Тепловой насос «вода-вода»: устройство, принцип работы, процесс монтажа отопления с данным оборудованием

Отапливать и обеспечивать ГВС индивидуальные дома лучше тепловым насосом «вода-вода», работающего за счет природных и искусственных источников воды – скважин, речек, озер и т.д. Такое оборудование полностью экологически безопасное, при этом не требует периодической покупки расходных материалы. Благодаря этому оно очень популярно сегодня.

В статье мы постарались разобрать конструкцию теплового насоса, предназначенного для качественного обогрева индивидуальных домов. Домашние умельцы с ее помощью могут ознакомиться с принципом работы самых востребованных моделей тепловых насосов и технологией монтажа отопления на их основе. Это позволит им понять, какое оборудование нужно для бесперебойной и длительной работы данных установок.

Принцип работы

В тепловом насосе используется принцип цикла Карно. Его смысл в том, что движущееся в замкнутой системе вещество, изменяет в результате химического, физического и термического воздействия свое состояние, что ведет к высвобождению в ходе этого процесса большого объема тепла.

Рабочим теплоносителем для такого агрегата является вода из глубинной скважины или водоема.

Даже морозной зимой практически во всех источниках нижние слои воды имеет плюсовую температуру, поэтому из нее можно круглогодично брать тепло. Минус данного агрегата в том, что для его работы требуется много электричества.

Основные рабочие элементы теплового насоса:

  • компрессор;
  • испаритель;
  • конденсатор;
  • расширительный индукционный клапан;
  • автоматика, постоянно контролирующая рабочие параметры;
  • магистрали из медных труб;
  • рабочее вещество (фреон).

За счет простой помпы вода из источника подается в тепловой агрегат, после чего она контактирует с фреоном, который начинает кипеть при 2-3°С. Ему частично передается тепло от воды, после чего он попадает в компрессор, где в ходе сжатия увеличивается его температура.

Затем он подается в конденсатор, где за счет полученного им ранее тепла нагревается вода системы отопления до 40 – 80°С, постоянно циркулирующая по контору.

Использованная агрегатом вода подается в испаритель, после чего она сбрасывается в приемную скважину. После прохождения через конденсатор фреон становится жидким, затем он скапливается на дне элемента. Далее хладагент через дроссель поступает в исходное место, откуда начинается новый рабочий цикл агрегата.

На что требуется обращать внимание при организации отопления данного типа?

Сегодня можно приобрести различные модели тепловых насосов, рассчитанные на отопление разных по назначению помещений. Например, с помощью этого оборудования можно отапливать небольшие жилые дома площадью 50 – 150 м².

Первый критерий – жесткость воды

Качество добываемой из источника воды – это один из важных параметров, на который нужно обращать свое внимание в процессе подбора данного агрегата. Не все тепловые насосы нормально функционируют за счет жесткой воды. Большая концентрация в ней марганца и железа плохо сказывается на состоянии системы отопления – трубы быстро ржавеют, что снижает КПД установки и ее эксплуатационный срок.

Соответственно перед приобретением агрегата требуется проанализировать состав воды в источнике, чтобы понять, что в ней содержится. Проще говоря, нужно узнать, какие химические элементы присутствуют в ней. Если в озере вода температурой более +13°С, то вероятнее всего в ней содержится много железа и марганца.

Существуют системы, детали которых устойчивы к коррозии, но они много стоят.

Второй критерий – режим работы

Тепловой насос может работать как единственный прибор отопления, так и совместно с другим отопительным оборудованием. Поэтому нужно заранее подумать, в каком качестве он будет функционировать.

Существует 2 типа агрегатов:

  • Моновалентные. Такие установки очень мощные, поэтому подходят для отопления жилых зданий.
  • Бивалентные. Менее производительные аппараты, поэтому в основном используются совместно с другими приборами отопления.

Для обустройства независимой системы отопления на основе единственного нагревательного прибора требуется покупать моновалентный агрегат.

Третий критерий – мощность

Это самая главная характеристика теплового насоса, потому что от нее напрямую зависит производительность отопления. Чем выше этот параметр, тем больше КПД агрегата, правда и расход электричества у него больше.

При выборе агрегата с низкой мощностью эффективность отопления снизится, если теплопотери здания будут больше объема вырабатываемого им тепла. Даже если насос будет функционировать постоянно пользы от этого не будет.

Если теплопотери строения сравнимы с теплоотдачей системы, то агрегат будет включаться на считанные минуты. Он будет греть воду до требуемого значения и хорошо прогонять ее по трубам. Затем он будет отключаться и ждать охлаждения воды в трубах и батареях до определенного значения. Потом цикл работы установки повторяется.

Четвертый критерий – функциональность конкретной модели

В данном оборудовании могут быть реализованы следующие дополнительные опции:

  • Автоматическое управление, позволяющее постоянно контролировать температуру в жилье в соответствие с предпочтениями пользователя. Управление чаще всего осуществляется при помощи ПДУ.
  • Нагрев воды для ГВС.
  • Шумоизоляция корпуса.
  • Возможность совместной работы с другим приборами отопления (например, с солнечными коллекторами), что делает систему полностью автономной.

Также нужно учитывать цену агрегата и стоимость его монтажа. Эксплуатационный срок тепловых насосов больше 30 лет.

Расчет требуемой мощности

Перед приобретением данного агрегата требуется заранее разработать проект отопления здания и рассчитать требуемую мощность устройства. Производительность агрегата подбирают с учетом потребностей жилого дома в тепловой энергии. Требуется учитывать также потери тепла в строении и наличие в нем ГВС.

Процесс расчета выглядит так:

  1. Суммируется площадь всех отапливаемых комнат и помещений.
  2. Рассчитывается требуемый объем энергии для их отопления. В среднем для обогрева 1 м² требуется – 0,07 кВт.
  3. Для обогрева жилого дома на N м², требуется Nх0,07 кВт.
  4. Для ГВС дома к полученной цифре добавляется 15-20%, то ли есть Nх0,07х0,85 или Nх0,07х0,80.

Такой способ расчета предусмотрен для комнат высотой не больше 2,7 м. Точно все определят специалисты в процессе разработки проекта.

Подготовительные работы перед вводом данного оборудования в работу

Подготовка, подключение и ввод в работу данного оборудования состоит из расписанных ниже этапов.

Выбор источника воды

Стоит подчеркнуть, что не все природные водоемы и глубинные скважины подходят для работы теплового насоса. На это влияет качество воды, но ее загрязненность позволяют устранить качественные водяные фильтры.

Допускается использовать в этих установках воду из естественных водоемов (озер и речек), размещающиеся рядом с жилым домом. Если такого источника возле вашего дома нет, то нужно бурить глубинную скважину.

При выборе источника нужно помнить, что поведение открытого водоема более предсказуемо, чем подземных вод. Соответственно предпочтительнее выбирать природные водоемы.

Монтаж тепловой системы, используемой для работы воду из скважины

Для работы теплового насоса, нужно пробурить 2 скважины. Первая называется дебетовой. В неё опускается насос, который будет забирать воду из источника и подавать её в установку. Вторая скважина является приемной. В нее сбрасывается использованная агрегатом вода.

Дебетовая скважина должна быть не глубже 50 м. Чем ниже залегает вода, тем мощнее требуется ставить насос для ее транспортировки. Соответственно на это будет уходить много электричества, на которое нужно будет выделять больше денег из семейного бюджета.

Устройство дебетовой скважины

Перед использованием дебетовой скважины требуется определить, какой объем воды она может давать и сколько жидкости нужно для качественного обогрева здания. Чем больше температура воды, тем меньше ее нужно для отопления.

Ниже мы на примере рассчитаем объем воды V, который должна давать скважина в течение 1 часа. Предположим, у вас имеется насос, производительностью Q кВт, а его потребляемая электрическая мощность составляет P кВт. Еще нужно узнать температуру подземных вод перед использованием (t1) и после извлечения из них тепла (t2).

В этом случае формула расчета выглядит следующим образом:

V = (Q-P)/(t1-t2)

Определить приток воды в скважину аналитическим способом нельзя, поэтому ее работу тестируют. Включают насос и 3 дня непрерывно выкачивают из глубинной скважины воду. Благодаря этому также удается проверить способность приемной скважины поглощать перерабатываемую агрегатом воду.

Как говорилось выше, подземные воды ведут себя непредсказуемо, поэтому глубинная скважина через некоторое время может давать меньше воды. К примеру, весной уровень воды в ней поднимается, а зимой понижается. Если воды в источнике недостаточно, то система будет автоматически выключаться, и дом перестанет отапливаться.

Особенности поглощающей скважины

Ее размещают ниже по течению подземных вод. Понять, в какую сторону течет под землей вода, аналитически нельзя. Поэтому любую из двух скважин выбирают в качестве дебетовой, затем погружают в нее глубинный насос и включают его.

Если в ходе работы системы уровень воды в источнике не будет падать, то вы сделали правильный выбор. Если уровень упадет, при этом вода будет холоднее, то требуется помпу переставить в другую глубинную скважину.

Сливную трубу в приемной скважине требуется опускать в воду, при этом она не должна касаться дна. Если сливать охлажденную воду сверху, то источник может заболотится. В результате скважина засорится и перестанет поглощать сливаемую в нее воду.

В итоге приемная скважина переполнится, что зимой приведет к ее обледенению. Лучше сбрасывать отработанную воду в речку или озеро. Если естественных водоемов поблизости нет, то нужно дополнительно бурить одну или несколько поглощающую скважин для решения проблему с переливом.

Определить, сможет ли скважина поглощать воду нельзя аналитическим и тестовым способом. Как видно из многолетней практики поглощающая скважина может нормально впитывать воду долгое время, а может перестать выполнять эту функцию очень быстро.

Современные технологии, позволяют использовать одну скважину в качестве дебетовой и приемной, но они менее эффективны – такая эксплуатация часто сопровождается различными проблемами: понижается температура воды, заболачивается скважина и т.д.

Устройство системы с источником в виде естественного водоема

Подобранный вами водоем должен быть глубоким, чтоб нижние слои воды в нем не замерзали от сильных морозов. Для Южных районов нормальной считается глубина 1 м, в Северных глубина источник должна быть не меньше 3 м. Кроме того, источник должен быть довольно стабильным – в нем не должен падать уровень воды.

Систему отопления желательно делать из ПНД труб, которым характерен большой срок службы. Самое главное защитить их от замерзания. Для этого нужно пластиковые трубы хорошо утеплить качественными теплоизоляционными материалами.

Подготовка здания к монтажу теплового насоса

Для обогрева жилого дома тепловым насосом нужно в нем проложить водяной контур отопления, который должен состоять из труб и батарей. Для более качественного обогрева дома в полы и стены желательно встроить трубы отопления.

Если насос будет обеспечивать горячей водой систему ГВС, то в здание нужно проложить соответствующие трубы и подключить их к сантехнике. При этом нужно учесть, что для стабильной работы насоса потребуется качественное электропитание.

Без эффективной теплоизоляции здания (качественного утепления стен, установки двойных оконных стеклопакетов и т.д.) устанавливать тепловой насос бессмысленно.

Опытный мастера в этой области рекомендуют также устанавливать в доме приточную вентиляцию с функцией обогрева.

Фреон, применяемый в данном тепловом оборудовании опасен для людей. Если в контуре отопления появятся трещины или разрывы, то газ быстро выйдет из него и вытеснит из жилья воздух. В результате воздействия данного вещества у жильцов дома обострятся имеющиеся заболевания органов дыхания, а также появится сильное удушье.

Тепловой насос очень тяжелый, причем масса напрямую зависит от его мощности и габаритов (вес агрегата может доходить до 1 тонны). Поэтому для его монтажа часто требуется отдельный фундамент.

В процессе монтажа агрегата нужно выдержать установленные производителем нормы, которые указаны в его паспорте.

Дополнительное оборудование

Подбор дополнительного оборудования для теплового насоса – это очень ответственное дело, потому что от этого зависит длительность эксплуатационного срока отопления.

Погружной насос для источника

Если тепловой насос покупается для ГВС, то нехватка его мощности приведет к очень слабому напору в кранах и сантехнике. Мощный агрегат позволит избавиться от этой проблемы, но для его работы требуется больше электричества. Минимальная потребляемая электрическая мощность помпы при использовании в ГСВ может составлять – 1 кВт.

Сегодня на рынке РФ реализуют много моделей погружных насосов. Выбирают их по таким критериям:

  • Количество транспортируемой жидкости. Чем больше жидкости нужно перекачивать, тем мощнее должен быть агрегат.
  • Глубина скважины. Чем глубже источник, тем мощнее требуется помпа.
  • Диаметр скважины. В основном электронасосы предназначены для 4-дюймовых шахт.

Для определения глубины источника, нужно к веревке привязать небольшой груз и опустить его в скважину. По намокшей части веревки можно быстро рассчитать ее глубину.

Качать воду из скважин можно универсальными и скважинными насосами. Если ее бурили опытные специалисты, то она будет меньше забиваться песком. Соответственно можно сразу ставить универсальную помпу.

Скважинные насосы дорогие, но зато они способны прокачивать воду с песком и грязью, поэтому они реже засоряются. Универсальные помпы чувствительны к органике, из-за этого их требуется систематически чистить от грязи. Это сокращает их эксплуатационный срок.

Предпочтительнее выбирать помпы с автоматикой, потому что она будет мгновенно отключать агрегат при сильном нагрева электромотора, засорении и опустошении скважины. Благодаря этому помпа будет меньше ломаться.

По принципу работы погружные помпы бывают двух типов:

  • Центробежные.
  • Вибрационные.

Для скважин в известняке, лучше покупать центробежные агрегаты.

Если тепловой насос будет функционировать за счет природного источника, то лучше устанавливать поверхностные помпы, рассчитанные на перекачку грязной воды, или дешевые вибрационные аппараты.

Промежуточный теплообменник

В процессе работы тепловых насосов фреон часто плохо охлаждаться, поэтому из-за большой температуры нагнетания будет перегреваться компрессор. Соответственно нужно дополнительно охлаждать используемое вещество, чтобы уменьшить давление в рабочих контурах.

Имеется еще одна проблема, которая свойственна всем установкам данного типа, – фреон может перемешиваться с водяными парами. Если вода попадет в компрессор, то это может вызвать сильный гидроудар. Поэтому потребуется его ремонтировать и заменить в нем вышедшие из строя рабочие элементы. Кроме того, вода может перемешаться с маслом, а отделить ее от этого жирного нефтепродукта очень трудно.

Решить все эти проблемы позволяет промежуточный теплообменник, который бывает 3 видов – открытый, кожухотрубный и змеевиковый.

Открытый теплообменник нейтрализует жидкость, попавшую в фреон в процессе циркуляции, что сводит к минимуму риск гидроудара. Ему характерна большая производительность при небольших затратах мощности.

Правильно выбранные трубы позволяют свисти к минимуму риск закипания жидкости. При этом клапан должен обладать достаточной пропускной способностью, чтобы жидкость при небольшой разнице давлений поступала в устройство.

Кожухотрубный теплообменник – это закрытая конструкция, в которой тепло передается теплоносителю за счет стенок труб. При этом вода и хладагент в нем не перемешиваются, поэтому они хорошо циркулируют.

Змеевиковый тип теплообменника оснащается регулятором расхода, который позволяет управлять потоком фреона. Габариты теплообменника зависят от мощности отопительного агрегата.

Подбирать теплообменник нужно с учетом его функциональности и имеющегося у вас бюджета. Лучше покупать разборные конструкции.

Фильтры

Вода, добываемая из многих источниках, часто бывает очень грязной. В ней может присутствовать песок, глина, грязь и разные химические элементы – железо, марганец, хлор и т.д. Поэтому перед подачей жидкости в агрегат ее требуется качественно профильтровать.

Первым делом из нее требуется удалить крупные примеси – камни, песок, частицы грязи и ила. Для их фильтрации нужно установить гидроциклон.

Затем требуется поставить фильтрующие элементы, задерживающие железо, сероводород, марганец и аммиак. Данные химические элементы уменьшают эксплуатационный срок отопительного оборудования, потому что оно быстро ржавеет.

Можно также установить фильтры обратного осмоса, смягчители и обезжелезиватели. Чтобы обеспечить дом горячей питьевой водой, необходимо оснастить систему подачи воды угольными фильтрами и УФ-стерилизатором, который убьет в ней вредные для человека микроорганизмы.

Электрический генератор для автономного питания агрегата

Тепловые насосы функционируют за счет электричества, поэтому после аварийного отключения электроснабжения ваш дом быстр остынет. Соответственно дополнительно нужно оснастить здание электрическим бензиновым или дизельным электрогенератором.

Особенности эксплуатации

Один раз в год требуется осматривать все узлы агрегата, а также выполнять техобслуживание – смазывать рабочие элементы, проверять работу аппарата в процессе перекачивания воды.

Некоторые агрегаты должны систематически проверятся (в основном 1-2 раза в год) в сервисном центре.

В процессе их проверки стараются выявить:

  • протечки машинного масла сквозь появившиеся в контуре микротрещины;
  • состояние креплений и соединений;
  • уровень давления в резервуарах и контурах;
  • повреждения силовой проводки.

Устанавливать тепловой агрегаты «вода-вода» должны опытные мастера, потому что эффективность их работы в основном зависит от качества монтажа. Данное оборудование можно использовать в любых регионах РФ.

Выводы

Подводя итоги, можно уверенно сказать, что тепловой насос является очень эффективным и экологичным оборудованием, которое позволяет отапливать индивидуальные дома площадью до 150 м². Для качественного обогрева более крупных зданий требуется более сложное и производительное оборудование.

Оцените статью
Добавить комментарий