Tepelné čerpadlo voda-voda: zariadenie, princíp činnosti, pravidlá usporiadania vykurovania na jeho základe

Na vykurovanie a zabezpečenie teplej vody v súkromných domoch je vhodné použiť tepelné čerpadlo voda-voda poháňané prírodnými zdrojmi – spodná voda, rieky, nádrže a pod. Systém je absolútne bezpečný pre životné prostredie a nevyžaduje pravidelné náklady na spotrebný materiál, a preto je čoraz viac žiadaný.

Povieme si o možnostiach tepelného čerpadla, ktoré využíva ekoenergiu z vody na jej prenos do vykurovacích systémov domácností. Pre zvedavých domácich majstrov sme opísali princípy fungovania populárnych možností zariadenia a konštrukčnej technológie. Tu zistíte, aké vybavenie je potrebné na fungovanie systému.

Princíp činnosti tepelného čerpadla voda-voda

Tepelné čerpadlo stelesňuje princíp Carnotovho cyklu.Spočíva v tom, že látka pohybujúca sa uzavretým systémom a meniaca svoj stav agregácie z kvapalného na plynný pod vplyvom chemických, fyzikálnych alebo tepelných faktorov uvoľňuje a absorbuje obrovské množstvo tepelnej energie.

Pracovnou látkou je tepelný nosič - voda zo studne alebo nádrže.

Aj v zime si prírodné pramene v určitej hĺbke udržujú kladnú teplotu, takže tepelnú energiu z nich možno čerpať po celý rok. Jedinou nevýhodou inštalácie je vysoká spotreba energie a nutnosť dokúpenia ďalšieho zariadenia.

Diagram znázorňuje dráhu cirkulácie vody a chladiva. Systém umožňuje prijímať tepelnú energiu bez ohľadu na ročné obdobie

Hlavné prvky tepelného čerpadla voda-voda:

• kompresor;
• výparník;
• kondenzátor;
• expanzný indukčný ventil;
• automatický systém, ktorý monitoruje indikátory;
• viaceré línie medených rúrok;
• pracovná látka (chladivo).

Pomocou špeciálneho čerpadla voda preteká rúrkami zo zdroja do vykurovacej jednotky, po ktorej interaguje s plynom (freónom), ktorý vrie pri teplote +2-3 stupňov. Freón absorbuje časť tepla z vody a je nasávaný do kompresora, kde pri kompresii stúpa jeho teplota.

Zariadenia tepelného čerpadla zaberajú veľa miesta, ale poskytujú príležitosť zbaviť sa závislosti od úžitkových látok

Ďalej chladivo vstupuje do kondenzátora, po ktorom horúca látka ohrieva vodu na danú teplotu (od +40 do +80 stupňov), ktorá sa prepravuje cez potrubia vykurovacieho systému.

Ochladená voda vstupuje do výparníka a potom odteká do prijímacej studne.Po prechode cez kondenzátor sa chladivo stáva tekutým a hromadí sa na dne vložky, potom sa vracia cez škrtiacu klapku na svoje pôvodné miesto. Potom sa cyklus opakuje.

Na čo si dať pozor pri zariaďovaní takéhoto vykurovania?

Existuje veľké množstvo rôznych modifikácií tepelných čerpadiel určených do priestorov akéhokoľvek účelu a veľkosti, ako aj prevádzkovaných v rôznych podmienkach. Zariadenie je určené na vykurovanie rodinných domov s celkovou plochou 50 až 150 metrov štvorcových.

Smernica č.1 - tvrdosť vody

Kvalita vody v studni alebo nádrži zohráva dôležitú úlohu pri výbere zariadenia. Nie všetky modely sú schopné pracovať na tvrdej vode obsahujúcej veľké množstvo mangánu a železa.

Vysoká koncentrácia týchto prvkov poškodzuje systém - na potrubí sa rýchlejšie tvorí korózia, čo vedie k zníženiu účinnosti zariadenia a jeho životnosti.

Preto si pred kúpou tepelného čerpadla vezmite vzorka vody a analyzovať ho na prítomnosť týchto a ďalších stopových prvkov - sírovodík, amoniak, chlór atď. Zvyčajne, ak teplota v jazierku presiahne +13 stupňov, potom je vysoká pravdepodobnosť, že vo vode je veľa iónov železa a mangánu.

Tepelné čerpadlo voda-voda sa teda vyberá s ohľadom na tvrdosť vody. Existujú systémy, ktorých prvky sú maximálne chránené pred koróziou, ale sú drahšie.

Smernica č.2 - prevádzkový režim

Tepelné čerpadlo môže byť použité ako jediný zdroj tepla alebo v spojení s inými systémami. Preto je pred výberom modelu dôležité určiť, v akom režime bude zariadenie fungovať.

Existujú dva typy prevádzky systému:

• Monovalentný. Zariadenia majú veľký výkon a sú vhodné na vykurovanie domácnosti.
• Bivalentný. Menej účinné zariadenia dopĺňajú hlavné vykurovacie zariadenia.

Na vybudovanie autonómneho systému s hlavnou vykurovacou jednotkou voda-voda potrebujete monovalentný typ.

Smernica č.3 - výkon čerpadla

Výkon je dôležitým ukazovateľom pri výbere tepelného čerpadla, keďže od neho závisí výkon systému. Čím vyšší je výkon, tým vyššia je účinnosť zariadenia, ale vyššia spotreba energie.

Výkon tepelného čerpadla voda-voda sa vyberá na základe reálnych potrieb

Ak zvolíte zariadenie s nedostatočným výkonom, účinnosť systému sa zníži, ak tepelné straty v dome presiahnu množstvo energie dodanej systémom.Tepelné čerpadlo môže pracovať nepretržite, ale kvôli poklesu teploty vody to nebude mať žiadny účinok.

Keď je tepelná strata budovy nižšia ako prestup tepla systémom, čerpadlo sa zvyčajne automaticky spustí na niekoľko minút, ohreje vodu na nastavenú teplotu a dopraví ju cez systém. Potom sa vypne, kým teplota neklesne o niekoľko stupňov. Potom sa cyklus opakuje.

Smernica č.4 - funkčnosť konkrétneho modelu

Tepelné čerpadlá môžu mať ďalšie funkcie, a to:

• Automatický riadiaci systém, ktorý vám umožní prispôsobiť si mikroklímu miestnosti podľa vášho vkusu. Ovládanie sa zvyčajne vykonáva pomocou diaľkového ovládača.
• Funkcia ohrevu vody pre dodávku teplej vody.
• Zvukotesné puzdro.
• Možnosť napojenia na iné vykurovacie systémy, solárne kolektory, čím sa vykurovacie zariadenie stane úplne autonómnym.

Životnosť tepelných čerpadiel voda-voda zvyčajne presahuje 30 rokov.

Rovnako dôležité pri výbere zariadenia sú náklady na inštaláciu a inštaláciu.

Výpočet požadovaného výkonu tepelného čerpadla

Pred zakúpením systému je dôležité najskôr vypracovať projekt a vypočítať požadovaný výkon zariadenia. Produktivita sa vypočítava s prihliadnutím na skutočné potreby tepelnej energie. Zohľadňuje sa spotreba tepla, tepelné straty doma a prítomnosť alebo neprítomnosť okruhu TÚV.

Algoritmus výpočtu:

1. Vypočítame celkovú plochu vykurovaných priestorov.
2. Určíme potrebné množstvo energie na vykurovanie. Optimálny ukazovateľ na 1 meter štvorcový je 0,07 kW.
3. Na vykurovanie domu s rozlohou N metrov štvorcových budete potrebovať N*0,07 kW.
4. Pre TÚV k výslednému číslu sa pridá ďalších 15-20 %, to znamená N*0,07*0,85 alebo N*0,07*0,80.

Tento výpočet bude optimálny pre miestnosti so stropmi nepresahujúcimi výšku 2,7 m Presnejšie výpočty vykonajú špecialisti pri príprave projektu.

Prípravné práce pred operáciou

Príprava na montáž, zapojenie a uvedenie do prevádzky tepelného čerpadla zo série voda-voda zahŕňa množstvo štandardných krokov, s ktorými sa zoznámime neskôr.

Výber optimálneho zdroja vody

Treba si uvedomiť, že nie každý open source resp studňu na vodu vhodné pre neprerušovanú prevádzku tepelného čerpadla. Kvalita vody hrá dôležitú úlohu, ale filtre pomôžu vyriešiť problém s kontamináciou.

Je prípustné použiť nádrž alebo jazierko nachádzajúce sa v okruhu 100 metrov od objektu. Ak takýto zdroj neexistuje, vzniká potreba vŕtať studne.

Výber zdroja pre tepelné čerpadlo by mal byť založený na jednoduchosti použitia a nákladoch na používanie. Ak je v blízkosti otvorená nádrž, je rozumnejšie ju použiť

Správanie otvoreného zdroja je predvídateľnejšie ako podzemná voda, takže ak je to možné, je lepšie dať prednosť nádržiam.

Inštalácia tepelného systému pomocou studne

Na inštaláciu systému pomocou tepelného čerpadla budete potrebovať dve studne. Jedna z vrtov sa zvyčajne nazýva debetná. Práve do toho je ponorené špeciálne čerpadlo, pomocou ktorého sa odoberá voda na následné spracovanie v systéme. Druhá studňa je prijímacia studňa. Do nej sa odvádza ochladená voda.

Odtoková a prívodná studňa musia byť od seba vzdialené najmenej 15 metrov.

Hĺbka debetnej studne by nemala presiahnuť 50 metrov. Čím hlbší je zdroj vody, tým výkonnejšie čerpadlo potrebuje na jeho zásobovanie, čím sa zvýši množstvo spotrebovanej energie.

Výstavba debetnej studne

Pred začatím prevádzky debetnej studne je dôležité zistiť, koľko vody dokáže vyrobiť a koľko tekutiny je potrebné na zabezpečenie tepla pre celú miestnosť. Čím vyššia je teplota vody, tým menej bude potrebná na vykurovanie.

Je dôležité vopred vypočítať objem V, ktorý je potrebné do hodiny odčerpať zo studne, aby sa miestnosť vykúrila. Povedzme, že existuje čerpadlo, ktorého tepelný výkon sa rovná určitému číslu Q kW a spotreba energie - k číslu P kW. Budete tiež musieť zistiť teplotu podzemnej vody (t1) a ich teplota po výmena teploty (t2).

Potom vzorec na výpočet objemu požadovaného množstva vody za hodinu vyzerá takto:

V = (Q-P)/(tl-t2).

Analyticky nie je možné určiť schopnosť debetnej studne produkovať požadovaný objem vody, preto sa testuje. Po dobu 3 dní čerpadlo neprerušovane čerpá vodu zo studne. Týmto spôsobom sa kontroluje aj prijímacia studňa na schopnosť prijať potrebné množstvo vody pri vysokom zaťažení.

Je dôležité pochopiť, že podzemná voda sa správa nepredvídateľne, takže množstvo vody z debetnej studne sa môže časom zmenšiť. Napríklad na jar sú prílivy, no v zime naopak vody ubúda. Ak v studni nie je dostatok vody, systém sa automaticky vypne a k vykurovaniu nedochádza.

Vlastnosti prijímacej studne

Prijímacia rúrková studňa sa nachádza po prúde podzemnej vody. Analyticky nie je možné určiť, ktorým smerom sa voda pohybuje. Preto sa v praxi vyberie ľubovoľná studňa ako debetná studňa a spustí sa do nej ponorný čerpadlo.

Ak hladina vody počas prevádzky systému neklesne, výber bol vykonaný správne.Ak hladina klesla a teplota vody klesla, potom je potrebné zmeniť polohy studní - presunúť sa ponorný pumpujte do iného otvoru.

Odtoková rúra do prijímacej studne musí byť ponorená niekoľko centimetrov do vody bez toho, aby sa dostala na dno. Ak vypustíte odpadovú kvapalinu zhora, povedie to k podmáčaniu. Rúrka môže prestať prijímať vodu a upchať sa.

Výsledkom hrozí preliatie a v zime možná námraza. Najlepšie možnosti pre prijímací zdroj sú rieka alebo rybník. Ak tieto objekty nie sú v blízkosti, potom je potrebné vyvŕtať jednu alebo viac prijímacích studní, aby sa zabezpečilo proti pretečeniu.

Obrázok ukazuje príklad použitia jednej studne ako prijímacej a debetnej studne

Nie je možné zistiť, či studňa dostane vodu analyticky alebo testovaním. Prax ukazuje, že drenážna studňa môže nepretržite absorbovať vodu po mnoho rokov alebo môže úplne zlyhať v jednej sezóne.

Existujú technológie, ktoré vám umožňujú používať jednu studňu ako debetnú a prijímaciu studňu, ale táto metóda nie je účinná - prevádzka bude sprevádzaná ťažkosťami, znížením teploty vody, zamokrením a množstvom ďalších problémov.

Návrh systému s použitím zásobníka

Vybrané jazierko musí byť dostatočne hlboké, aby spodné vrstvy vody pri veľkých mrazoch nezamŕzali. V južných regiónoch bude optimálna hĺbka približne 1 meter, v severných regiónoch bude potrebný zdroj s hĺbkou 3 metre. Taktiež jazierko musí byť stabilné – kolísanie hladiny a jej pokles sú neprijateľné.

Do zásobníka vedú dve potrubia - debetné a prijímacie.V prijímacom priestore je inštalované ponorné čerpadlo

Odporúča sa používať modely vyrobené z HDPE, vyznačujúci sa trvanlivosťou a spoľahlivosťou. Je dôležité chrániť potrubia pred zamrznutím dodatočnou izoláciou a pred prerazením.

Príprava vášho domu na inštaláciu tepelného čerpadla

Pre interakciu s tepelným čerpadlom voda-voda musí byť dom vybavený vykurovacím systémom na báze vody, ktorý je prezentovaný vo forme rúrok a radiátorových batérií. Pre lepšiu izoláciu je tiež prípustné inštalovať vykurovacie potrubia do podlahy a stien.

Ak sa zariadenie bude používať na dodávku teplej vody, potom musí mať dom zberný systém. Na prevádzku čerpadla je potrebné pripojenie k elektrickej sieti s neobmedzeným výkonom.

Bez dodatočných opatrení na tepelnú izoláciu domu (izolácia zvonku, montáž dvojkomorových okien a pod.) prevádzka tepelného čerpadla nemá zmysel.

Odborníci odporúčajú dodatočnú inštaláciu napájací ventilačný systém s mechanizmom ohrevu vzduchu. Freón použitý v zariadení je pre ľudí škodlivý. Ak sa v obvode systému nachádzajú mikrofraktúry, plyn sa uvoľní a tým vytlačí vzduch z miestnosti. Chladivo môže spôsobiť exacerbáciu pľúcnych ochorení a astmatických záchvatov u ľudí.

Tepelné čerpadlo je ťažké zariadenie, jeho hmotnosť môže dosiahnuť až tonu (v závislosti od výkonu a veľkosti), preto si v niektorých prípadoch jeho inštalácia vyžaduje vybudovanie vlastného základu, ktorý nie je spojený so základom chaty.

Pred inštaláciou zariadenia musíte vziať do úvahy prípustné rozmery miestnosti a dodržať vzdialenosť od stien uvedenú v pase produktu.

Voliteľná výbava

Voľba prídavné zariadenie pre tepelné čerpadlo - zodpovedná úloha, ktorej riešenie do značnej miery určuje dlhodobú životnosť vykurovacieho systému ako celku a absenciu problémov v prevádzke.

Ponorné čerpadlo pre studne a nádrže

Ak systém používa na dodávku teplej vody tepelné čerpadlo, potom zariadenie s nízkym výkonom môže znížiť tlak v kohútikoch. Výkonné čerpadlo tento problém vyrieši, no spotrebuje viac energie. Minimálny povolený výkon počas prevádzky FGP - 1 kW.

Existuje mnoho rôznych úprav ponorný čerpadlá Výber sa robí s prihliadnutím na tri kritériá, ktorými sú:

• Kvapalné množstvopoužíva sa na čerpanie (čím viac vody je potrebné dopraviť, tým väčší musí byť výkon čerpadla).
• Hĺbka studne (čím hlbšia je studňa, tým väčší by mal byť výkon zariadenia);
• Priemer studne (tradične sú preferované 4-palcové hriadele, pretože majú najväčší počet čerpadiel, na rozdiel od 3-palcových).

Na určenie hĺbky studne je potrebné pripevniť závažie na lano a spustiť ho do šachty. Mokrá časť lana bude udávať celú hĺbku studne, suchá časť určí vzdialenosť od začiatku vody k povrchu.

Čerpadlo je ponorené do vrtu do hĺbky určenej výrobcom zariadenia. Zvyčajne technický pas uvádza, koľko metrov by malo byť medzi vodnou hladinou a čerpadlom, dnom výkopu a čerpadlom

Pre bane môžu byť vhodné ako univerzálne čerpadlá, tak aj zariadenia špeciálne navrhnuté pre studne. Ak bola baňa vyvinutá profesionálmi, potom je menej upchatá pieskom, takže môžete bezpečne použiť univerzálne čerpadlo.

Čerpadlá určené špeciálne pre studne sú drahšie, ale dobre si poradia s pieskom a nečistotami a menej sa zanášajú. Univerzálne sú citlivé na vysoký obsah organických látok, treba ich pravidelne čistiť od nečistôt, čím sa znižuje ich životnosť.

Mali by sa uprednostňovať čerpadlá s automatizáciou, pretože ak sa motor prehreje, dôjde k nadmernému zablokovaniu alebo v studni nie je voda, samy sa vypnú, v dôsledku čoho sa motor neprehrieva a nezlyhá.

Na základe princípu fungovania existujú 2 typy ponorný čerpadlá:

• Odstredivý.
• Vibračné.

Pre prácu v studniach produkujúcich vodu vo vápenci sú vhodnejšie odstredivé hlboké modely. Sú citlivé na vodu so zrnkami piesku a hliny.

Ak bude tepelné čerpadlo napojené na otvorený zásobník, je lepšie použiť povrchové čerpacie zariadenie určené na čerpanie špinavej vody, prípadne lacné vibračné zariadenie.

Medzivýmenník tepla tepelného čerpadla

V tepelných čerpadlách nemusí byť freón počas cirkulácie dostatočne chladený, čo spôsobuje prehrievanie kompresora v dôsledku nadmerných teplôt na výstupe. Preto je dôležité zlepšiť chladenie látky, čím sa zníži tlak v okruhoch.

Existuje ďalší problém, ktorý je spoločný pre všetky tepelné čerpadlá – chladivo sa môže miešať s vodnou parou. Ak sa do kompresora dostane kvapalina, môže sa to stať vodne kladivo. V tomto prípade bude potrebná oprava alebo výmena dielu. Do oleja sa tiež môže dostať voda a je ťažké ju odtiaľ odstrániť.

Všetky vyššie opísané problémy sú vyriešené inštaláciou medziľahlého výmenníka tepla.Existujú tri typy výmenníkov tepla - otvorený typ, rúrkové a špirálové.

Modifikácia otvoreného typu neutralizuje kvapalinu, ktorá sa dostane do freónu počas obehu, čo minimalizuje pravdepodobnosť vodne kladivo kompresor. Zariadenie sa vyznačuje vysokým výkonom s minimálnou spotrebou energie.

Pri inštalácii otvoreného výmenníka tepla je dôležité zvoliť správnu veľkosť kvapalinového potrubia, aby sa zabezpečilo minimálne stlačenie tlaku

Správne zvolené potrubia neutralizujú možnosť varu kvapaliny. V tomto prípade musí mať ventil dostatočnú priepustnosť, aby kvapalina mohla preniknúť do zariadenia pri nízkom tlakovom rozdiele.

Rúrkový výmenník tepla je prezentovaný vo forme uzavretej konštrukcie. K výmene tepla dochádza cez steny potrubí a kvapalina a chladivo v ňom sa nemiešajú, na rozdiel od otvorených, čo poskytuje vysoký tlak na cirkuláciu pary a vzduchu.

Špirálový výmenník tepla sa vyznačuje prítomnosťou regulátora prietoku, ktorý riadi prietok kvapalného freónu. Veľkosť zariadenia priamo závisí od výkonu tepelného čerpadla. Je potrebné vybrať produkt s ohľadom na funkčnosť a dostupné množstvo. Je vhodné uprednostniť skladacie modely.

Filtre tepelného čerpadla

Voda zo studní alebo nádrží neprichádza v čistej forme. Môže obsahovať piesok, nečistoty, rôzne stopové prvky – železo, sírovodík, mangán, chlór, čpavok atď. Pred vstupom do tepelného čerpadla je potrebné vodu prefiltrovať.

V prvom rade je potrebné odstrániť veľké látky - kamene, piesok, špinu, bahno. Na ich odstránenie z vody je potrebná inštalácia hydrocyklón.

Hydrocyklón je zariadenie potrebné na čistenie hrubej vody.Musí sa zvoliť s prihliadnutím na výkon čerpadla

Ďalej je dôležité nainštalovať filtre, ktoré eliminujú železo, sírovodík, mangán a amoniak. Tieto mikroprvky skracujú životnosť zariadenia a vystavujú ho korózii.

Môžete použiť filtre reverzná osmóza, aviváže, odstraňovače železa a ich modifikácie. Na zabezpečenie pitnej teplej vody by ste ho mali dodatočne vybaviť uhlíkovými filtrami a UV sterilizátorom, ktorý ničí baktérie a vírusy.

Elektrický generátor na záložnú energiu

Tepelné čerpadlá fungujú z elektrickej siete, takže ak dôjde k výpadku elektriny, dom zostane bez kúrenia. Odporúča sa dodatočne zakúpiť elektrický generátor, ktorý poháňa horľavé látky.

Je dôležité, aby elektrický generátor mohol generovať potrebnú energiu na prevádzku kompresora čerpadla

Vlastnosti prevádzky takéhoto tepelného čerpadla

Raz ročne je potrebné vykonať nezávislú vizuálnu kontrolu komponentov čerpadla, dodržiavať odporúčania pre údržbu - včas namazať diely, sledovať správnu činnosť zariadenia pri čerpaní vody.

Niektoré typy zariadení vyžadujú pravidelnú kontrolu (zvyčajne 1-2 krát ročne) odborníkmi servisného strediska. Počas kontroly sa zistí:

• motorový olej uniká cez trhliny v okruhu;
• kvalita upevnenia a spojov;
• úroveň tlaku v nádržiach a okruhoch;
• poruchy v napájacom vedení.

Inštaláciu tepelného čerpadla voda-voda by mali vykonávať vyškolení odborníci. Neefektívnosť systému je najčastejšie spôsobená jeho nesprávnou inštaláciou. Tepelné zariadenia sú vhodné pre obyvateľov južných aj severných regiónov.

Závery a užitočné video na túto tému

Video vám predstaví princíp fungovania a vlastnosti zariadenia:

V dôsledku toho môžeme konštatovať, že tepelné čerpadlo voda-voda sa považuje za efektívne ekologické zariadenie určené na vykurovanie domov do 150 metrov štvorcových. Usporiadanie väčšej plochy môže vyžadovať pomerne zložité inžinierske prieskumy.

Ak máte nejaké otázky pri čítaní poskytnutých informácií, opýtajte sa ich v bloku nižšie. Čakáme na vaše pripomienky, otázky k téme, príbehy a fotografie o výstavbe mini-vodnej elektrárne vlastnými rukami. Zaujíma nás váš názor.