Pre vykurovanie a poskytovanie teplej vody pre domácnosti je vhodné použiť tepelné čerpadlo voda-voda, ktoré pracuje z prírodných zdrojov - podzemných vôd, riek, nádrží atď. Systém sa vyznačuje absolútnou environmentálnou bezpečnosťou, nevyžaduje pravidelné výdavky na spotrebný materiál, a preto sa stáva čoraz populárnejším.
Budeme hovoriť o možnostiach pre zariadenie tepelného čerpadla, ktoré využíva ekologickú energiu vody na jeho prenos do domácich vykurovacích systémov. Pre zvedavých domácich remeselníkov sme popísali princípy fungovania populárnych možností zariadenia a technológie výstavby. Dozviete sa od nás, aké vybavenie je potrebné pre prevádzku systému.
Princíp činnosti tepelného čerpadla voda-voda
Tepelné čerpadlo predstavuje princíp Carnotovho cyklu. Spočíva v tom, že pohybujúca sa látka v uzavretom systéme a meniaca svoj chemický stav, pod vplyvom chemických, fyzikálnych alebo tepelných faktorov, z kvapalného do plynného stavu, uvoľňuje a absorbuje obrovské množstvo tepelnej energie.
Úlohou pracovnej látky je tepelné médium - voda zo studne alebo nádrž.
Aj v zime v prírodných zdrojoch v určitej hĺbke sa udržiava pozitívna teplota, preto je možné z nich počas celého roka získavať tepelnú energiu. Jedinou nevýhodou inštalácie je vysoká spotreba energie a potreba nákupu ďalšieho zariadenia.
Diagram ukazuje dráhu cirkulácie vody a chladiva. Systém umožňuje prijímať tepelnú energiu bez ohľadu na sezónu.
Hlavné prvky tepelného čerpadla voda-voda:
- kompresor;
- výparníka;
- kondenzátor;
- expanzný indukčný ventil;
- automatický systém, ktorý monitoruje výkon;
- viacnásobné diaľnice z medených rúr;
- pracovná látka (chladivo).
Pomocou špeciálneho čerpadla vstupuje voda do potrubia zo zdroja do tepelného zariadenia a potom spolupracuje s plynom (freónom) s teplotou varu 2-3 ° C. Freón absorbuje časť tepla z vody a je nasávaný kompresorom, kde sa jeho teplota počas kompresie zvyšuje.
Zariadenie tepelného čerpadla zaberá veľa miesta, ale poskytuje možnosť zbaviť sa komunálnej závislosti
Potom chladivo vstupuje do kondenzátora, po ktorom horúca látka ohrieva vodu na vopred určenú teplotu (od +40 do +80 stupňov), ktorá je prepravovaná potrubím vykurovacieho systému.
Ochladená voda vstupuje do výparníka, potom odteká do prijímacej šachty. Po prechode cez kondenzátor sa chladivo stane kvapalným a zhromažďuje sa na dne prvku, potom sa vracia na svoje pôvodné miesto cez tlmivku. Potom sa cyklus opakuje.
Podľa konštrukčného princípu je tepelné čerpadlo inverznou chladničkou. Iba jeho výparník je ponorený do vody a vyhrievaná časť je na zemi a produkuje teplo. 
Práca vnútornej jednotky geosystému vody a vody je zameraná na vykurovanie chladiaceho média pre vykurovacie okruhy a vodu na zásobovanie teplou vodou. 
Tepelné čerpadlá, vyrábané na stavbu nízkopodlažných budov, s malými rozmermi. Používajú vodu z otvorených nádrží, studní a nemrznúcich zmesí z uzavretých systémov, položených v zemi 
V závislosti od dizajnu a technického vybavenia spotrebujú tepelné čerpadlá 5 až 25% energie, zvyšok energie ide na zabezpečenie inžinierskych systémov
Na čo sa treba pozerať pri zariaďovaní takéhoto vykurovania?
Existuje veľké množstvo rôznych modifikácií tepelných čerpadiel, určených pre priestory akéhokoľvek účelu a veľkosti, ako aj pre prácu v rôznych podmienkach. Zariadenie je určené na vykurovanie domov o celkovej rozlohe 50 - 150 m2.
Orientačný bod 1 - tvrdosť vody
Kvalita vody vrtu alebo nádrže hrá dôležitú úlohu pri výbere zariadení. Nie všetky modely sú schopné pracovať na tvrdej vode obsahujúcej veľké množstvo mangánu a železa.
Vysoká koncentrácia týchto prvkov poškodzuje systém - korózia sa vytvára rýchlejšie na potrubiach, čo vedie k zníženiu účinnosti zariadenia a jeho životnosti.
Pred nákupom tepelného čerpadla sa preto odoberá vzorka vody a analyzuje sa prítomnosť týchto a ďalších stopových prvkov - sírovodík, amoniak, chlór atď. Zvyčajne, ak teplota v rybníku presiahne +13 stupňov, potom je viac pravdepodobné, že vo vode je veľa iónov železa a mangánu.
Tepelné čerpadlo voda-voda je teda zvolené na základe tvrdosti vody. Existujú systémy, ktorých prvky sú najviac chránené pred koróziou, ale sú drahšie.
Orientačný bod 2 - režim prevádzky
Tepelné čerpadlo môže byť použité ako jediný zdroj tepla alebo môže spolupracovať s inými systémami. Preto pred výberom modelu je dôležité určiť, v akom režime bude zariadenie pracovať.
Celkovo existujú dva typy fungovania systému:
- Monovalentné. Zariadenia majú veľký výkon, vhodné na vykurovanie domu.
- Bivalentný. Menej produktívne zariadenia, ktoré dopĺňajú hlavné vykurovacie zariadenia.
Pre konštrukciu autonómneho systému s hlavnou vykurovacou jednotkou voda-voda je potrebný monovalentný typ.
Orientačný bod 3 - výkon čerpadla
Výkon je dôležitým indikátorom pri výbere tepelného čerpadla, pretože výkon systému závisí od neho. Čím vyšší výkon, tým vyššia je účinnosť zariadenia, ale aj vyššia spotreba energie.
Výkon tepelného čerpadla voda-voda sa volí na základe skutočných potrieb.
Pri výbere zariadenia s nedostatočným výkonom klesne účinnosť systému, ak tepelná strata z domu presiahne množstvo energie vrátenej systémom. Tepelné čerpadlo môže pracovať nepretržite, ale jeho účinok nebude spôsobený poklesom teploty vody.
Keď je tepelná strata budovy nižšia ako prenos tepla zo systému, čerpadlo sa zvyčajne automaticky spustí na niekoľko minút, ohreje vodu na nastavenú teplotu, prepravuje ju systémom. Potom sa vypne až do okamihu, keď teplota klesne o niekoľko stupňov. Potom sa cyklus opakuje.
Orientačný bod 4 - funkčne špecifický model
Tepelné čerpadlá môžu mať ďalšie funkcie, ako napríklad:
- Automatický riadiaci systém, ktorý vám umožní nastaviť mikroklímu miestnosti podľa chuti. Riadenie sa zvyčajne vykonáva diaľkovým ovládaním.
- Funkcia ohrevu vody pre teplú vodu.
- Zvukotesné puzdro.
- Schopnosť pripojiť sa k iným vykurovacím systémom, solárnym kolektorom, čím sa zariadenie na vykurovanie stane úplne autonómnym.
Trvanie prevádzky tepelných čerpadiel voda-voda zvyčajne presahuje 30 rokov.
Nemenej dôležité je pri výbere zariadenia zvážiť náklady na inštaláciu a inštaláciu.
Výpočet požadovaného výkonu tepelného čerpadla
Pred zakúpením systému je dôležité vopred navrhnúť a vypočítať požadovanú kapacitu zariadenia. Produktivita sa počíta s prihliadnutím na skutočné potreby tepelnej energie. Zohľadnite náklady na teplo, tepelné straty doma a prítomnosť alebo neprítomnosť okruhu TÚV.
Algoritmus výpočtu:
- Vypočítajte celkovú plochu vykurovaných priestorov.
- Stanovíme potrebné množstvo energie na vykurovanie. Optimálna rýchlosť na 1 meter štvorcový je 0, 07 kW.
- Pre vykurovanie domu na Nm2 potrebujete N * 0, 07 kW.
- Pre TÚV sa k výslednému číslu pridá ďalších 15 až 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. Odborníci urobia presnejšie výpočty počas prípravy projektu.
Tepelné čerpadlá u nás zatiaľ nie sú veľmi obľúbené. Je to spôsobené lacným modrým palivom, ktoré momentálne nemá inú alternatívu. 
Avšak v oblastiach, ktoré nemajú prístup k centralizovanému prívodu plynu, je inštalácia tepelného čerpadla výhodná a účelná. 
Tepelné čerpadlo generuje na 1 kW vynaloženej energie 5-6 kW. Na rozdiel od elektrických ohrievačov, ktoré produkujú teplo, rovnako ako spotrebovanej energie 
Nové úpravy tepelných čerpadiel nevyžadujú usporiadanie samostatnej miestnosti. Sú prakticky tiché a kompaktné, môžu byť umiestnené v chodbách, sálach, kuchyniach
Prípravné práce pred prevádzkou
Príprava na montáž, pripojenie a uvedenie do prevádzky tepelného čerpadla zo série voda-voda obsahuje niekoľko štandardných krokov, ktoré budeme ďalej skúmať.
Výber optimálneho zdroja vody
Treba poznamenať, že nie každý otvorený zdroj alebo studňa je vhodná na plynulý chod tepelného čerpadla. Kvalita vody zohráva dôležitú úlohu, ale filtre môžu vyriešiť problém znečistenia.
Je povolené používať rybník alebo rybník nachádzajúci sa v okruhu 100 metrov od budovy. Ak takýto zdroj neexistuje, potom je potrebné vrtať studne.
Voľba zdroja tepelného čerpadla by sa mala zamerať na jednoduchosť a náklady na používanie. V prípade blízkeho otvoreného rybníka je múdrejší ho používať
Správanie sa open source je predvídateľnejšie ako podzemná voda, takže ak je to možné, je lepšie dať prednosť vodným útvarom.
Vŕtanie a rozvoj geotermálnej studne používanej v schéme tepelného čerpadla nie je vždy dôvodom pre investície 
Najjednoduchšia a najlacnejšia verzia výparníka - opakovane valcované rúrky uložené v najbližšej nádrži 
Vážnou výhodou použitia rezervoáru sú minimálne náklady na inštaláciu systému, ktorý využíva voľnú prírodnú energiu. 
Keď sa výkon tepelného čerpadla zníži, potrubia sa vytiahnu na povrch, skontrolujú a opravia poškodenia.
Inštalácia tepelného systému pomocou studne
Na inštaláciu systému pomocou tepelného čerpadla budú potrebné dve studne. Jedna zo studní sa nazýva debet. Je v ňom ponorené špeciálne čerpadlo, cez ktoré sa odoberá voda na následné spracovanie v systéme. Druhá studňa je prijímajúca. Do nej sa naleje chladená voda.
Odvodňovacie a prívodné studne by mali byť od seba vzdialené najmenej 15 metrov
Hĺbka debetnej studne by nemala presiahnuť 50 metrov. Čím hlbší je zdroj vody, tým silnejšie bude čerpadlo dodávať, čím sa zvýši množstvo spotrebovanej energie.
Debetné zariadenie
Pred použitím debetnej studne je dôležité vedieť, koľko vody je schopná poskytnúť a koľko kvapaliny je potrebné na udržanie teplého priestoru. Čím vyššia je teplota vody, tým menej bude potrebovať na vykurovanie.
Je dôležité vopred vypočítať objem V, ktorý musí byť z hodiny odčerpaný z vrtu, aby sa miestnosť ohriala. Predpokladajme, že existuje čerpadlo, ktorého tepelný výkon sa rovná určitému počtu Q kW a spotreba energie je číslo P kW. Tiež je potrebné poznať teplotu podzemnej vody ( t1 ) a ich teplotu po výmene tepla ( t2 ).
Potom je vzorec pre výpočet objemu potrebného množstva vody za hodinu
V = (QP) / (t1-t2).
Je analyticky nemožné určiť schopnosť debetnej studne produkovať požadovaný objem vody, preto sa testuje. Do 3 dní čerpadlo nepretržite čerpá vodu zo studne. Skúšobná jamka sa teda vykonáva s možnosťou získania požadovaného množstva vody pri vysokom zaťažení.
Je dôležité pochopiť, že podzemné vody sa správajú nepredvídateľne, takže voda z debetnej studne sa môže stať menej. Napríklad na jar sú prílivy a v zime naopak voda klesá. Ak v studni nie je dostatok vody, systém sa automaticky vypne, kúrenie nenastane.
Vlastnosti prijímacieho vrtu
Prijímacia rúrková studňa je umiestnená po prúde od spodnej vody. Je analyticky nemožné určiť, ktorým smerom sa voda pohybuje. Preto sa v praxi ako debet vyberá ľubovoľná studňa a do nej sa uvádza ponorné čerpadlo.
Ak počas prevádzky systému hladina vody neklesne, potom sa voľba vykoná správne. Ak hladina klesla a teplota vody klesla, je potrebné v niektorých miestach jamky vymeniť - ponorné čerpadlo premiestnite do iného otvoru.
Odtokové potrubie v záchytnej šachte musí byť ponorené niekoľko centimetrov do vody a nesmie dosahovať dna. Ak vyhodíte odpadovú kvapalinu zhora, bude to viesť k zamokreniu. Rúrka môže prestať užívať vodu a upchávať.
Výsledok hrozí prepadom av zime možnou námrazou. Najlepšie možnosti pre príjem zdroja je rieka alebo rybník. Ak tieto objekty nie sú blízko, potom je potrebné vyvŕtať jednu alebo viac prijímacích jamiek, aby sa zabezpečilo proti pretečeniu.
Na obrázku je príklad použitia ako príjem a debet
Nie je možné zistiť, či studňa bude prijímať vodu analytickým alebo testovacím spôsobom. Prax ukazuje, že odtok môže hladko absorbovať vodu po mnoho rokov, a môže dokonca zlyhať vôbec v jednej sezóne.
Existujú technológie, ktoré umožňujú jedno použitie ako debetné a prijímajúce, ale táto metóda nie je efektívna - prevádzka bude sprevádzaná ťažkosťami, prípadne znížením teploty vody, zamokrením vody a množstvom ďalších problémov.
Systém zariadenia pomocou zásobníka
Vybraný rybník by mal byť dostatočne hlboký, aby spodné vrstvy vody nezmrzli pri silných mrazoch. V južných oblastiach bude optimálna hĺbka približne 1 meter, v severných oblastiach bude potrebný zdroj s hĺbkou 3 metre alebo viac. Aj rybník musí byť stabilný - výkyvy hladiny vody a jej pokles sú neprijateľné.
Do nádrže sú dva potrubia - debetné a prijímacie. Ponorné čerpadlo je inštalované v saní.
Ako rúry sa odporúča použiť modely HDPE, ktoré sa vyznačujú trvanlivosťou a spoľahlivosťou. Je dôležité chrániť rúry pred zamrznutím, dodatočne ohrievať a pred prelomom.
Príprava domu na inštaláciu tepelného čerpadla
Ak chcete komunikovať s tepelným čerpadlom, voda-voda v dome by mala byť vybavená vodovodným vykurovacím systémom, prezentovaným vo forme rúrok, batérií radiátorov. Pre lepšiu izoláciu podlahy a stien je tiež prípustné inštalovať vykurovacie potrubia.
Ak sa zariadenie použije na zásobovanie teplou vodou, musí byť v dome prítomný zberný systém. Na prevádzku čerpadla potrebujete elektrické pripojenie s neobmedzeným výkonom.
Bez dodatočných opatrení na tepelnú izoláciu domu (izolácia vonku, inštalácia dvojkomorových okien a pod.) Nemá prevádzka tepelného čerpadla zmysel.
Odborníci odporúčajú dodatočne inštalovať systém vetrania čerstvého typu s mechanizmom ohrevu vzduchu. Freón používaný v zariadení je škodlivý pre človeka. Ak sa v okruhu systému vyskytnú mikroexplozie, plyn sa uvoľní a tým sa z miestnosti vytlačí vzduch. Chladivo môže spôsobiť zhoršenie pľúcneho ochorenia, záchvaty udusenia.
Tepelné čerpadlo je ťažké zariadenie, jeho hmotnosť môže dosiahnuť tonu (záleží na výkone a veľkosti), takže na jeho inštaláciu v niektorých prípadoch je potrebné vybudovať vlastný základ, ktorý nie je spojený so základom chaty.
Pred inštaláciou zariadenia je potrebné vziať do úvahy prípustné rozmery miestnosti, zachovať vzdialenosť od stien uvedených v cestovnom pase produktu.
Dodatočné vybavenie
Výber prídavných zariadení pre tepelné čerpadlo je kľúčovou úlohou, ktorej riešenie v mnohých ohľadoch určuje dlhodobú životnosť vykurovacieho systému ako celku a absenciu problémov v prevádzke.
Ponorné čerpadlo pre studne a rybníky
Ak sa tepelné čerpadlo v systéme používa na zásobovanie teplou vodou, potom zariadenie s malou kapacitou môže znížiť tlak v kohútikoch. Výkonné čerpadlo tento problém vyrieši, ale spotrebuje viac energie. Minimálny prípustný výkon počas prevádzky FGP - 1 kW.
Ponorné čerpadlá majú rôzne modifikácie. Výber sa vykonáva podľa troch kritérií:
- Množstvo kvapaliny použitej na čerpanie (čím viac vody bude potrebné prepravovať, tým vyššia musí byť kapacita čerpadla).
- Hĺbka studne (čím hlbšie studňa, tým väčšia musí byť kapacita zariadenia);
- Priemer vrtu (tradične uprednostňujú 4-palcové hriadele, pretože vytvorili najväčší počet čerpadiel, na rozdiel od 3-palcového).
Na určenie hĺbky studne je potrebné zaistiť náklad na lane a spustiť ho do bane. Vlhká časť lana indikuje plnú hĺbku studne, suchá časť určí vzdialenosť od začiatku vody po povrch.
Čerpadlo je ponorené do vrtu do hĺbky označenej výrobcom zariadenia. V údajovom liste sa zvyčajne uvádza, koľko metrov by malo byť medzi zrkadlom vody a čerpadlom, spodnou časťou generácie a čerpadlom.
Pre bane môžu byť vhodné univerzálne čerpadlá a zariadenia špeciálne navrhnuté pre studne. Ak je baňa vyvinutá odborníkmi, potom je menej upchaté pieskom, takže môžete bezpečne používať univerzálne čerpadlo.
Čerpadlá, určené špeciálne pre studne, sú drahšie, ale vynikajúcu prácu s pieskom a bahnom, menej upchaté. Univerzálne sú citlivé na vysoký obsah organických látok, musia sa pravidelne čistiť od nečistôt, čím sa znižuje ich životnosť.
Je vhodné dávať prednosť čerpadlám s automatikou, pretože pri prehriatí motora, nadmernom upchatí alebo nedostatku vody v studni sa nezávisle vypnú, v dôsledku čoho sa motor neprehreje a nezlyhá.
По принципу действия различают 2 вида погружных насосов:
- Центробежные.
- Вибрационные.
Для работы в скважинах, добывающих воду в известняке, предпочтительнее центробежные глубинные модели. Они чувствительны к воде с песчинками и глинистой взвесью.
Если тепловой насос будет подключен к открытому водоему, использовать лучше поверхностное насосное оборудование, предназначенное для перекачки грязной воды, или недорогое вибрационное устройство.
Промежуточный теплообменник теплового насоса
В тепловых насосах во время циркуляции фреон может недостаточно хорошо охлаждаться, что приводит к перегреву компрессора в результате чрезмерной температуры нагнетания. Поэтому важно улучшить охлаждение вещества, тем самым понизив давление в контурах.
Существует еще одна проблема, характерная для всех тепловых насосов, – хладагент может смешиваться с парами воды. Если жидкость попадет в компрессор, то может произойти гидроудар. В этом случае понадобиться ремонт или замена детали. Также вода может попасть в масло, а извлечь ее оттуда затруднительно.
Все вышеописанные проблемы решает установка промежуточного теплообменника. Теплообменники бывают трех видов – открытого типа, кожухотрубные и змеевиковые.
Модификация открытого типа нейтрализует жидкость, попавшую во фреон при циркуляции, что минимизирует вероятность гидроудара компрессора. Устройство отличается высокой производительностью при минимальных затратах мощности.
При установке теплообменника открытого типа важно верно подобрать размер жидкостного трубопровода, чтоб обеспечить минимальное сжатие давления
Грамотно подобранные трубы позволят нейтрализовать возможность закипания жидкости. При этом клапан должен иметь достаточную пропускную способность, чтобы жидкость при низкой разнице давлений смогла проникнуть в устройство.
Кожухотрубный теплообменник представлен в виде закрытой конструкции. Теплообмен происходит через стенки труб, а жидкость и хладагент в нем не смешиваются, в отличие от открытого, что обеспечивает высокое давление для циркуляции пара и воздуха.
Змеевиковый теплообменник отличается наличием регулятора расхода, управляющего потоком жидкого фреона. Размер устройства напрямую зависит от мощности теплового насоса. Выбрать изделие необходимо с учетом функционала и располагаемой суммы. Желательно отдать предпочтение разборным моделям.
Фильтры для теплового насоса
Вода из скважин или водоемов поступает не в чистом виде. В ней может встречаться песок, грязь, различные микроэлементы – железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и др. Перед поступлением в тепловой насос вода должна быть отфильтрована.
Прежде всего, необходимо устранить крупные вещества – камни, песок, грязь, ил. Чтобы убрать их из воды, необходима установка гидроциклона.
Гидроциклон – устройство, требующееся для грубой очистки воды. Выбрать его необходимо с учетом мощности насоса
Далее важно установить фильтры, устраняющие железо, сероводород, марганец, аммиак. Эти микроэлементы сокращают срок эксплуатации оборудования, подвергают его коррозии.
Можно воспользоваться фильтрами обратного осмоса, умягчителями, обезжелезивателями и их модификациями. Для обеспечения питьевой горячей воды дополнительно следует оборудовать угольные фильтры и УФ-стерилизатор, уничтожающий бактерии и вирусы.
Электрогенератор для резервного питания
Тепловые насосы работают от электрической сети, поэтому, если произойдет отключение электропитания, то дом останется без обогрева. Целесообразно дополнительно приобрести электрогенератор, работающий на горючих веществах.
Важно, чтоб электрогенератор мог вырабатывать необходимую мощность для работы компрессора насоса
Особенности эксплуатации такого теплового насоса
Раз в год необходимо проводить самостоятельный визуальный осмотру узлов насоса, выполнять рекомендации по техническому обслуживанию – своевременно смазывать детали, следить за корректностью работы прибора при перекачивании воды.
Некоторые виды оборудования нуждаются в регулярной проверке (обычно 1-2 раза в год) специалистов сервисного центра. В ходе проверки выявляют:
- протечки машинного масла через трещины в контуре;
- качество креплений и соединений;
- уровень давления в баках и контурах;
- неисправности в работе силовой проводки.
Монтаж теплового насоса вода-вода следует поручить обученным специалистам. Неэффективность системы чаще всего связана с ее неправильной установкой. Тепловое оборудование пригодно для эксплуатации как жителями Южный регионов, так и Северных.
Závery a užitočné video na túto tému
Ролик ознакомит с принципом действия и особенностями устройства:
В качестве итогов, можно сделать вывод, что тепловой насос вода-вода считается эффективным экологически безопасным оборудованием, созданным для обогрева домов площадью до 150 кв метров. На обустройство помещения большей площади уже могут понадобится довольно сложные инженерные изыскания.
Если возникли вопросы в ходе ознакомления с представленной информацией, задавайте их, пожалуйста, в блоке, расположенном ниже. Ждем ваших комментариев, вопросов по теме, рассказов и фото о собственноручном сооружении мини-гидроэлектростанции. Máme záujem o Váš názor.