она взаимодействует с газом (фреоном), кипящим при температуре +2-3 градуса. Фреон поглощает часть тепла воды и компрессор всасывает его. Во время сжатия фреона его температура повышается.
Хладагент проходит через конденсатор, затем горячее вещество нагревает воду до установленной температуры (от +40 до +80 градусов), которая распределяется по трубам системы отопления.
Прохладная вода подаётся в испаритель, после чего стекает в приемную скважину. Пройдя конденсатор, хладагент превращается в жидкое состояние и накапливается на дне элемента, затем по дросселю возвращается к началу цикла. Цикл повторяется.
На что смотреть при обустройстве такого отопления?
Существуют многочисленные модификации тепловых насосов, подходящие для помещений различного назначения и размера, функционирующие в разнообразных условиях.
Ориентир №1 — жесткость воды
При выборе оборудования важно учитывать качество воды из скважины или водоема, поскольку не все модели рассчитаны на работу с жесткой водой, богатой марганцем и железом.
Высокая концентрация элементов негативно сказывается на системе: трубы подвергаются интенсификации коррозии, снижается эффективность работы оборудования и сокращается срок его службы.
Перед приобретением теплового насоса следует… пробу водыПроизводят анализ воды на содержание микроэлементов: сероводорода, аммиака, хлора и других. При температуре пруда выше +13 градусов вероятность высокого содержания ионов железа и марганца повышается.
Выбор теплового насоса «вода-вода» зависит от жесткости воды. Существуют системы с повышенной защитой элементов от коррозии, но цена таких систем выше.
Ориентир №2 — режим работы
Тепловой насос может служить самостоятельным источником тепла и комбинироваться с другими системами. При выборе подходящей модели необходимо учесть режим работы устройства.
Система функционирует двумя способами.
- Моновалентный.Устройства мощные, пригодны для отопления дома.
- Бивалентный.Более слабые приборы поддерживают работу основной системы отопления.
Для построения автономной системы с главным тепловым устройством «вода-вода» требуется моновалентная модификация.
Ориентир №3 — мощность насоса
Мощность играет важную роль при выборе теплового насоса, поскольку от неё зависит эффективность системы.
Высокая мощность повышает коэффициент полезного действия, но увеличивает энергопотребление.
Если мощность устройства мала, эффективность системы снизится при большом количестве тепловых потерь в доме и недостаточном объёме выделяемой системой энергии. Независимо от работы теплового насоса круглосуточно, эффект отсутствует из-за понижения температуры воды.
При меньшем количестве потерь тепла в здании, чем теплоотдача системы, насос обычно автоматически запускается на несколько минут для нагрева воды до заданной температуры и ее транспортировки по системе. После этого он отключается до тех пор, пока температура не понизится на несколько градусов, а затем цикл повторяется.
Ориентир №4 — функцинал конкретной модели
Тепловые насосы могут иметь дополнительные возможности.
- Система автоматики для контроля микроклимата внутри помещения по заданным предпочтениям. Включается и настраивается с помощью пульта ДУ.
- Нагрев воды для горячего водоснабжения.
- Шумоизоляционный корпус.
- Подключение к другим системам отопления и солнечным коллекторам позволит сделать оборудование для обогрева полностью автономным.
Тепловые насосы вода-вода служат более тридцати лет.
При подборе техники большое значение имеет цена установки и монтажа.
Определение требуемой мощности теплового насоса.
Перед приобретением системы необходимо разработать проект и определить требуемую мощность оборудования. Производительность рассчитывают с учетом реальных потребностей в тепловой энергии. При этом учитываются затраты тепла, тепловые потери дома и наличеств отсутствия контуров. ГВС.
Алгоритм расчета:
- Рассчитываем суммарную площадь обогреваемых помещений.
- Определим требуемое количество энергии для обогрева. Желательно, чтобы на один квадратный метр приходилось 0,07 киловатта.
- Для обогрева дома площадью N квадратных метров требуется N*0,07 кВт энергии.
- Для ГВСК полученному числу прибавляют еще от пятнадцати до двадцати процентов: произведение числа на 0,07 и либо 0,85, либо 0,80.
Расчет станет наиболее подходящим для комнат с потолками до 2,7 метра. Точные показатели определит специалист при разработке проекта.
Подготовительные работы перед эксплуатацией
Подготовкой к монтажу, подключению и пусконаладке тепловых насосов серии вода-вода охватывается несколько типовых этапов, которые будут рассмотрены ниже.
Выбор оптимального источника воды
Важно подчеркнуть, что не каждый публичный ресурс или… водяная скважинаДля непрерывной работы теплового насоса подходят. Чистота воды имеет значение, однако фильтра способны устранить вопрос о загрязнении.
В пределах ста метров от строения можно использовать водоем или пруд. В противном случае понадобится бурение скважин.
Вода из открытых источников чаще предсказуема по своему уровню, чем грунтовые воды. Если это возможно, стоит предпочесть водоемы.
Установка отопления с помощью скважины.
Установка системы с тепловым насосом требует двух скважин: дебетовой и приемной. В дебитную погружается насос, который забирает воду для обработки системой. Охлаждённую воду возвращают в приемную скважину.
Глубина скважины не должна быть больше 50 метров. Чем ниже находится источник воды, тем более мощный насос нужен для её поднятия, а это приведёт к увеличению потребления энергии.
Устройство дебетовой скважины
Перед использованием водяной скважины нужно выяснить её производительность и рассчитать объем воды, достаточный для отопления всего помещения.
Важно предварительно рассчитать объем VИсточник тепла, требующий отбора из скважины за час определенного объёма воды для обогрева помещения, имеет насос с производительностью, равная конкретному количеству. Q кВт, а потребляемая мощность – числу PТакже потребуется выяснить температуру грунтовых вод. t1) и их температуру после темплообмена (t2).
Формула расчета объема воды, необходимой за час, следующая:
V = (Q-P)/(t1-t2).
Чтобы установить, сможет ли дебетовая скважина обеспечить необходимый объем воды, проводят ее испытание. В течение трех суток насос непрерывно откачивает воду из скважины, проверяя способность принять требуемое количество воды под высоким давлением.
Важно помнить, что грунтовые воды ведут себя непредсказуемо. Из-за этого количество воды в дебетовой скважине может со временем уменьшиться. Весной наблюдаются приливы, зимой – убыль воды. При недостатке воды система автоматически отключается, отопление не производится.
Особенности приемной скважины
Трубочный приемный колодец устанавливают под землёй, ниже уровня залегания подземных вод. Определить направление движения воды аналитически не получится. В итоге практикуют выбор любой имеющейся скважины в качестве дебитной и запускают туда… погружной насос.
Если при работе системы уровень воды не снижается, значит выбор был верным. При снижении уровня и падении температуры воды нужно поменять расположение скважин. погружной насос в другое отверстие.
Сливную трубу в приемную скважину нужно опустить на несколько сантиметров в воду, не касаясь дна. Если сбрасывать отработанную жидкость сверху, то это вызовет заболачивание. Трубчатый колодец может перестать принимать воду и забиться.
Результат может привести к переливу и в зимнее время — к обледенению. Река или пруд — лучшие варианты приемного источника. При отсутствии таких объектов возможно бурение еще одной или нескольких приемных скважин для предотвращения перелива.
Нельзя определить при помощи анализа или испытаний, будет ли скважина принимать воду.
Опыт показывает, что сливная скважина может эффективно поглощать воду на протяжении многих лет, но может также выйти из строя в течение одного сезона.
Технологии, применяющие одну скважину как для добычи, так и для водозабора, обладают недостатками. Эксплуатация по такому методу грозит сложностями, снижением температуры воды, затоплением и другими проблемами.
Устройство системы с использованием водоема
Пруд для зимовки рыб должен иметь достаточную глубину, чтобы нижние слои не промерзали при сильных морозах. В южных районах оптимальная глубина равна примерно одному метру, в северных необходим источник с глубиной от трёх метров. Пруд также должен быть стабильным, без колебаний уровня воды и её уменьшения.
В качестве труб желательно применять модели… ПНДТрубы отличаются долговечностью и надежностью. Для защиты необходимо дополнительно утеплить их от промерзания и от прорывов.
Подготовка жилья к монтажу теплового насоса.
Для работы теплового насоса вода-вода дома нужно установить систему отопления с водяными трубами и радиаторами.
При использовании оборудования для подачи горячей воды в доме обязательна система её сбора. Для функционирования насоса потребуется подключение к электросети с постоянным напряжением.
Без дополнительных мероприятий по теплоизоляции дома (утепления снаружиЕсли есть установка двухкамерных окон и подобные мероприятия, то использование теплового насоса нецелесообразно.
Специалисты рекомендуют дополнительно установить систему вентиляции приточного типаС системой обогрева воздуха. Фреон, используемый в устройстве, опасен для людей. В случае нарушения целостности контура системы микроразрывыЕсли произойдет утечка газа, то он высвободится и вытеснит воздух из помещения. Хладагент может спровоцировать у человека обострение заболеваний дыхательных путей, а также привести к приступам удушья.
Тепловой насос – оборудование внушительной массы, иногда доходящей до тонны. Установка может потребовать отдельного фундамента, независимого от основания дома.
При установке оборудования следует учитывать габариты помещения и минимальное расстояние от стен, указанное в инструкции к изделию.
Дополнительное оборудование
Выбор дополнительного оборудования для теплового насоса Решая эту задачу, можно существенно повлиять на продолжительность работы всей отопительной системы и избежать сложностей при её использовании.
Погружной насос для скважин и водоемов
При использовании в системе тепловых насосе для нагрева воды, устройство малой мощности может снижать давление в кранах. Устройство большой мощности устранит эту проблему, но потребует больше энергии. Минимально допустимая мощность при работе… ГСВ — 1 кВт.
Существует множество различных модификаций погружныхПри выборе насосов учитываются три критерия.
- Количество жидкостиМощность насоса увеличивается с ростом объёма транспортируемой воды.
- Глубина скважиныЧем больше глубина скважины, тем мощнее оборудование должно быть.
- Диаметр скважиныЧаще всего выбирают шахты диаметром 4 дюйма, так как для них разработано больше насосов, чем для 3-дюймовых.
Для выяснения глубины скважины привязывают груз к веревке и опускают в неё. Влажная часть веревки покажет полный ее уровень, а сухая — расстояние от начала уровня воды до поверхности.
Для работы на шахтах пригодны как стандартные насосы, так и специализированное оборудование для скважин. Если разработка шахты проводилась квалифицированными специалистами, то вероятность засорения ее песком ниже, и можно применять стандартный насос.
Насосы для скважин дороже универсальных, но лучше работают с песком и грязью, забиваются реже. Универсальные чувствительны к органике, требуют частой очистки от загрязнений, что сокращает срок их службы.
Насосы с автоматикой лучше выбрать, потому что при перегреве двигателя, чрезмерном засоре или недостатке воды в скважине самостоятельно отключаются, предотвращая перегрев двигателя и его поломку.
По принципу действия различают 2 вида погружных насосов:
- Центробежные.
- Вибрационные.
Для работ в скважинах, эксплуатирующих известняковые залежи, более подходят центробежные погружные модели.
При подключении теплового насоса к открытому водоему предпочтительнее применять поверхностное насосное оборудование для перекачки загрязнённой воды или недорогие вибрационные устройства.
Промежуточный теплообменник теплового насоса
Перегрев компрессора в тепловых насосах возможен из-за недостаточного охлаждения фреона при циркуляции, что приводит к чрезмерному повышению температуры нагнетания. Для снижения давления в контурах необходимо улучшить охлаждение вещества.
Другая проблема, присущая всем тепловым насосам, заключается в том, что хладагент может смешиваться с водяным паром. Если жидкость проникнет в компрессор, это может привести к… гидроударВ таком случае потребуется ремонт или замена детали. Кроме того, возможно попадание воды в масло, извлечение которой будет затруднительным.
Установка промежуточного теплообменника устраняет все перечисленные трудности. Существуют три вида теплообменников: открытого типа, кожухотрубные и змеевиковые.
Открытая модификация устраняет проникновение жидкости в фреон во время циркуляции, уменьшая риск гидроудараКомпрессор демонстрирует высокую производительность при низком энергопотреблении.
Правильно выбранные трубы предотвратят закипание жидкости. Клапан должен обеспечивать достаточную пропускную способность для того, чтобы жидкость при небольшом перепаде давления могла попасть в устройство.
Закрытая конструкция кожухотрубного теплообменника позволяет осуществлять теплопередачу через стенки труб. Жидкость и хладагент в нем остаются разделенными, обеспечивая высокое давление для циркуляции пара и воздуха, что не свойственно открытым типам теплообменников.
Змеевиковый теплообменник оснащен регулятором расхода, контролирующим поток жидкого фреона. Размеры устройства зависят от мощности теплового насоса. Выбор изделия следует делать с учётом функционала и имеющегося бюджета. Предпочтительны разборные модели.
Фильтры для теплового насоса
Из скважин или водоемов в систему поступает не совсем чистая вода. В ней могут содержаться песок, грязь, различные микроэлементы – железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и прочие вещества. Перед использованием в тепловом насосе воду необходимо отфильтровать.
Вначале потребуется удалить крупнозернистые частицы — камни, песок, мусор, осадок. Для этого понадобится установить… гидроциклона.
Необходимо установить фильтры для удаления железа, сероводорода, марганца и аммиака.
Можно воспользоваться фильтрами обратного осмоса, умягчителями, обезжелезивателямиИ модификациями системы. Для обеспечения питьевой горячей воды целесообразно оснастить её угольными фильтрами и УФ-стерилизатором, уничтожающим бактерии и вирусы.
Электрогенератор для резервного питания
Работающие от электричества тепловые насосы не обеспечат отопление при отсутствии электроэнергии. Для бесперебойного функционирования системы рекомендуется установить резервный источник питания – генератор, использующий топливо.
Особенности работы такого теплового насоса.
Ежегодно требуется осуществлять самостоятельный визуальный контроль узлов насоса и следовать рекомендациям по техническому обслуживанию: вовремя смазывать детали, контролировать работу прибора при перекачке воды.
Некоторые виды оборудования требуют периодической, примерно раз в год или два раза, проверки специалистами сервисного центра. Во время проверки устанавливают:
- Вытекание машинного масла из-за повреждений системы.
- качество креплений и соединений;
- уровень давления в баках и контурах;
- неисправности в работе силовой проводки.
Установка тепловых насосов типа «вода-вода» лучше доверить квалифицированным мастерам. Низкая эффективность системы часто возникает из-за некорректного монтажа. Такое 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 вода-вода – эффективный и экологичный способ отопления домов до 150 квадратных метров. Для более крупных помещений могут потребоваться сложные инженерные решения.
При возникновении вопросов во время изучения информации обратитесь к разделу ниже. ждем ваших замечаний, запросов, историй и фотографий собранных мини-гидроэлектростанций. Ваше мнение важно для нас.