Как собрать тепловой насос вода-вода своими руками, принцип работы системы

Содержание
  1. Принцип работы теплового насоса вода-вода
  2. Конструктивные элементы и принцип работы
  3. Для чего нужен насос в системе отопления?
  4. На что смотреть при обустройстве такого отопления?
  5. Ориентир №1 – жесткость воды
  6. Ориентир №2 – режим работы
  7. Ориентир №3 – мощность насоса
  8. Ориентир №4 – функцинал конкретной модели
  9. Рекомендации по выбору модели
  10. Расчет мощности оборудования: правила выполнения
  11. Самодельный тепловой насос: схема сборки
  12. Этап первый: расчет теплового насоса вода — вода
  13. Этап второй: выбор компрессора
  14. Этап третий: строительство испарителя
  15. Этап четвертый: создание конденсатора
  16. Этап пятый: сборочные работы
  17. Варианты внешних контуров теплового насоса
  18. Источник тепловой энергии – скважина
  19. Источник тепла – грунт на участке
  20. Внешний контур в воде
  21. Что учесть при монтаже теплового насоса своими силами
  22. Режим работы и мощность установки
  23. Дополнительные функции и оборудование
  24. Как правильно установить ТН вода-вода
  25. Монтаж циркуляционного насоса в систему отопления своими руками
  26. Несколько полезных рекомендаций
  27. Положительные и отрицательные отзывы о ТН типа вода-вода
  28. Преимущества
  29. Недостатки
  30. Внешний контур
  31. Компрессорный контур
  32. Внутренний контур
  33. Стоимость
  34. Отключение электричества
  35. Особенности эксплуатации
  36. Другие виды тепловых насосов
  37. Особенности работы ТН воздух-вода на отопление
  38. В чем разница расчетов на отопление и ГВС?
  39. Расчет теплового насоса воздух-вода на ГВС
  40. Расчет теплового насоса воздух-вода для отопления
  41. Общий расчет и нюансы
  42. Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?
  43. Затраты на подключение
  44. Потребление
  45. Эксплуатация

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Тепловой насос воплотил в себе принцип цикла Карно. Он заключается в том, что движущееся вещество по замкнутой системе и меняющее под воздействием химических, физических или термических факторов свое агрегатное состояние из жидкого в газообразное высвобождает и поглощает огромное количество тепловой энергии.

В роли рабочего вещества выступает тепловой носитель – вода из скважины или водоема.

Даже зимой в природных источниках на определенной глубине сохраняется положительная температура, поэтому из них круглый год можно извлекать тепловую энергию. Единственный недостаток установки – высокий расход электроэнергии и необходимость закупки дополнительного оборудования.

На схеме изображена траектория циркуляции воды и хладагента. Система позволяет получать тепловую энергию, независимо от сезона

Основные элементы теплового насоса вода-вода:

  • компрессор;
  • испаритель;
  • конденсатор;
  • расширительного индукционного клапана;
  • автоматическая система, осуществляющая контроль показателей;
  • множественные магистрали из медных труб;
  • рабочее вещество (хладагент).

С помощью специального насоса вода поступает по трубкам из источника в тепловую установку, после чего взаимодействует с газом (фреоном), закипающим при температуре +2-3 градуса. Фреон поглощает часть тепла воды и всасывается компрессором, где во время сжатия его температура повышается.

Оборудование теплового насоса занимает немало места, но предоставляет возможность избавиться от коммунальной зависимости

Далее хладагент поступает в конденсатор, после чего горячее вещество нагревает воду до заданной температуры (от +40 до +80 градусов), которая транспортируется по трубам системы отопления.

Охлажденная вода поступает в испаритель, затем сливается в приемную скважину. После прохождения конденсатора хладагент становится жидким и собирается на дне элемента, затем через дроссель возвращается в исходное место. Далее цикл повторяется.

Конструктивные элементы и принцип работы

У рассматриваемых тепловых насосов для отопления дома принцип действия напоминает принцип работы холодильного оборудования, только наоборот. Если холодильная установка выводит часть тепла из своей внутренней камеры наружу, тем самым понижая в ней температуру, то работа теплового насоса состоит в том, чтобы охлаждать окружающую среду и нагревать теплоноситель, который перемещается по трубам отопительной системы. По тому же принципу функционируют тепловые насосы «воздух – вода» и «земля – вода», которые также используют энергию из низкопотенциальных источников для обогрева жилых и производственных помещений.

Устройство теплового насоса

Конструктивная схема теплового насоса вода-вода, который является наиболее продуктивным среди устройств, использующих источники энергии с низким потенциалом, предполагает наличие таких элементов, как:

  • наружный контур, по которому перемещается вода, откачиваемая из водного источника;
  • внутренний контур, по трубопроводной магистрали которого перемещается хладагент;
  • испаритель, в котором холодильный агент превращается в газ;
  • конденсатор, в котором газообразный хладагент снова становится жидкостью;
  • компрессор, предназначенный для того, чтобы увеличивать давление газообразного холодильного агента перед его подачей в конденсатор.

Принцип действия теплового насоса

Таким образом, в устройстве теплового насоса вода-вода нет ничего сложного. Если вблизи от дома имеется естественный или искусственный водоем, то для отопления строения лучше всего применять как раз тепловой насос типа вода-вода, принцип работы и конструктивные особенности которого состоят в следующем.

  1. Контур, представляющий собой первичный теплообменник, по которому циркулирует антифриз, размещается на дне водоема. При этом глубина, на которой выполняют монтаж первичного теплообменника, должна быть ниже уровня промерзания водоема. Антифриз, проходя по первичному контуру, нагревается до температуры 6–8°, а затем подается к теплообменнику, отдавая тепло его стенкам. Задача антифриза, циркулирующего по первичному контуру, заключается в передаче теплоэнергии воды холодильному агенту (фреону).
  2. В том случае если схема работы теплового насоса предусматривает забор и передачу тепловой энергии воды, откачиваемой из подземной скважины, контур с антифризом не используется. Вода из скважины по специальной трубе пропускается через камеру теплообменника, где и отдает свою тепловую энергию холодильному агенту.
  3. Теплообменник для тепловых насосов – важнейший элемент их конструкции. Это устройство, состоящее из двух модулей – испарителя и конденсатора. В испарителе фреон, подающийся по капиллярной трубке, начинает расширяться и превращается в газ. При контакте газообразного фреона со стенками теплообменника хладагенту передается низкопотенциальная тепловая энергия. Зарядившийся такой энергией фреон подается в компрессор.
  4. В компрессоре осуществляется сжатие газообразного фреона, в результате чего температура хладагента повышается. После сжатия в камере компрессора фреон поступает в другой модуль теплообменного аппарата – конденсатор.
  5. В конденсаторе газообразный фреон снова превращается в жидкость, а накопленная им тепловая энергия передается стенкам емкости, в которой находится теплоноситель. Поступая в камеру второго модуля теплообменника, фреон, находящийся в газообразном состоянии, конденсируется на стенках накопительной емкости, сообщает им тепловую энергию, которая затем передается воде, находящейся в такой камере. Если при выходе из испарителя фреон обладает температурой 6–8 градусов Цельсия, то на входе в конденсатор теплового насоса вода-вода благодаря вышеописанному принципу работы такого устройства ее значение достигает 40–70 градусов Цельсия.

Таким образом, принцип работы теплового насоса базируется на том, что хладагент при переходе в газообразное состояние забирает тепловую энергию у воды, а при переходе в жидкое состояние в конденсаторе отдает накопленную энергию жидкой среде – теплоносителю отопительной системы.

Точно по такому же принципу работают тепловые насосы «воздух – вода» и «земля – вода», разница состоит лишь в типе источника, который применяется для получения тепловой энергии низкого потенциала. Другими словами, тепловой насос принцип работы имеет один, не варьирующийся в зависимости от типа или модели устройства.

То, насколько эффективно нагревается тепловым насосом теплоноситель системы отопления, во многом определяется колебаниями температуры воды – источника низкопотенциальной энергии. Высокую эффективность такие устройства демонстрируют при работе с водой из скважин, где температура жидкой среды в течение года находится в диапазоне 7–12 градусов Цельсия.

Насос «вода-вода» относится к одному из грунтовых типов тепловых насосов

Принцип работы теплового насоса вода-вода, обеспечивающий высокую эффективность данного оборудования, позволяет использовать такие устройства для оснащения систем отопления жилых и промышленных строений не только в регионах с теплыми зимами, но и в северных районах.

Для чего нужен насос в системе отопления?

Большинству жителей верхних этажей в многоквартирных домах хорошо знакомо такое явление как холодные батареи. Это результат отсутствия в системе давления, необходимого для ее нормальной работы. Теплоноситель перемещается по трубам медленно и остывает уже на нижних этажах. С такой же ситуацией могут столкнуться и владельцы частного дома: в самой дальней точке отопительной системы трубы и радиаторы слишком холодные. Эффективно решить проблему поможет циркуляционный насос. Обратите внимание, что системы отопления с естественной циркуляцией теплоносителя могут быть вполне эффективны в небольших частных домах, но даже в этом случае имеет смысл подумать о принудительной циркуляции. поскольку при правильной настройке системы это позволит снизить общие расходы на отопление.

Упрощенно такой насос представляет собой мотор с ротором, который погружен в теплоноситель. Ротор вращается, заставляя воду или другую нагретую жидкость перемещаться по системе с заданной скоростью, создавая необходимое давление. Насос может работать в различных режимах. Например, установив устройство на максимум, можно быстро прогреть остывший в отсутствие хозяев дом. Затем восстанавливают настройки, которые позволяют получить наибольшее количество тепла при минимальных расходах. Различают модели циркуляционных насосов с «сухим» и «мокрым» ротором. В первом случае ротор насоса погружен в жидкость только частично, а во втором случае — полностью. Насосы с «мокрым» ротором издают при работе меньше шума.

На что смотреть при обустройстве такого отопления?

Существует большое количество различных модификаций тепловых насосов, предназначенных для помещений любого назначения и размера, а также работающих в разных условиях. Оборудование предназначено для отапливания домов общей площадью 50 до 150 квадратных метров.

Ориентир №1 – жесткость воды

Качество воды скважины или водоема играет важную роль при выборе оборудования. Не все модели способны работать на жесткой воде, содержащей большое количество марганца и железа.

Высокая концентрация этих элементов вредит системе – на трубах быстрее образовывается коррозия, что ведет к уменьшению КПД оборудования и сроков его эксплуатации.

Поэтому перед покупкой теплового насоса берут пробу воды и делают ее анализ на наличие этих и других микроэлементов – сероводорода, аммиака, хлора и т.д. Обычно если в пруду температура превышает +13 градусов, то с большей долей вероятности в воде много ионов железа и марганца.

Таким образом, тепловой насос вода-вода подбирается с учетом жесткости воды. Есть системы, элементы которой максимально защищены от коррозии, но стоят они дороже.

Ориентир №2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться в качестве единственного источника тепла или взаимодействовать с другими системами. Поэтому перед выбором модели важно определить, в каком режиме устройство будет работать.

Всего существует два типа функционирования системы:

  • Моновалентный. Приборы обладают большой мощностью, подходят для отапливания дома.
  • Бивалентный. Менее производительные устройства, дополняют основное обогревательное оборудование.

Для сооружения автономной системы с основным нагревательным агрегатом вода-вода, нужен моновалентный тип.

Ориентир №3 – мощность насоса

Мощность – важный показатель при выборе теплового насоса, так как от него зависит производительность системы. Чем выше мощность, тем выше КПД оборудования, но и расход электроэнергии больший.

Производительность теплового насоса вода-вода подбирается, исходя из реальных потребностей

При выборе устройства с недостаточной мощностью эффективность системы упадет в случае, если теплопотери дома превысят количество отдаваемой системой энергии. Тепловой насос может работать круглосуточно, но эффекта от него не будет из-за понижения температуры воды.

Когда теплопотери постройки ниже, чем теплоотдача системы, то насос обычно автоматически запускается на несколько минут, нагревает воду до установленной температуры, транспортирует ее по системе. После чего выключается до момента, когда температура понизится на несколько градусов. Затем цикл повторяется.

Ориентир №4 – функцинал конкретной модели

Тепловые насосы могут обладать дополнительными функциями, это:

  • Система автоматического управления, которая позволит регулировать микроклимат помещения по вкусу. Управление обычно осуществляется с помощью дистанционного пульта.
  • Функция нагрева воды для горячего водоснабжения.
  • Шумоизоляционный корпус.
  • Возможность подключения к другим системам отопления, солнечным коллекторам, что сделает оборудование для обогрева полностью автономным.

Длительность эксплуатации тепловых насосов вода-вода обычно превышает 30 лет.

Не менее важным при выборе оборудования считают стоимость установки и монтажа.

Рекомендации по выбору модели

Чтобы тепловой насос, схема работы которого описана выше, демонстрировал высокую эффективность, следует знать, как правильно выбрать такое оборудование. Очень желательно, чтобы выбор теплового насоса вода-вода (а также «воздух – вода» и «земля – вода») осуществлялся с участием квалифицированного и опытного специалиста.

При выборе теплонасоса для водяного отопления учитываются следующие параметры такого оборудования:

  • производительность, от которой зависит площадь здания, отопление которого насос может обеспечить;
  • торговая марка, под которой произведено оборудование (учитывать данный параметр необходимо потому, что серьезные компании, продукция которых уже оценена многими потребителями, уделяют серьезное внимание как надежности, так и функциональности производимых моделей);
  • стоимость как самого выбираемого оборудования, так и его монтажа.

Оснащение котельной с тепловым насосом

При выборе тепловых насосов вода-вода, воздух-вода, земля-вода рекомендуется обращать внимание на наличие у такого оборудования дополнительных опций. Сюда, в частности, относятся возможности:

  • управления работой оборудования в автоматическом режиме (работающие в таком режиме за счет специального контроллера тепловые насосы позволяют создать в обслуживаемом ими строении комфортные условия для проживания; изменение параметров работы и другие действия по управлению теплонасосами, которые оснащены контроллером, могут выполняться посредством мобильного устройства или пульта ДУ);
  • использования оборудования для нагрева воды в системе ГВС (обращать внимание на данную опцию следует потому, что в некоторых (особенно старых) моделях тепловых насосов, коллектор которых устанавливается в открытых водоемах, она отсутствует).

Расчет мощности оборудования: правила выполнения

Прежде чем приступать к выбору определенной модели теплового насоса, надо разработать проект системы отопления, которую такое оборудование будет обслуживать, а также выполнить расчет его мощности. Такие вычисления необходимы для того, чтобы определить фактическую потребность в тепловой энергии здания с определенными параметрами. При этом обязательно учитывают тепловые потери в таком здании, а также наличие в нем контура ГВС.

Для теплового насоса вода-вода расчет мощности выполняется по следующей методике.

  • Сначала определяют общую площадь здания, для отопления которого будет использоваться приобретаемый тепловой насос.
  • Определив площадь здания, можно рассчитать мощность теплонасоса, способного обеспечить отопление. Выполняя такой расчет, придерживаются правила: на 10 кв. м площади здания необходимо 0,7 киловатт мощности теплового насоса.
  • Если тепловой насос будет использоваться и для обеспечения функционирования системы ГВС, то к полученному значению его мощности добавляют 15–20 %.

Выполняемый по вышеописанной методике расчет мощности теплонасоса актуален для зданий, в помещениях которых высота потолков не превышает 2,7 метра. Более точные вычисления, учитывающие все особенности зданий, которые предстоит отапливать посредством теплового насоса, выполняются сотрудниками профильных организаций.

Для теплового насоса «воздух – вода» расчет мощности выполняется по похожей методике, но с учетом некоторых нюансов.

Самодельный тепловой насос: схема сборки

Вышеприведенная схема работы указывает, что конструкция теплового насоса состоит из четырех узлов: испарителя, конденсатора, компрессора и циклического трубопровода. Поэтому в процесс самостоятельного строительства теплового насоса заключается в изготовлении всех вышеупомянутых узлов с последующей сборкой конструкции.

И далее по тексту мы рассмотрим все этапы производственных и сборочных процессов, проводимых своими руками. Причем вначале будут даны рекомендации по расчетам системы, направленные на оптимизацию энергопотребления и усиление теплоотдачи.

Этап первый: расчет теплового насоса вода — вода

Расчет насоса выполняется на особом «калькуляторе» — программе, соизмеряющей отапливаемую площадь с мощностью системы отопления. Причем в качестве исходных данных программа использует объем помещения (площадь и высота потолков). А на выходе дается рекомендация относительно мощности насоса.

Этап второй: выбор компрессора

Компрессор для теплового насоса подбирается по предполагаемой мощности системы отопления. Причем мощность самого компрессора должна составлять 20-30 процентов от показателей теплоотдачи насоса.

Тепловой насос с винтовым компрессором

То есть, если на обогрев строения уходит 10 кВт, то для обслуживания насоса используется 3-киловаттный компрессор. Словом, пропорция между мощностью нагнетательного оборудования и теплоотдачей насоса рассчитывается по соотношению 1:3.

Причем в качестве компрессора для теплового насоса используют как стандартные агрегаты для сплит-систем, так и специальное оборудование. И в самодельную систему придется интегрировать только «заводской» компрессор, поскольку «самопальные» аналоги в данном случае неуместны – они поставят под угрозу саму эффективность работы собираемого насоса.

Этап третий: строительство испарителя

Испаритель собирают на основе полимерного бака, с большой крышкой. Причем минимальная емкость бака равна 120-130 литрам. Во внутренней полости бака размещают медный змеевик, согнутый из трубы определенной длины и диаметра.

Испаритель для теплового насоса вода-вода

Для определения этих величин нам придется вычислить площадь поверхности змеевика.

Как правило, ее рассчитывают по формуле:

Р=M/0,8ΔT,

где М – это предполагаемая мощность насоса, а ΔT— это разница температур на входе и выходе (в градусах Цельсия).

Полученную площадь соизмеряют с площадью одного погонного метра трубы нужного диаметра, вычисляя длину заготовки для змеевика.

Ну а само изготовление сердцевины испарителя предполагает ручную гибку медной трубы вокруг калибра, в качестве которого можно использовать кислородный или газовый баллон. Изготовленный таким образом змеевик вкладывают в бочку, выводя сквозь дно и крышку два выпуска – верхний и нижний.

Далее нужно вмонтировать в бочку пару отводов, изготовленных из металлических штуцеров – их вводят в отверстия у дна и крышки и поджимают с внешней и внутренней стороны контргайками.

К нижнему штуцеру монтируют напорный шланг насоса, а к верхнему – отводной шланг, по которому вода будет сливаться в колодец самотеком. С помощью такой конструкции мы обеспечим непрерывную циркуляцию низкоэффективной среды в испарителе.

Этап четвертый: создание конденсатора

Конденсатор собирают на основе металлического бака из нержавейки, в который монтируют медный змеевик, рассчитанный по тем же формулам, что и аналогичная деталь испарителя. Причем для изготовления змеевика используется все та же технология ручной гибки.

Сам змеевик размешается в баке вертикально, а его отводы выходят из дна и крышки бака. Причем помимо отводов в бак врезают еще и два штуцера. Словом, вся схема скопирована с испарителя, только с учетом того, что вместо низкоэффективной среды сквозь конденсатор циркулирует разогреваемая вода – теплоноситель системы отопления. С помощью особого насоса ее выводят сквозь верхний штуцер, направляя на радиаторы, и вводят в бак сквозь нижний штуцер, соединенный с обраткой.

Этап пятый: сборочные работы

Сборка системы производится в следующем порядке:

Принцип работы

  • На платформе или кронштейне монтируют компрессор.
  • К нагнетательному патрубку компрессора подключают (медной трубой) верхний отвод конденсатора.
  • Нижний отвод конденсатора связывают с нижним отводом испарителя, прокладывая между ними медный трубопровод, диаметр которого должен совпадать с габаритами трубок, использованных при изготовлении змеевиков. Причем в произвольном месте этого трубопровода можно смонтировать дроссельную заслонку, которую подключают к системе автоматического управления.
  • Верхний отвод испарителя соединяют (медной трубкой) с всасывающим патрубком компрессора. Монтажные работы с медными трубками выполняют с помощью пайки, а в финале в систему заливают хладагент (около пары килограмм).

В итоге, получается замкнутая система, в которой циркулирует хладагент, переносящий тепло из установленной на землю бочки-испарителя в подвешенный на кронштейне бак с конденсатором.

Варианты внешних контуров теплового насоса

Внешний контур может представлять собой трубопровод-теплообменник, который забирает тепло из скважины, почвы или водоема. Каждый из этих вариантов имеет свои особенности, преимущества и недостатки, как при монтаже, так и при эксплуатации. Поэтому рассмотрим их подробнее.

Источник тепловой энергии – скважина

Для того, чтобы использовать такой источник тепла, необходимо пробурить скважину (одну глубокую или несколько мелких) или использовать уже имеющуюся. Считается, что из одного погонного метра скважины можно получить 50-60 Вт тепловой энергии. Поэтому для 1 кВт мощности теплового насоса потребуется около 20 м скважины.

Внешний контур теплового насоса в скважине

Преимущество: скважина не занимает много места на участке и отличается большой теплоотдачей.

Недостаток: скважину, особенно глубокую, необходимо бурить с помощью с помощью специальных механизмов или машины.

Источник тепла – грунт на участке

В этом случае трубу внешнего контура необходимо уложить на глубину, превышающую максимальную глубину промерзания в данном районе. При этом может быть два варианта укладки: вынуть весь грунт на определенной площади и уложить трубу в виде зигзагов, а потом засыпать все грунтом или можно уложить трубу в вырытые для этого траншеи.

Тепловой насос «грунт-вода»

Для 1 кВт мощности теплового насоса, в зависимости глубины укладки, плотности и обводненности грунта, может понадобится 35-50 м контура. Минимальное расстояние между трубами контура – 0, 8 м.

Недостатки такого вида внешнего контура:

  • для его размещения необходима достаточно большая площадь, на которой впоследствии нельзя будет высаживать деревья или кустарники, а только газон, цветы или однолетние растения;
  • большой объем земляных работ.

Внешний контур в воде

Еще один вариант внешнего контура – труба укладывается на дно ближайшего водоема, если он есть рядом с домом. При этом водоем должен быть достаточно глубоким, чтобы не промерзать до дна зимой. Из одного погонного метра такого внешнего контура можно получить максимум около 30 Вт тепловой энергии ( минимум 30 м трубы на 1 кВт мощности теплового насоса). Для того, чтобы уложенный на дно трубопровод не всплывал, на него устанавливается груз – около 5 кг на каждый погонный метр.

Внешний контур теплового насоса в водоеме

Преимущество: нет необходимости бурить скважину или выполнять земляные работы на большой площади.

Главный недостаток такого внешнего контура: не всегда рядом с домом есть подходящий водоем.

Что учесть при монтаже теплового насоса своими силами

Имея хорошую теоретическую подготовку, можно выполнить монтаж теплового насоса вода-вода своими силами. Есть разные варианты реализации агрегата, которые подходят для организации отопления как в жилых домах, так и в хозяйственных сооружениях. Оборудование эффективно при работе с площадями 50-150 кв м.

При выборе теплонасоса важно учесть следующие нюансы:

  • степень жесткости воды,
  • наличие дополнительных функций,
  • режим работы агрегата,
  • мощность насосной установки,
  • дополнительное оборудование.

Качество жидкости, поступающей из открытого источника, колодца или подземной скважины, напрямую влияет на стабильность работы системы. Далеко не каждый заводской или самодельный тепловой насос вода-вода способен эффективно функционировать при использовании жесткой воды, в которой содержится много железа и марганца. Важно также присутствие таких веществ, как аммиак, хлор, сероводород. Если вода жесткая, лучше приобрести более дорогие комплектующие. Они будут дополнительно защищены от коррозии.

Режим работы и мощность установки

Насос вода-вода может быть единственным источником тепловой энергии или работать параллельно с другими системами. В первом случае выполняется установка теплового насоса вода-вода, поддерживающего моновалентный режим функционирования. Только с помощью таких агрегатов можно создать систему отопления, которая будет работать на 100% автономно. Во втором случае годятся приборы меньшей производительности, поддерживающие бивалентный режим.

Важно грамотно подобрать насосную установку по уровню мощности, исходя из потребностей. Если этот показатель избыточен, то электроэнергия будет расходоваться впустую, что влечет ненужные траты. Теплонасос также может иметь ряд дополнительных функций: систему автоматического управления, функцию подогрева воды, корпус с улучшенной изоляцией от шума и другие опции.

Дополнительные функции и оборудование

Схема теплового насоса вода-вода предполагает применение дополнительного оснащения. В системе могут использоваться:

  • погружной насос;
  • промежуточный теплообменник (позволяет предотвратить такое явление, как гидроудар);
  • насосные фильтры;
  • генератор электроэнергии для организации аварийного питания.

Фильтры очищают воду от грязевых частиц, камней, излишков марганца и железа, других элементов. Электрогенератор обеспечивает работоспособность техники при отключении центрального электроснабжения.

Как правильно установить ТН вода-вода

Высокий КПД ТН вода-вода также зависит от грамотного подключения модулей. Причем основную сложность вызывает правильная укладка контура на дно водоема или монтаж зондов в скважину артезианского источника. Может потребоваться создание искусственного водоема. В любом случае, во время проведения установки теплового насоса вода-вода для отопления дома, руководствуются следующими правилами:

  • Открытый водоем для теплового насоса не должен находиться дальше, чем 100 м от отапливаемого помещения. Чтобы предотвратить промерзание водяного контура, минимальная глубина озера не менее 3 м. Для теплового насоса вода-вода нужен водоем с достаточной площадью для размещения на дне коллектора.
  • Для создания коллектора нужен метраж трубы контура, из расчета, что 1 п.м. дает 30 Вт энергии. Соответственно, для дома в 200 м² (теплонасос на 14 кВт) потребуется уложить около 500 м трубы. Укладывать трубопровод можно змейкой и кольцами.
  • Использование колодца и установка в артезианскую скважину. Тепло подается не через циркуляцию антифриза, а благодаря забору воды из источника. Чтобы предотвратить изменения давления внутри слоев грунта, предъявляются несколько требований к колодцу. Обязательно изготавливают сливную скважину для отвода воды. Минимальное расстояние между колодцами не менее 20 м.
  • Требования к качеству воды – на сроки эксплуатации теплонасоса и частоту его обслуживания, влияет качество воды. Обязательно устанавливают систему водоподготовки и фильтрации.

Устройство теплового насоса отопления вода-вода практически идентично тому, что используется в геотермальных установках. Единственным отличием является то, что для получения тепловой энергии используется контур, уложенный на дно водоема, либо погруженный в скважину. Как вариант, используется забор воды из скважины или колодца, в дальнейшем пропускаемой через теплообменник (испаритель).

Благодаря тому, что водоемы не промерзают полностью, появляется возможность использовать ТН вода-вода в климате России. Наилучшее соотношение теплоотдачи показало применение насосов в средних широтах, но допускается эксплуатация оборудования и в условиях Севера.

Монтаж циркуляционного насоса в систему отопления своими руками

Для того чтобы сделать жизнь в доме максимально комфортной в зимний период времени, обязательно следует выполнить такую операцию, как монтаж циркуляционного насоса в систему отопления. Процедура это не слишком сложная и при необходимости может быть произведена самостоятельно. Но, конечно же, предварительно придется подобрать подходящее по всем параметрам оборудование, а также ознакомиться с технологией его установки.

Несколько полезных рекомендаций

Перед тем, как приступать к изготовлению теплового насоса, следует оценить уровень теплоизоляции здания и повысить ее до максимального уровня. Иначе эффективность этой системы будет стремиться к нулю.

Лучше всего применять тепловой насос в комплекте с низкотемпературными системами отопления. Чаще всего агрегат подключают к системе «теплый пол». Успешным может быть опыт с системами теплых стен, больших по площади радиаторов и т. п. Эффективность системы будет тем выше, чем меньше разница температур на наружном и внутреннем контурах.

Чтобы снизить затраты на сооружение теплового насоса, рекомендуется использовать дополнительный источник тепла: газовый, электрический или твердотопливный котел. Требуемая мощность и расходы на сооружение теплового насоса будут меньше, а стоимость отопления жилища сократится.

Положительные и отрицательные отзывы о ТН типа вода-вода

Опыт эксплуатации насосов системы вода-вода в отечественных условиях, помог выявить сильные и слабые стороны, помогающие оценить целесообразность приобретения установки. Отрицательные отзывы в основном сводятся к недостаточной производительности при сильных заморозках и высокой стоимости станции.

Но если было выполнено проектирование установки теплового насоса и сделан грамотный монтаж системы, обычно тепла достаточно даже при падении температуры ниже -30°С. Что касается высокой стоимости, то в ближайшем будущем ожидать каких-либо изменений в сторону удешевления станции не приходится.

С другой стороны, если рассчитать годовую выработку тепла и сравнить экономию средств, связанных с оплатой системы отопления, становится ясно, что ТН окупит себя уже через 3-5 лет. Следовательно, расходы не настолько большие, как это кажется в начале.

Главным плюсом установки теплового насоса вода-вода является его экономичность. В технической документации ясно указываются параметры СОР, которым соответствует теплонасос. Коэффициент был изобретен для описания энергоэффективности теплового оборудования.

На практике, СОР обозначает сколько тепловой энергии было выработано при затратах в 1 кВт. У большинства современных моделей, этот параметр равняется 4-5. Следовательно, на каждый затраченный киловатт, производится в 4-5 раз больше тепловой энергии.

Отзывы о ТН, по типу вода-вода, убедительно доказывают энергоэффективность, экономическую выгоду и целесообразность использования низкопотенциальной энергии водоемом для обогрева частных домов и промышленных объектов.

Преимущества

Развитие транспорта, интернета, мобильной связи, строительных технологий все меньше привязывают человека к одному месту. Все чаще люди выбирают жизнь вне города «на лоне природы». Там уже можно получить привычный «городской» комфорт, удаленный заработок, общение по интернету со всеми континентами. Поэтому, а также из-за постоянного роста стоимости энергоресурсов, ТН становится все более востребованным.

Он обладает и другими выгодами:

  1. Экологически безопасен.
  2. Использует возобновляемый источник энергии.
  3. Отсутствуют регулярные затраты расходных материалов после пуска.
  4. Автоматически регулирует нагрев по температуре наружного воздуха.
  5. Срок окупаемости начальных затрат — 5-8 лет.
  6. Обеспечивает горячее водоснабжение.
  7. Летом работает как кондиционер, охлаждая приточный воздух.
  8. Минимальные энергозатраты — генерирует от 4 до 6 кВт тепла при 1 кВт потребленного электричества.
  9. С электрогенератором любого типа отопление и кондиционирование «удаленного от цивилизации» коттеджа будет независимым.
  10. Возможна адаптация к системе «умный дом» для дистанционного управления, дополнительной экономии энергии.
  11. Подорожание энергоносителей (нефти, газа) почти не влияет на личный бюджет. Если установить ветряной или солнечный генератор, то получится полная независимость. Гидроэлектрогенератор — идеальный вариант.

Недостатки

Как и любое устройство, данная система имеет ряд недостатков.

Внешний контур

Из-за постоянного отбора геотермальной энергии возле расположения труб внешнего коллектора происходит охлаждение почвы. На севере короткое лето не дает возможности полного восстановления энергопотенциала. Это постепенно снижает эффективность ТН в течение примерно 5 лет. Затем тепловое равновесие стабилизируется.

Остывания почвы можно избежать, если применить ТН типа вода-вода, расположив внешний коллектор в водоеме на глубине более 3-х метров.

Другой вариант — разместить скважины вокруг дома. Тогда отбор тепла происходит с огромной площади всего водоносного слоя, пересеченного пробуренными отверстиями.

Скважины — дорогое мероприятие. Особенно при плотном грунте. Не говоря уже о скальных породах. Тут можно применить вариант с открытым внешним коллектором.

Можно обойтись двумя скважинами. Одна — для забора грунтовых вод . Вторая — для слива обратно в водоносный слой. Такой вариант возможен при хорошем качестве воды.

Фильтры не всегда могут выручить, если слишком много солей жесткости или взвешенных микрочастиц. Перед монтажом надо обязательно сделать анализ воды из скважины.

Компрессорный контур

Электродвигатели шумят во время работы. Компрессор — еще больше, а также создает вибрацию. То же происходит во время работы домашнего холодильника. При этом мощность ТН гораздо больше. Шума и вибрации тоже.

Неприятных эффектов легко избежать:

  1. Тепловой насос закрыт шумоизолирующим корпусом.
  2. Компрессор крепится к опорной раме через резиновые прокладки с пружинами.
  3. Все оборудование лучше разместить в подсобном или подвальном помещении. Обязательно надо предусмотреть принудительную вентиляцию. Утечка фреона может быть опасна для здоровья человека.

Внутренний контур

Система отопления наполнена водой, нагретой до +35° С. Для обычных радиаторов этого мало. Особенно для северных регионов.

Но ТН хорошо работает с теплыми полами. При проектировании нужно предусмотреть достаточную степень тепловой инерционности наружных ограждений здания — толщину и материал стен, полов, крыши, тройное остекление.

Теплые полы, подогрев приточного воздуха создают комфортные и здоровые условия для жизни человека внутри здания.

Кроме температуры воздуха большое значение имеет радиационная температура — инфракрасное излучение стен, полов, потолка. Например, когда человек ночью сидит у костра, то весь горячий воздух идет вверх, никого не согревая. При этом стороне человека, обращенной к костру, тепло, а спина мерзнет.

Стоимость

Начальные затраты велики. Стоимость поставки оборудования, монтажа, пусконаладочных работ значительно превосходит традиционные системы отопления. Но дом строится на десятилетия.

Поэтому правильно будет учесть эксплуатационные расходы за весь срок службы ТН — 30 лет. Даже при сохранении действующих тарифов и цен на энергоносители экономичность системы типа вода-вода — вне конкуренции.

Ежегодная экономия в сравнении с:

  • газовым котлом — 70 % ;
  • электрообогревом — 350 %;
  • твердотопливным котлом — 50 %.

Теперь надо умножить существующие или проектируемые расходы на 30 лет. Экономия многократно перекроет начальные капиталовложения.

Отключение электричества

Компрессор, насосы, автоматика нуждаются в бесперебойном электроснабжении. На случай отключения должен быть электрогенератор с автоматическим запуском. Его мощность должна перекрывать сумму пусковых токов.

Есть большой плюс — после секундной полной нагрузки в момент запуска ТН высвобождается более 40 % мощности генератора. Этого хватит для электропитания остальной домашней техники и освещения.

Особенности эксплуатации

Во многих регионах бывают перебои с электричеством по разным причинам, что нужно учитывать. Поэтому стоит обзавестись генератором и запасом топлива на случай форс-мажора, или иметь резервный источник тепла – газовый или твердотопливный котел для отопления.

Генератор на случай отключения электричества обеспечит работу теплового насоса и бытовые нужды.

Если теплонасос не используется, с ним ничего плохого не случится при любой температуре. Хладагент не замерзнет, а трубопроводы и оборудование рассчитаны на работу при экстремально низких температурах.

При неправильном расчете мощности и протяженности теплообменника, он может обмерзнуть. Ледяная корка действует как своего рода шуба, которая мешает теплообмену. Некоторые модели имеют автоматический режим разморозки, а некоторые нужно переводить в этот режим вручную.

Во время работы тепловой насос не требует дополнительного обслуживания. Один раз в год стоит проводить его диагностику и профилактику – этого будет достаточно. Срок службы оборудования зависит от производителя и нагрузок, но все качественные модели работают от 10 лет и выше. Поэтому целесообразно использовать такой тепловой насос для отопления дома — стоимость тепловой энергии у него будет невелика.

Другие виды тепловых насосов

Кроме тепловых насосов, в которых используется тепловая энергия грунта и воды существуют конструкции, в которых используется энергия окружающего воздуха. В принципе, они отличаются тем, что в них отсутствует внешний контур (трубопровод), а роль теплоносителя в испарителе выполняет наружный воздух, нагнетаемый вентилятором. По такому принципу работают сплит-системы — кондиционеры, которые могут работать не только на охлаждение, но и нагрев помещения. Преимуществом таких систем является то, что нет необходимости устраивать внешний контур из трубопровода и укладывать его в грунт, скважину или водоем. Главным же недостатком является невозможность использования при температуре воздуха ниже 0ºС.

Особенности работы ТН воздух-вода на отопление

Воздух – весьма непостоянная среда. В течение суток его температура может падать на 10-15 градусов, а при резких сменах погоды и более. Многие допускают одну и ту же ошибку – делают расчет мощности теплового насоса для отопления дома на основании средней температуры. А после удивляются, что потребление энергии выше, чем заявил производитель. Поясним на наглядном примере.

Допустим, вам нужно поддерживать в доме температуру +20, а на улице днем -5, а ночью -15 градусов. Как мы видим, днем придется работать с разницей температур 25, а ночью – 35 градусов.

Казалось бы, перепад составляет всего 10 градусов или около 40% и потребление электроэнергии должно вырасти ровно настолько. Но это не так.

Принцип работы воздушного теплового насоса построен так, что его COP (КПД) меняется не по прямой зависимости. И получится, что ночью он будет потреблять не на 40%, а на 45-50% больше электроэнергии.

COP напрямую зависит от температуры наружного воздуха и температуры, до которой нужно нагреть теплоноситель (в нашем случае — воду).

Поэтому при расчете мощности воздушного теплового насоса стоит учитывать не только температуры, но и колебания COP (КПД теплового насоса). Причем в долгосрочной перспективе это немаловажно, ведь в отопительный сезон темное время суток длится до 15 часов.

В чем разница расчетов на отопление и ГВС?

Расходы на горячее водоснабжение и отопление дома несколько отличаются. Если вас интересует не отопление, а ГВС, то расчет теплового насоса воздух-вода нужно производить исходя из того, когда используется больше воды. Ведь при отоплении дома вам нужно подогревать теплоноситель постоянно, а горячую воду вы потребляете не всегда.

Обычно пики расхода приходятся на утро и вечер, а в это время суток температура на улице отличается. Если к вечеру воздух прогревается за день, то утром он максимально холодный и успел остыть за ночь. Посчитайте, сколько горячей воды уходит у вас утром и вечером, сопоставьте эти цифры.

Еще один важный момент – температура входящей воды. Она тоже может колебаться в зависимости от погоды, особенно если трубы водопровода проложены неглубоко. Если их глубина залегания больше метра – этот момент можно опустить, колебания будут невелики.

Температура воды в трубах водопровода зависит от его длины и глубины залегания.

Если использовать тепловой насос для отопления дома, его расход мощности на обогрев здания будет больше, чем на горячую воду. Хотя при общей калькуляции для точности расчетов стоит учитывать и его.

Расчет теплового насоса воздух-вода на ГВС

Теперь приступим к прямым расчетам. Для этого вам нужно знать следующее:

  • Температура входящей воды;
  • Расход горячей воды утром и вечером;
  • Среднюю температуру на улице утром и вечером;
  • Коэффициент COP (КПД) теплового насоса.

Средние температуры узнать несложно – на многих сайтах, предлагающих прогноз погоды, можно с большой точностью узнать средние колебания в вашем регионе и даже отдельном городе. COP теплового насоса при разных температурах должен указывать производитель в сопроводительной документации.

Для точности, подсчеты будем делать отдельно, для утреннего и вечернего времени. В идеале расчет теплового насоса воздух-вода стоит делать отдельно для каждого месяца, но никаких принципиальных отличий у нас не будет. Просто придется повторить процесс трижды, подставляя разные значения.

Для подсчета расхода электроэнергии нужны три значения, а именно:

∆T – разница температуры входящей воды и требуемой. Обычно нормальный уровень нагрева горячей воды +45 — +55 градусов.
V – объем расхода воды в литрах.
K – COP (КПД) теплового насоса при средней температуре воздуха на улице.

Формула расчета выглядит следующим образом:

∆T х V / K х 1,16.

Например, нам нужно 200 литров воды подогреть от +5 до +45 градусов, когда COP теплового насоса равен 4. Теперь подставим цифры в формулу и получим результат:

40 х 200 / 4 х 1,16 = 2320.

Таким же образом подсчитайте энергопотребление для другого времени суток с пиковым расходом, просуммируйте цифры и умножьте на количество дней в месяце. Сделайте расчет для каждого месяца и получите количество электроэнергии, нужное для ГВС с помощью теплового насоса.

Расчет теплового насоса воздух-вода для отопления

При обогреве дома подсчеты нужно делать иначе. Здесь не имеет смысла считать расход воды, но большую роль играют теплопотери здания.

Как в случае с расчетами на горячую воду, лучше сегментировать данные. Сделайте расчет на темное и светлое время суток, для каждого месяца отопительного сезона отдельно. Полученные данные это то количество тепла, которое должен отдавать тепловой насос.

Далее разделите полученные данные на коэффициент COP для каждого времени суток отдельно. Так вы получите количество электроэнергии, нужное для того, чтобы тепловой насос работал в штатном режиме.

Общий расчет и нюансы

Сложив расход электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение, мы получим общие затраты на работу теплового насоса. Но остаются два нюанса, а именно:

  • Производители тепловых насосов часто завышают данные. Например, они не учитывают затраты на работу помпы, которая прокачивает воду в системе отопления. Иногда график зависимости COP не соответствует действительности.
  • В то время когда горячая вода не используется, она находится в баке-накопителе и постепенно остывает. Тепловой насос будет поддерживать ее температуру, на что также уходит электроэнергия.

Поэтому прибавьте к расчетной мощности еще 5-10%.

Вода в баке-накопителе остывает медленно, но тепловой насос тратит энергию для ее подогрева.

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

  • Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
  • Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
  • С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Источники

  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/teplovye-nasosy/teplovoj-nasos-voda-voda.html
  • http://met-all.org/nasosy/teplovoj-nasos-voda-voda-printsip-raboty-ustrojstvo-montazh.html
  • http://teplosten24.ru/nasos-dlya-otopleniya-v-mnogokvartirnom-dome.html
  • https://canalizator-pro.ru/teplovoj-nasos-voda-voda.html
  • https://TeploRes.ru/teplosistemy/podklyuchenie-teplovogo-nasosa-vozduh.html
  • https://altenergiya.ru/termal/teplovoj-nasos-voda.html
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/148-teplovye-nasosy-voda-voda.html
  • https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/teplovoj-nasos-voda-voda.html
  • https://otoplenie-expert.com/elementy-otopleniya/voda-voda.html
  • https://VTeple.xyz/teplovoy-nasos-voda-voda-printsip-rabotyi/
  • https://VTeple.xyz/teplovoy-nasos-vozduh-voda-raschet-moshhnosti-i-kpd/
  • https://cdelayremont.ru/obzor-teplovyh-nasosov

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: