Тепловой насос вода-вода: принцип действия, виды, особенности обустройства

Для отопления и горячего водоснабжения частных домов рекомендуется использовать водоводяной тепловой насос, работающий от природных источников – грунтовых вод, рек, водохранилищ и др. система отличается абсолютной экологической безопасностью, не требует регулярных затрат на расходные материалы, поэтому он становится все более востребованным.

Мы расскажем вам о вариантах устройства теплового насоса, которое использует экологическую энергию воды для передачи ее в системы отопления дома. Для любознательных домашних умельцев мы описали принципы работы популярных вариантов устройства и технологию строительства. Здесь вы узнаете, какое оборудование необходимо для работы системы.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

В тепловом насосе реализован принцип цикла Карно. Он заключается в том, что вещество, движущееся в замкнутой системе и меняющее агрегатное состояние с жидкого на газообразное под воздействием химических, физических или тепловых факторов, выделяет и поглощает огромное количество тепловой энергии.

Рабочее вещество – теплоноситель – вода из колодца или водоема.

Даже зимой природные источники на определенной глубине поддерживают положительную температуру, поэтому тепловую энергию из них можно извлекать круглый год. Единственный недостаток установки – большое энергопотребление и необходимость приобретения дополнительного оборудования.

На схеме показана траектория циркуляции воды и теплоносителя. Система позволяет получать тепловую энергию вне зависимости от времени года

Основные элементы теплового насоса вода-вода:

• испаритель;
• рабочее вещество (теплоноситель).
• компрессор;
• расширительный индукционный клапан;
• несколько ниток медных труб;
• конденсатор;
• система автоматического контроля показателей;

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

Тепловое насосное оборудование занимает много места, но дает возможность избавиться от муниципальной зависимости

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

Охлажденная вода поступает в испаритель, а затем сбрасывается в приемный колодец. После прохождения через конденсатор хладагент становится жидким и собирается в нижней части элемента, а затем возвращается в исходное положение через ускоритель. Затем цикл повторяется.

Галерея изображенийФото из По конструкции тепловой насос представляет собой перевернутый холодильник. В воду погружается только его испаритель, а нагретая часть находится на земле и выделяет тепло. Работа внутреннего блока водоводяной геосистемы направлена ​​на подогрев теплоносителя для контуров отопления и воды для подачи горячей воды. В них используется вода из открытых резервуаров, колодцев и антифриз из подземных закрытых систем. В зависимости от конструкции и технического оснащения тепловые насосы потребляют от 5 до 25% энергии, остальная энергия идет на обеспечение инженерных систем системы тепловых насосов Компактный тепловой насос для частного дома Экономичная система отопления

На что обращать внимание при организации такой разминки?

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

Тест №1 – жесткость воды

Качество воды в колодце или водохранилище играет важную роль при выборе оборудования. Не все модели могут работать с жесткой водой, содержащей большое количество марганца и железа.

Высокая концентрация этих элементов повреждает систему – на трубах быстрее образуется коррозия, что приводит к снижению КПД оборудования и срока его службы.

Поэтому перед покупкой теплового насоса берут пробу воды и анализируют на наличие этих и других микроэлементов: сероводорода, аммиака, хлора и т.д. Обычно, если температура в водоеме превышает +13 градусов, то более вероятно, что в воде много ионов железа и марганца.

Поэтому тепловой насос вода-вода выбирается с учетом жесткости воды. Есть системы, элементы которых максимально защищены от коррозии, но они дороже.

Ориентир № 2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться как единственный источник тепла или взаимодействовать с другими системами. Поэтому перед выбором модели важно определиться, в каком режиме устройство будет работать.

Всего существует два типа работы системы:

• Моновалентный. Устройства очень мощные и подходят для отопления дома.
• Бэквивалент. Менее эффективные устройства дополняют основное отопительное оборудование.

Для строительства автономной системы с основным водо-водяным отопительным агрегатом требуется одновалентный тип.

Справочный номер 3 – мощность насоса

Мощность – важный показатель при выборе теплового насоса, так как от нее зависит производительность системы. Чем больше мощность, тем выше эффективность оборудования, но также больше потребление энергии.

Производительность теплового насоса вода-вода выбирается в соответствии с реальными потребностями

При выборе устройства с недостаточной мощностью эффективность системы будет снижаться, если теплопотери в доме превышают количество энергии, выделяемой системой. Тепловой насос может работать круглосуточно, но не будет работать из-за понижения температуры воды.

Когда теплопотери здания меньше теплопередачи системы, насос обычно запускается автоматически на несколько минут, нагревает воду до заданной температуры и транспортирует ее по системе. Потом отключается, пока температура не упадет на несколько градусов. Затем цикл повторяется.

Ориентир № 4 – функционал конкретной модели

Тепловые насосы могут иметь дополнительные функции, это:

• Система автоматического управления, которая позволит вам настроить микроклимат помещения по своему вкусу. Управление обычно осуществляется с помощью пульта дистанционного управления.
• Возможность подключения к другим системам отопления, солнечным коллекторам, что сделает систему отопления полностью автономной.
• Функция нагрева горячей воды.
• Звукоизоляционный корпус.

Срок службы тепловых насосов вода-вода обычно превышает 30 лет.

Не менее важным при выборе оборудования является стоимость его монтажа и монтажа.

Расчет необходимой мощности теплового насоса

Перед покупкой системы важно подготовить проект и рассчитать необходимую мощность оборудования. Производительность рассчитывается с учетом фактической потребности в тепловой энергии. Учитывается расход тепла, теплопотери в доме и наличие или отсутствие контура ГВС.

Алгоритм расчета:

1. Рассчитываем общую площадь отапливаемого помещения.
2. Мы определяемся с количеством энергии, необходимой для обогрева. Оптимальный показатель на 1 квадратный метр – 0,07 кВт.
3. Для обогрева дома площадью N квадратных метров необходимо N * 0,07 кВт.
4. Для ГВС к полученному числу прибавляется еще 15-20%, то есть N * 0,07 * 0,85 или N * 0,07 * 0,80.

Такой расчет будет оптимальным для помещений с высотой потолков не более 2,7 м. Более точные расчеты произведут специалисты при составлении проекта.

Галерея изображенийФото из Тепловые насосы по-прежнему не очень популярны у нас. Это связано с дешевым голубым топливом, альтернативы которому в настоящее время нет. Однако в районах, не имеющих доступа к централизованному газоснабжению, установка теплового насоса выгодна и удобна. На 1 кВт потребляемой энергии тепловой насос вырабатывает 5 – 6 кВт. В отличие от электронагревателей, вырабатывающих столько тепла, сколько потребляемой энергии, новые модификации теплового насоса не требуют планировки отдельного помещения. Они практически бесшумны и компактны, их можно размещать в коридорах, коридорах, на кухнях. Внутренняя часть водо-водяного теплового насоса. Там, где удобно устанавливать водно-водяной тепловой насос коридор

Подготовительные работы перед операцией

Подготовка к монтажу, подключению и вводу в эксплуатацию теплового насоса вода-вода включает ряд стандартных шагов, с которыми мы познакомимся ниже.

Выберите оптимальный источник воды

Следует отметить, что не все колодцы или открытые источники подходят для бесперебойной работы теплового насоса. Качество воды играет важную роль, но фильтры могут помочь решить проблему загрязнения.

допускается использование водоема или пруда, находящегося в радиусе 100 метров от здания. Если такого источника нет, возникает необходимость в бурении скважин.

При выборе источника для теплового насоса следует руководствоваться простотой и стоимостью использования. В случае наличия поблизости открытого резервуара разумнее использовать его

Поведение открытого источника более предсказуемо, чем поведение грунтовых вод, поэтому по возможности лучше отдавать предпочтение водным объектам.

Галерея изображенийФото из Бурение и оборудование геотермальной скважины, используемой в схеме теплового насоса, не всегда оправдывает вложения. Самый простой и наиболее экономичный вариант испарителя – это несколько спиральных труб, проложенных в соседнем резервуаре. Использование резервуара – это минимальные затраты на установку системы который использует свободную естественную энергоемкость теплового насоса, трубы вытягиваются на поверхность, осматриваются и устраняются повреждения Геотермальная скважина для теплового насоса Экономичный вариант для испарителя теплового насоса Подсоединение трубок испарителя к теплообменнику Трубы испарителя подготовлены для осмотр

Монтаж тепловой системы через колодец

Для установки системы, в которой используется тепловой насос, потребуется две скважины. Одна из ям обычно называется долгом. Именно в нее погружается специальный насос, с помощью которого забирается вода для последующей обработки в системе. Второй колодец – приемный колодец. В него сливается охлажденная вода.

Сливной и подающий колодцы должны располагаться на расстоянии не менее 15 метров друг от друга

Глубина зарядного колодца не должна превышать 50 метров. Чем глубже источник воды, тем мощнее будет насос для его подачи, что увеличит количество потребляемой энергии.

Хорошее зарядное устройство

Перед тем, как приступить к эксплуатации долгового колодца, важно выяснить, сколько воды он может дать и сколько жидкости нужно для обеспечения тепла всему помещению. Чем выше температура воды, тем меньше ее потребуется для обогрева.

важно заранее рассчитать объем V, который нужно откачать из колодца в течение одного часа для обогрева помещения. Допустим, имеется насос, тепловая мощность которого равна некоторому числу Q кВт, а потребляемая мощность равна числу P кВт. Также необходимо будет узнать температуру грунтовых вод (t1) и их температуру впоследствии теплообмен (t2).

Итак, формула расчета объема необходимого количества воды в час выглядит так:

V = (QP) / (t1-t2).

определить способность заемной скважины подавать требуемый объем воды аналитически невозможно, поэтому проводится проверка. В течение 3 суток насос непрерывно качает воду из колодца. Таким образом, приемный колодец проверяется на способность принимать необходимое количество воды при большой нагрузке.

важно понимать, что грунтовые воды ведут себя непредсказуемо, поэтому со временем для зарядки скважинной воды может стать меньше воды. Например, весной бывают приливы, а зимой, наоборот, вода уменьшается. При нехватке воды в колодце система автоматически отключается, нагрева не происходит.

Характеристики приемного колодца

Приемная трубчатая скважина расположена ниже водоносного горизонта. Аналитически невозможно определить, в каком направлении движется вода. Поэтому на практике в качестве долговой ямы выбирается произвольная яма и закидывается в нее подводная лодка насос.

Если во время работы системы уровень воды не падает, выбор сделан правильно. Если уровень снизился и температура воды снизилась, необходимо местами поменять местами колодцы – перенести подводная лодка закачать в другую яму.

Сливную трубу в приемном колодце необходимо погрузить на несколько сантиметров в воду, прежде чем она достигнет дна. Если слить сточную жидкость сверху, это вызовет заболачивание. Трубчатый колодец может перестать принимать воду и забиться.

В результате грозит перелив, а зимой возможно образование льда. Лучшие варианты приемного источника – река или пруд. Если этих объектов нет поблизости, возникает необходимость пробурить одну или несколько приемных скважин для защиты от перелива.

На рисунке показан пример использования колодца в качестве приемно-зарядного колодца

прием воды в колодец невозможно определить аналитическими или тестовыми методами. Практика показывает, что слив может непрерывно впитывать воду в течение многих лет, а может даже выйти из строя за сезон.

Существуют технологии, позволяющие использовать колодец в качестве долга и получать колодец, но такой способ неэффективен – операция будет сопровождаться сложностями, возможно, падение температуры воды, застой воды и ряд других проблем.

Устройство системы с использованием резервуара

Выбранный водоем должен быть достаточно глубоким, чтобы нижние слои воды не промерзали при сильных морозах. В южных регионах оптимальная глубина будет около 1 метра, в северных понадобится родник глубиной 3 метра и более. Кроме того, водоем должен быть устойчивым: недопустимы колебания уровня воды, его понижение.

К резервуару ведут два трубопровода: зарядный и приемный. Погружной насос установлен во всасывающей

Рекомендуется использовать модели, произведенные в HDPEотличается прочностью и надежностью. Важно защитить трубы от замерзания, дополнительно их изолировать и от прорывов.

Подготовить дом к установке теплового насоса

Для взаимодействия с водо-водяным тепловым насосом необходимо оборудовать дом системой водяного отопления, представленной в виде труб, радиаторных батарей. Для лучшей теплоизоляции в полу и стенах также допускается установка труб отопления.

Если оборудование будет использоваться для горячего водоснабжения, в доме должна быть система сбора воды. Для работы насоса необходимо подключение к электрической сети с неограниченной мощностью.

Без дополнительных мер по теплоизоляции дома (внешнее утепление, установка двухкамерных окон и так далее) работа теплового насоса не имеет смысла.

Также специалисты рекомендуют установить систему вентиляции силового типа с механизмом воздушного обогрева. Используемый в оборудовании фреон вреден для человека. Если они присутствуют в системной цепи микротрещины, то газ будет выпущен и таким образом вытеснит воздух из помещения. Хладагент может вызвать обострение у человека заболеваний легких, приступы астмы.

Тепловой насос является тяжелым оборудованием, его вес может достигать тонны (в зависимости от мощности и габаритов), поэтому в некоторых случаях для его установки требуется сооружение собственного фундамента, не связанного с фундаментом коттеджа.

Перед установкой оборудования необходимо учесть допустимые габариты помещения, выдержать расстояние от стен, указанное в паспорте изделия.

Дополнительное оборудование

Выбор дополнительное оборудование для теплового насоса – ответственная задача, от решения которой во многом зависит долговечность системы отопления в целом и отсутствие проблем при эксплуатации.

Подводная лодка насос для колодцев и резервуаров

Если в системе используется тепловой насос для подачи горячей воды, устройство небольшой мощности может снизить давление в кранах. Мощный насос решит эту проблему, но потребляет больше энергии. Минимальная допустимая мощность во время работы ГСВ – 1кВт.

Есть много разных модификаций подводная лодка насосы. Выбор производится с учетом трех критериев:

• Количество жидкости, используемой для перекачивания (чем больше воды необходимо перекачивать, тем больше должна быть мощность насоса).
• Диаметр скважины (традиционно предпочтительны 4-дюймовые валы, поскольку они имеют наибольшее количество насосов, по сравнению с 3-дюймовыми валами).
• Глубина колодца (чем глубже колодец, тем большей должна быть мощность оборудования);

Чтобы определить глубину колодца, необходимо закрепить груз на веревке и опустить в колодец. Мокрый конец струны укажет полную глубину ямы, сухой конец укажет расстояние от начала воды до поверхности.

Насос погружается в колодец на глубину, указанную производителем устройства. Обычно в даташите указано, сколько метров должно быть между водоемом и насосом, дном шахты и насосом

Для шахт могут подойти как универсальные насосы, так и оборудование, специально разработанное для скважин. Если шахту разработали профессионалы, она меньше забивается песком, поэтому смело можно использовать универсальный насос.

Насосы, разработанные специально для колодцев, более дорогие, но они отлично справляются с перекачиванием песка и грязи и меньше забивают. Универсальные чувствительны к высокому содержанию органики, их нужно регулярно очищать от грязи, в результате сокращается срок их службы.

Стоит отдать предпочтение насосам с автоматикой, так как при перегреве двигателя, чрезмерном замерзании или недостатке воды в колодце они отключаются самостоятельно, в результате чего двигатель не перегревается и не выходит из строя.

По принципу действия бывает 2 вида подводная лодка насосы:

• Центрифуга.
• Яркий.

Для работы в скважинах, добывающих известняковую воду, предпочтительны модели с центробежной глубиной. Они чувствительны к воде с взвешенными песчинками и глиной.

Если тепловой насос будет подключен к открытому водоему, лучше всего использовать поверхностное насосное оборудование, предназначенное для перекачивания грязной воды, или недорогое вибрационное устройство.

Промежуточный теплообменник для теплового насоса

В тепловых насосах при циркуляции фреон может недостаточно хорошо охлаждаться, что приводит к перегреву компрессора из-за завышенной температуры нагнетания. Поэтому важно улучшить охлаждение вещества, тем самым снизив давление в контурах.

Другая проблема, общая для всех тепловых насосов, заключается в том, что хладагент может смешиваться с водяным паром. Если жидкость попадает в компрессор гидроудар… В этом случае деталь потребуется отремонтировать или заменить. Также в масло может попасть вода и оттуда ее сложно вытащить.

Все вышеперечисленные проблемы решаются установкой промежуточного теплообменника. Есть три типа теплообменников: открытый, кожухотрубный и змеевиковый.

Модификация открытого типа нейтрализует жидкость, попадающую во фреон при циркуляции, сводя к минимуму вероятность гидроудар компрессор. Устройство отличается высокой производительностью при минимальном энергопотреблении.

При установке теплообменника открытого типа важно выбрать правильный размер трубопровода для жидкости, чтобы обеспечить минимальное сжатие давления

Правильно подобранные трубы нейтрализуют возможность закипания жидкости. В этом случае клапан должен иметь достаточный поток, чтобы жидкость могла проникнуть в устройство с небольшим перепадом давления.

Кожухотрубный теплообменник закрытой конструкции. Теплообмен происходит через стенки труб, при этом жидкость и теплоноситель в нем не смешиваются, в отличие от открытого, обеспечивающего высокое давление для циркуляции пара и воздуха.

Аккумуляторный теплообменник отличается наличием регулятора расхода, регулирующего расход жидкого фреона. Размер устройства напрямую зависит от мощности теплового насоса. Выбирать товар нужно с учетом функциональности и количества в наличии. Рекомендуется отдавать предпочтение раскладным моделям.

Фильтры теплового насоса

Вода из колодцев или водоемов не поступает в чистом виде. Он может содержать песок, грязь, различные микроэлементы – железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и др. серед подачей в тепловой насос воду необходимо профильтровать.

В первую очередь необходимо избавиться от крупных веществ: камней, песка, грязи, ила. Чтобы вынуть их из воды, нужно установить гидроциклон.

Гидроциклон – необходимое устройство для очистки крупной воды. Его нужно подбирать с учетом мощности помпы

Далее важно установить фильтры, удаляющие железо, сероводород, марганец, аммиак. Эти микроэлементы сокращают срок службы оборудования и подвергают его коррозии.

Можно использовать фильтры обратного осмоса, умягчители, продукты для удаления железа и их модификации. Для обеспечения горячей питьевой водой необходимо также оборудовать их фильтрами с активированным углем и УФ-стерилизатором, уничтожающим бактерии и вирусы.

Электрогенератор для резервного питания

Тепловые насосы питаются от электросети, поэтому в случае отключения электроэнергии дом останется без отопления. Также желательно приобрести электрогенератор, работающий на горючих веществах.

важно, чтобы генератор мог вырабатывать мощность, необходимую для приведения в действие компрессора насоса

Особенности работы такого теплового насоса

Раз в год необходимо проводить независимый визуальный осмотр насосных агрегатов, соблюдать рекомендации по обслуживанию – своевременно смазывать детали, следить за правильной работой устройства при перекачке воды.

Некоторые виды оборудования необходимо регулярно (обычно 1-2 раза в год) проверять специалисты сервисного центра. Проверка выявляет:

• течь моторного масла через трещины в цепи;
• неисправности в электропроводке.
• качество креплений и соединений;
• уровень давления в резервуарах и контурах;

Установка теплового насоса вода-вода должна быть доверена обученным специалистам. Неэффективность системы часто связана с ее неправильной установкой. Система отопления подходит для эксплуатации как жителям южных, так и северных регионов.

Выводы и полезные видео по теме

Видео познакомит вас с принципом работы и особенностями устройства:

В результате можно сделать вывод, что тепловой насос вода-вода считается эффективным экологическим оборудованием, предназначенным для обогрева домов площадью до 150 квадратных метров. Уже могут потребоваться довольно сложные инженерные изыскания для обустройства большей площади.

Если при просмотре предоставленной информации у вас возникнут вопросы, задавайте их в блоке ниже. Ждем ваших комментариев, вопросов по теме, рассказов и фото о вашем строительстве мини-ГЭС. Нам важно ваше мнение.