Термопомпа вода-вода: устройство, принцип на работа, правила за организиране на отопление въз основа на него

За отопление и топла вода на частни домове е препоръчително да се използва термопомпа вода-вода, захранвана от естествени източници - подпочвени води, реки, водоеми и др. Системата е абсолютно безопасна за околната среда и не изисква редовни разходи за консумативи, поради което става все по-търсена.

Ще говорим за варианти за термопомпа, която използва екоенергия от водата, за да я пренася в битови отоплителни системи. За любознателните домашни занаятчии описахме принципите на работа на популярните опции на устройството и строителната технология. Тук ще разберете какво оборудване е необходимо, за да работи системата.

Принцип на работа на термопомпа вода-вода

Термопомпата въплъщава принципа на цикъла на Карно.Той се крие във факта, че вещество, което се движи през затворена система и променя агрегатното си състояние от течно в газообразно под въздействието на химични, физични или топлинни фактори, освобождава и абсорбира огромно количество топлинна енергия.

Работното вещество е топлоносител - вода от кладенец или резервоар.

Дори през зимата естествените извори на определена дълбочина поддържат положителна температура, така че от тях може да се извлича топлинна енергия през цялата година. Единственият недостатък на инсталацията е високата консумация на енергия и необходимостта от закупуване на допълнително оборудване.

Диаграмата показва циркулационния път на вода и хладилен агент. Системата ви позволява да получавате топлинна енергия, независимо от сезона

Основните елементи на термопомпата вода-вода:

• компресор;
• изпарител;
• кондензатор;
• разширителен индукционен вентил;
• автоматична система, която следи индикаторите;
• множество линии от медни тръби;
• работно вещество (хладилен агент).

С помощта на специална помпа водата тече през тръби от източника до нагревателя, след което взаимодейства с газ (фреон), който кипи при температура от +2-3 градуса. Фреонът абсорбира част от топлината от водата и се засмуква в компресора, където температурата му се повишава по време на компресията.

Термопомпеното оборудване заема много място, но дава възможност да се отървете от зависимостта от комунални услуги

След това хладилният агент влиза в кондензатора, след което горещото вещество загрява водата до определена температура (от +40 до +80 градуса), която се транспортира през тръбите на отоплителната система.

Охладената вода влиза в изпарителя и след това се оттича в приемния кладенец.След като премине през кондензатора, хладилният агент става течен и се събира в долната част на елемента, след което се връща през дросела на първоначалното си място. След това цикълът се повтаря.

Какво да търсите при организирането на такова отопление?

Има голям брой различни модификации на термопомпи, предназначени за помещения с всякакво предназначение и размер, както и за работа в различни условия. Оборудването е предназначено за отопление на къщи с обща площ от 50 до 150 квадратни метра.

Насока No1 – твърдост на водата

Качеството на водата в кладенец или резервоар играе важна роля при избора на оборудване. Не всички модели могат да работят с твърда вода, съдържаща големи количества манган и желязо.

Високата концентрация на тези елементи вреди на системата - корозията се образува по тръбите по-бързо, което води до намаляване на ефективността на оборудването и неговия експлоатационен живот.

Ето защо, преди да закупите термопомпа, вземете водна проба и го анализирайте за наличието на тези и други микроелементи - сероводород, амоняк, хлор и др. Обикновено, ако температурата в езерцето надвишава +13 градуса, тогава има голяма вероятност във водата да има много йони на желязо и манган.

По този начин термопомпата вода-вода се избира, като се вземе предвид твърдостта на водата. Има системи, чиито елементи са максимално защитени от корозия, но те са по-скъпи.

Насока No2 - режим на работа

Термопомпата може да се използва като единствен източник на топлина или в комбинация с други системи. Ето защо, преди да изберете модел, е важно да определите в какъв режим ще работи устройството.

Има два вида работа на системата:

• Едновалентен. Уредите са с голяма мощност и са подходящи за отопление на жилище.
• бивалентен. По-малко ефективните устройства допълват основното отоплително оборудване.

За да изградите автономна система с основен отоплителен агрегат вода-вода, се нуждаете от моновалентен тип.

Насока No3 - мощност на помпата

Мощността е важен показател при избора на термопомпа, тъй като от нея зависи производителността на системата. Колкото по-висока е мощността, толкова по-висока е ефективността на оборудването, но толкова по-висока е консумацията на енергия.

Производителността на термопомпата вода-вода се избира въз основа на реалните нужди

Ако изберете устройство с недостатъчна мощност, ефективността на системата ще намалее, ако топлинните загуби в къщата надвишават количеството енергия, доставяно от системата.Термопомпата може да работи денонощно, но няма да има ефект поради падането на температурата на водата.

Когато топлинните загуби на сградата са по-ниски от топлопредаването на системата, помпата обикновено автоматично се включва за няколко минути, загрява водата до зададената температура и я транспортира през системата. След това се изключва, докато температурата падне с няколко градуса. След това цикълът се повтаря.

Насока №4 - функционалност на конкретен модел

Термопомпите могат да имат допълнителни функции, а именно:

• Автоматична система за управление, която ще ви позволи да регулирате микроклимата в помещението според вашия вкус. Управлението обикновено се извършва с помощта на дистанционно управление.
• Функция за загряване на вода за захранване с топла вода.
• Звукоизолиращ корпус.
• Възможност за свързване към други отоплителни системи, слънчеви колектори, което ще направи отоплителната техника напълно автономна.

Срокът на експлоатация на термопомпите вода-вода обикновено надхвърля 30 години.

Също толкова важно при избора на оборудване е цената на монтажа и монтажа.

Изчисляване на необходимата мощност на термопомпата

Преди да закупите система, важно е първо да изготвите проект и да изчислите необходимата мощност на оборудването. Производителността се изчислява, като се вземат предвид действителните нужди от топлинна енергия. Вземат се предвид консумацията на топлина, загубата на топлина у дома и наличието или липсата на верига БГВ.

Алгоритъм за изчисление:

1. Изчисляваме общата площ на отопляемите помещения.
2. Ние определяме необходимото количество енергия за отопление. Оптималният показател на 1 квадратен метър е 0,07 kW.
3. За да затоплите къща от N квадратни метра, ще ви трябва N*0,07 kW.
4. За БГВ допълнителни 15-20% се добавят към полученото число, тоест N*0,07*0,85 или N*0,07*0,80.

Това изчисление ще бъде оптимално за помещения с тавани, които не надвишават височина от 2,7 м. По-точни изчисления ще бъдат направени от специалисти по време на подготовката на проекта.

Подготвителна работа преди операцията

Подготовката за монтаж, свързване и пускане в експлоатация на термопомпа от серията вода-вода включва редица стандартни стъпки, с които ще се запознаем по-късно.

Избор на оптимален източник на вода

Трябва да се отбележи, че не всеки отворен код или вода добре подходящ за непрекъсната работа на термопомпата. Качеството на водата играе важна роля, но филтрите ще помогнат за решаването на проблема със замърсяването.

Допустимо е използването на резервоар или езерце, разположени в радиус от 100 метра от сградата. Ако няма такъв източник, тогава възниква необходимостта от пробиване на кладенци.

Изборът на източник за термопомпа трябва да се основава на лекотата на използване и разходите за използване. Ако наблизо има открит резервоар, по-разумно е да го използвате

Поведението на отворен източник е по-предсказуемо от подземните води, така че, ако е възможно, е по-добре да се даде предпочитание на резервоарите.

Монтаж на топлинна система с помощта на кладенец

За да инсталирате система, използваща термопомпа, ще ви трябват два кладенеца. Един от кладенците обикновено се нарича дебит. Именно в него се потапя специална помпа, с помощта на която се взема вода за последваща обработка в системата. Вторият кладенец е приемен кладенец. В него се източва охладена вода.

Дренажните и захранващите кладенци трябва да бъдат разположени на разстояние най-малко 15 метра един от друг.

Дълбочината на дебитния кладенец не трябва да надвишава 50 метра. Колкото по-дълбок е източникът на вода, толкова по-мощна помпа е необходима за захранването му, което ще увеличи количеството консумирана енергия.

Изграждане на дебитен кладенец

Преди да започнете да работите с дебитен кладенец, важно е да разберете колко вода може да произведе и колко течност е необходима, за да осигури топлина на цялата стая. Колкото по-висока е температурата на водата, толкова по-малко ще е необходимо за отопление.

Важно е предварително да изчислите обема V, който трябва да се изпомпва от кладенеца в рамките на един час, за да се затопли стаята. Да кажем, че има помпа, чиято топлинна мощност е равна на определено число Q kW, а консумацията на енергия - до броя П kW. Ще трябва също да разберете температурата на подземните води (t1) и тяхната температура след температурен обмен (t2).

Тогава формулата за изчисляване на обема на необходимото количество вода на час изглежда така:

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

Аналитично е невъзможно да се определи способността на дебитния кладенец да произведе необходимия обем вода, затова се тества. В продължение на 3 дни помпата изпомпва непрекъснато вода от кладенеца. По този начин се проверява и способността на приемния кладенец да поеме необходимото количество вода при високо натоварване.

Важно е да се разбере, че подземните води се държат непредсказуемо, така че количеството вода от дебитния кладенец може да намалее с времето. Например, през пролетта има приливи, но през зимата, напротив, водата намалява. Ако в кладенеца няма достатъчно вода, системата автоматично се изключва и не се нагрява.

Характеристики на приемния кладенец

Приемният тръбен кладенец е разположен надолу по течението на подземните води. Аналитично е невъзможно да се определи в каква посока се движи водата. Следователно на практика произволен кладенец се избира като дебитен кладенец и се пуска в него потопяеми помпа.

Ако нивото на водата не спадне по време на работа на системата, тогава изборът е направен правилно.Ако нивото е спаднало и температурата на водата е спаднала, тогава е необходимо да промените позициите на кладенците - преместете потопяеми помпа в друга дупка.

Дренажната тръба в приемния кладенец трябва да бъде потопена на няколко сантиметра във вода, без да достига дъното. Ако изхвърляте отпадъчна течност отгоре, това ще доведе до преовлажняване. Тръбният кладенец може да спре да получава вода и да се запуши.

Резултатът заплашва преливане, а през зимата е възможно заледяване. Най-добрите варианти за приемен източник са река или езеро. Ако тези обекти не са наблизо, тогава е необходимо да се пробият един или повече приемни кладенци, за да се осигури срещу преливане.

Фигурата показва пример за използване на един кладенец като приемен и дебитен кладенец

Невъзможно е да се разбере дали един кладенец ще получи вода нито чрез анализ, нито чрез тестване. Практиката показва, че дренажният кладенец може непрекъснато да абсорбира вода в продължение на много години или може напълно да се провали за един сезон.

Има технологии, които ви позволяват да използвате един кладенец като дебитен и приемен кладенец, но този метод не е ефективен - работата ще бъде придружена от трудности, възможно е понижаване на температурата на водата, преовлажняване и редица други проблеми.

Проектиране на система с използване на резервоар

Избраното езерце трябва да е достатъчно дълбоко, така че долните слоеве вода да не замръзват по време на силни студове. В южните райони оптималната дълбочина ще бъде приблизително 1 метър, а в северните райони ще е необходим източник с дълбочина 3 метра. Освен това езерцето трябва да е стабилно - колебанията в нивото на водата и нейното намаляване са неприемливи.

Към резервоара има два тръбопровода - дебитен и приемен.В приемната зона е монтирана потопяема помпа

Препоръчва се използването на модели, изработени от HDPE, характеризиращ се с издръжливост и надеждност. Важно е да защитите тръбите от замръзване, като ги изолирате допълнително и от пробиви.

Подготовка на вашия дом за монтаж на термопомпа

За да взаимодейства с термопомпа вода-вода, къщата трябва да бъде оборудвана с водна отоплителна система, представена под формата на тръби и радиаторни батерии. За по-добра изолация е допустимо и монтирането на отоплителни тръби в пода и стените.

Ако оборудването ще се използва за захранване с топла вода, тогава къщата трябва да има система за събиране. За да работите с помпата, трябва да сте свързани към електрическа мрежа с неограничена мощност.

Без допълнителни мерки за топлоизолация на къщата (изолация отвън, монтаж на двукамерна дограма и др.) работа с термопомпа няма смисъл.

Експертите препоръчват допълнително инсталиране захранваща вентилационна система с механизъм за въздушно отопление. Използваният в оборудването фреон е вреден за хората. Ако в системната верига има микрофрактури, газът ще се освободи и по този начин ще измести въздуха от помещението. Хладилният агент може да причини обостряне на белодробни заболявания и астматични пристъпи при хората.

Термопомпата е тежко оборудване, теглото й може да достигне един тон (в зависимост от мощността и размера), така че в някои случаи нейната инсталация изисква изграждането на собствена основа, която не е свързана с основата на вилата.

Преди да инсталирате оборудването, трябва да вземете предвид допустимите размери на помещението и да поддържате разстоянието до стените, посочено в паспорта на продукта.

Допълнително оборудване

Избор допълнително оборудване за термопомпа - отговорна задача, чието решение до голяма степен определя дългосрочния експлоатационен живот на отоплителната система като цяло и липсата на проблеми в работата.

Потопяеми помпа за кладенци и резервоари

Ако системата използва термопомпа за подаване на топла вода, тогава устройство с ниска мощност може да намали налягането в крановете. Мощна помпа ще реши този проблем, но консумира повече енергия. Минимално допустима мощност по време на работа FGP — 1 kW.

Има много различни модификации потопяеми помпи Изборът се прави, като се вземат предвид три критерия, а именно:

• Течно количествоизползвани за изпомпване (колкото повече вода трябва да се транспортира, толкова по-висока трябва да бъде мощността на помпата).
• Дълбочина на кладенеца (колкото по-дълбок е кладенецът, толкова по-голяма трябва да бъде мощността на оборудването);
• Диаметър на кладенеца (традиционно се предпочитат 4-инчовите валове, защото имат най-голям брой помпи, за разлика от 3-инчовите).

За да се определи дълбочината на кладенеца, е необходимо да се прикрепи тежест към въже и да се спусне в шахтата. Мократа част на въжето ще покаже пълната дълбочина на кладенеца, сухата част ще определи разстоянието от началото на водата до повърхността.

Помпата се потапя в сондажа на дълбочина, определена от производителя на устройството. Обикновено техническият паспорт показва колко метра трябва да има между водната повърхност и помпата, дъното на изкопа и помпата

Както универсалните помпи, така и оборудването, специално проектирано за кладенци, могат да бъдат подходящи за мини. Ако мината е разработена от професионалисти, тогава тя е по-малко запушена с пясък, така че можете безопасно да използвате универсална помпа.

Помпите, предназначени специално за кладенци, са по-скъпи, но се справят добре с пясък и мръсотия и по-малко се запушват. Универсалните са чувствителни към високо органично съдържание, трябва редовно да се почистват от мръсотия, в резултат на което експлоатационният им живот намалява.

Предпочитание трябва да се даде на помпи с автоматизация, тъй като ако двигателят прегрее, има прекомерно запушване или няма вода в кладенеца, те се изключват сами, в резултат на което двигателят не прегрява и не се повреди.

Въз основа на принципа на действие има 2 вида потопяеми помпи:

• Центробежен.
• Вибриращ.

За работа в кладенци, произвеждащи вода във варовик, за предпочитане са центробежните дълбоки модели. Те са чувствителни към вода с песъчинки и глинеста суспензия.

Ако термопомпата ще бъде свързана към отворен резервоар, по-добре е да използвате повърхностно помпено оборудване, предназначено за изпомпване на мръсна вода, или евтино вибрационно устройство.

Междинен топлообменник на термопомпа

При термопомпите фреонът може да не се охлади достатъчно добре по време на циркулация, което води до прегряване на компресора поради прекомерни температури на изпускане. Поради това е важно да се подобри охлаждането на веществото, като по този начин се намали налягането във веригите.

Има и друг проблем, който е общ за всички термопомпи - хладилният агент може да се смеси с водни пари. Ако течността навлезе в компресора, това може да се случи воден чук. В този случай ще е необходим ремонт или подмяна на частта. Освен това водата може да попадне в маслото и е трудно да се отстрани оттам.

Всички проблеми, описани по-горе, се решават чрез инсталиране на междинен топлообменник.Има три вида топлообменници - отворен тип, кожухотръбни и серпентина.

Модификацията от отворен тип неутрализира течността, която попада във фреона по време на циркулацията, което минимизира вероятността воден чук компресор. Устройството се отличава с висока производителност при минимална консумация на енергия.

При инсталиране на топлообменник от отворен тип е важно да изберете правилния размер на тръбопровода за течност, за да осигурите минимално компресиране на налягането

Правилно избраните тръби ще неутрализират възможността за кипене на течност. В този случай вентилът трябва да има достатъчна производителност, така че течността да може да проникне в устройството при ниска разлика в налягането.

Кожухотръбният топлообменник е представен под формата на затворена конструкция. Топлообменът се осъществява през стените на тръбите, а течността и хладилният агент в него не се смесват, за разлика от отворените, което осигурява високо налягане за циркулация на пара и въздух.

Топлообменникът на намотката се отличава с наличието на регулатор на потока, който контролира потока на течен фреон. Размерът на устройството зависи пряко от мощността на термопомпата. Необходимо е да изберете продукт, като вземете предвид функционалността и наличното количество. Препоръчително е да се даде предимство на сгъваемите модели.

Термопомпени филтри

Водата от кладенци или резервоари не идва в чист вид. Може да съдържа пясък, мръсотия, различни микроелементи - желязо, сероводород, манган, хлор, амоняк и др. Преди да влезе в термопомпата, водата трябва да бъде филтрирана.

На първо място е необходимо да се елиминират големи вещества - камъни, пясък, мръсотия, тиня. За да ги извадите от водата, е необходим монтаж хидроциклон.

Хидроциклонът е устройство, необходимо за грубо пречистване на вода.Тя трябва да бъде избрана, като се вземе предвид мощността на помпата

След това е важно да инсталирате филтри, които елиминират желязо, сероводород, манган и амоняк. Тези микроелементи съкращават живота на оборудването и го излагат на корозия.

Можете да използвате филтри обратна осмоза, омекотители, средства за отстраняване на желязо и техните модификации. За да осигурите топла вода за пиене, трябва допълнително да я оборудвате с въглеродни филтри и UV стерилизатор, който унищожава бактериите и вирусите.

Електрически генератор за резервно захранване

Термопомпите работят от електрическата мрежа, така че ако има прекъсване на тока, къщата ще остане без отопление. Препоръчително е допълнително да закупите електрически генератор, който работи на запалими вещества.

Важно е електрическият генератор да генерира необходимата мощност за работа на компресора на помпата

Характеристики на работа на такава термопомпа

Веднъж годишно е необходимо да се извършва независима визуална проверка на компонентите на помпата, да се спазват препоръките за поддръжка - да се смазват частите своевременно, да се следи правилната работа на устройството при изпомпване на вода.

Някои видове оборудване изискват редовна проверка (обикновено 1-2 пъти годишно) от специалисти в сервизния център. При проверката се установява следното:

• изтичане на масло от двигателя през пукнатини във веригата;
• качество на закрепванията и връзките;
• ниво на налягане в резервоари и вериги;
• неизправности в захранващото окабеляване.

Монтажът на термопомпа вода-вода трябва да се извършва от обучени специалисти. Неефективността на системата най-често се дължи на неправилната й инсталация. Топлинното оборудване е подходящо за използване както от жителите на южните, така и на северните райони.

Изводи и полезно видео по темата

Видеото ще ви запознае с принципа на работа и характеристиките на устройството:

В резултат на това можем да заключим, че термопомпата вода-вода се счита за ефективно екологично оборудване, предназначено за отопление на къщи до 150 квадратни метра. Подреждането на по-голяма площ може да изисква доста сложни инженерни проучвания.

Ако имате някакви въпроси, докато четете предоставената информация, моля, задайте ги в блока по-долу. Очакваме вашите коментари, въпроси по темата, истории и снимки за изграждането на мини водноелектрическа централа със собствените си ръце. Интересуваме се от вашето мнение.