Тепловой насос вода-вода

Среди всего ассортимента отопительного оборудования, использующего низкопотенциальные возобновляемые источники энергии, тепловой насос вода-вода является наиболее эффективным и производительным.

В своей работе, водяной теплонасос использует тепло, получаемое из любых источников: открытых водоемов, артезианских скважин, колодцев и т.д. При условии грамотных расчетов, система способна отопить частный дом и промышленное здание в течение всей зимы.

Как работает тепловой насос системы вода-вода

Принципиальная рабочая схема теплового насоса вода-вода, заключается в преобразовании низкопотенциальной энергии в тепло, достаточное для обогрева помещений. Для этого, в устройстве используются различные узлы.

Общий принцип работы теплового насоса вода-вода, можно описать следующим образом:

• Первичный теплообменник – контур, по которому циркулирует хладагент, располагают на дне водоема, глубже, чем 3 метра над уровнем поверхности. На этой глубине, вода не промерзает и даже зимой сохраняет плюсовую температуру. Циркулируя по водяному контуру, антифриз нагревается до 6-8 градусов, после чего подается в корпус теплонасоса.Существует вариант, который предусматривает использование скважины для насоса типа вода-вода. В таком случае, осуществляется забор жидкости из источника, с последующим возвратом в другую скважину, расположенную рядом. При этом отсутствует необходимость в антифризе, используемого для передачи энергии. Вода перекачивается через теплообменник, отдавая тепло при непосредственном контакте.
  
• Теплообменник насоса вода-вода – строго говоря, устройство имеет два модуля, которые по принципу работы напоминают теплообменник – испаритель и конденсатор. В первом происходит испарение фреона. При этом хладагентом поглощается низкопотенциальная энергия, извлеченная из воды. Фреон, в газообразном состоянии, подается в компрессор.
  
• Дальше требуется преобразовать низкопотенциальную энергию в тепло, достаточное, чтобы нагреть теплоноситель. Для этого, тепловые насосы вода-вода используют компрессор, где под давлением фреон разогревается, после чего поступает во второй теплообменник, называемый конденсатором.
• Если при испарении хладагент поглощает большое количество тепла, то во время обратного преобразования в жидкость, энергия выделяется заново. Только теперь, минимальная температура на выходе, составляет не 6-8°С, как было в начале, а 40-70°С. Чтобы преобразовать фреон в газообразном состоянии обратно в жидкость, его под давлением подают в конденсатор. Хладагент конденсируется на стенках, которые расположены в накопительной емкости, подключенной к системе отопления. В результате, разогревается теплоноситель и вода для горячего водоснабжения.
  

Режим работы ТН вода-вода эффективен по той причине, что озеро или другой водоем, никогда не замерзают полностью. Льдом покрывается только поверхность, создавая надежную теплоизоляцию. Подобный принцип действия настолько эффективен, что становится возможным применение ТН вода-вода в северных регионах России.

Особенности выбора ТН вода-вода

Отопление дома тепловыми насосами по типу вода-вода, будет эффективным только при условии грамотного выбора оборудования. По этой причине рекомендуется, чтобы в выборе подходящей станции, участвовал специалист.

Во время подбора насоса учитывают следующие нюансы:

1. Производительность.
2. Завод – изготовитель.
3. Стоимость установки и монтажа.

Обращают внимание на наличие дополнительных возможностей станции:

• Управление – система автоматического управления отопления жилым домом, дает возможность создать наиболее комфортные условия для проживания. Управление, после установки контроллера, осуществляется через любое мобильное устройство или пульт ДУ.
• Нагрев воды ГВС – еще одна дополнительная функция, в некоторых тепловых насосах для отопления вода-вода, с использованием водоема, отсутствует (особенно в старых моделях).

Как показывает практика, учесть все нюансы подбора тепловой станции, без квалифицированной консультации, вряд ли получится. Но покупатель должен хорошо понимать несколько основных правил, связанных с выбором.

Как сделать расчет мощности ТН вода-вода

Изготовление альтернативного отопления дома тепловым насосом системы вода-вода, начинают с составления грамотного проекта, включающего расчет мощности оборудования. Производительность высчитывают в зависимости от фактических потребностей здания в тепловой энергии. Учитывают дополнительные расходы тепла, с учетом теплопотерь здания и наличие контура ГВС.

Методика расчета теплового насоса заключается в следующем:

• Высчитывается общая отапливаемая площадь здания.
• В расчетах учитывают соотношение площади к необходимому количеству тепловой энергии, как 10 м² = 0,7 кВт.
• Чтобы протопить небольшой дом на 100 м², потребуется станция на 7 кВт, 200 м² – 14 кВт.
• Для ГВС, дополнительно добавляют к полученному результату 15-20% запаса.

Предварительный расчёт насоса типа вода-вода, проведенный подобным способ, применим для зданий со средней теплоизоляцией и высотой потолков не более 2.7 м. Точные вычисления выполняют специалисты, во время изготовления проекта отопления дома.

Производители тепловых отопительных насосов вода-вода

Тех-характеристики выбираемого теплового насоса: производительность, длительность эксплуатации и коэффициент СОР, напрямую зависят от производителя отопительного оборудования. Поэтому выбору изготовителя уделяют достаточно времени.

Судя по отзывам покупателей, наибольшей популярностью пользуется продукция следующих производителей:

• Nibe – в отличие от других производителей, шведская компания занимается производством отопительного оборудования, работающего исключительно на возобновляемых источниках тепловой энергии, что отражается на качестве, производительности, экономичности и других характеристиках оборудования.Системы Nibe легко интегрируются в уже существующее отопление, подключаются к солнечным коллекторам (также выпускаются компанией), делая систему обогрева полностью автономной и независимой от традиционных видов топлива.
• Vaillant – немецкая компания наладила выпуск систем geoTHERM, предназначенных для отопления и ГВС. Модели имеют высокий показатель СОР. Предназначены для использования в жилых и промышленных зданиях. Нагрев теплоносителя на выходе составляет 60-65°С.Серия Vaillant geoTHERM имеет звукоизоляционное исполнение, что позволяет устанавливать станцию непосредственно в жилых помещениях.
• Mammoth – американская компания, продукция которой на рынках России и СНГ стала доступной с 2007 г. главным направлением компании является изготовление систем климат контроля: кондиционеров, тепловых насосов, использующих тепло воздуха, солнца, земли и воды.Особого внимания заслуживает серия Mammoth 3 в 1. Модель, совмещающая в себе три важных функции: нагрев и охлаждение помещения, подогрев ГВС, при этом максимальная производительность составляет 46 кВт.

Стоимость установки теплового насоса отопления вода-вода

Наиболее эффективный обогрев дома осуществляется насосом вода-вода. На теплоэффективность станции практически не влияют изменения погодных и температурных условий. Приобретение станции, несмотря на серьезные первоначальные вложения, окупится уже через несколько лет эксплуатации.

Монтаж насоса вода-вода, при условии наличия водоема, выполняется достаточно быстро и не требует больших затрат, но, если планируется использовать скважины, потребуются дополнительные расходы. Понимая это, большинство производителей указывают стоимость оборудования, учитывая стоимость монтажных работ. В зависимости от производителя, теплонасос обойдется в следующую сумму:

• Mammoth 5 кВт – 350-400 тыс. руб.
• Nibe 5 кВт – 300-450 тыс. руб.
• Vaillant 5 кВт – от 500 тыс. руб.

Суммы приведены приблизительно и могут варьироваться, в зависимости от компании, оказывающей услуги по продаже и обслуживанию оборудования.

Как правильно установить ТН вода-вода

Высокий КПД ТН вода-вода также зависит от грамотного подключения модулей.

Причем основную сложность вызывает правильная укладка контура на дно водоема или монтаж зондов в скважину артезианского источника. Может потребоваться создание искусственного водоема.

В любом случае, во время проведения установки теплового насоса вода-вода для отопления дома, руководствуются следующими правилами:

• Открытый водоем для теплового насоса не должен находиться дальше, чем 100 м от отапливаемого помещения. Чтобы предотвратить промерзание водяного контура, минимальная глубина озера не менее 3 м. Для теплового насоса вода-вода нужен водоем с достаточной площадью для размещения на дне коллектора.
  
• Для создания коллектора нужен метраж трубы контура, из расчета, что 1 п.м. дает 30 Вт энергии. Соответственно, для дома в 200 м² (теплонасос на 14 кВт) потребуется уложить около 500 м трубы. Укладывать трубопровод можно змейкой и кольцами.
• Использование колодца и установка в артезианскую скважину. Тепло подается не через циркуляцию антифриза, а благодаря забору воды из источника. Чтобы предотвратить изменения давления внутри слоев грунта, предъявляются несколько требований к колодцу. Обязательно изготавливают сливную скважину для отвода воды. Минимальное расстояние между колодцами не менее 20 м.
• Требования к качеству воды – на сроки эксплуатации теплонасоса и частоту его обслуживания, влияет качество воды. Обязательно устанавливают систему водоподготовки и фильтрации.

Устройство теплового насоса отопления вода-вода практически идентично тому, что используется в геотермальных установках. Единственным отличием является то, что для получения тепловой энергии используется контур, уложенный на дно водоема, либо погруженный в скважину. Как вариант, используется забор воды из скважины или колодца, в дальнейшем пропускаемой через теплообменник (испаритель).

Благодаря тому, что водоемы не промерзают полностью, появляется возможность использовать ТН вода-вода в климате России. Наилучшее соотношение теплоотдачи показало применение насосов в средних широтах, но допускается эксплуатация оборудования и в условиях Севера.

Положительные и отрицательные отзывы о ТН типа вода-вода

Опыт эксплуатации насосов системы вода-вода в отечественных условиях, помог выявить сильные и слабые стороны, помогающие оценить целесообразность приобретения установки. Отрицательные отзывы в основном сводятся к недостаточной производительности при сильных заморозках и высокой стоимости станции.

Но если было выполнено проектирование установки теплового насоса и сделан грамотный монтаж системы, обычно тепла достаточно даже при падении температуры ниже -30°С. Что касается высокой стоимости, то в ближайшем будущем ожидать каких-либо изменений в сторону удешевления станции не приходится.

С другой стороны, если рассчитать годовую выработку тепла и сравнить экономию средств, связанных с оплатой системы отопления, становится ясно, что ТН окупит себя уже через 3-5 лет. Следовательно, расходы не настолько большие, как это кажется в начале.

Главным плюсом установки теплового насоса вода-вода является его экономичность. В технической документации ясно указываются параметры СОР, которым соответствует теплонасос. Коэффициент был изобретен для описания энергоэффективности теплового оборудования.

На практике, СОР обозначает сколько тепловой энергии было выработано при затратах в 1 кВт. У большинства современных моделей, этот параметр равняется 4-5. Следовательно, на каждый затраченный киловатт, производится в 4-5 раз больше тепловой энергии.

Отзывы о ТН, по типу вода-вода, убедительно доказывают энергоэффективность, экономическую выгоду и целесообразность использования низкопотенциальной энергии водоемом для обогрева частных домов и промышленных объектов.

Тепловой насос вода-вода (открытая схема установки)

В этой статье мы расскажем все тонкости обустройства внешнего контура, который называется открытая схема или как часто выражаются – из скважины в скважину.

Это самый простой и дешевый способ обустройства внешнего геотермального контура для теплового насоса. В большинстве частных домов воду для бытовых нужд берут из пробуренной скважины. Ее же можно использовать и для теплового насоса.

Что важно знать о дебетовой скважине?

Дебетовая – это скважина, из которой забирается вода и поступает в теплообменник теплового насоса, где происходит отбор тепла от этой воды. Перед тем, как использовать такую скважину для теплового насоса, необходимо выяснить сколько она дает воды, т.е. её дебет. Давайте разберемся, зачем нам необходима эта информация.

Вода из скважины идет в теплообменник теплового насоса. С одной стороны пластин, который проходит вода из нашей скважины, с другой фреон, который забирает тепло от нее. Допустим пришло в теплообменник теплового насоса 10С, а выходит 6С. Т.е. фреон забрал 4С.

Прокачивая 1м3 воды через теплообменник, мы получим 4,65 кВт тепла.

Произведем расчет дебета скважины. Для примера возьмем тепловой насос производительностью 12 кВт и потребление 2,7 кВт. Для того чтобы определить количество воды, прокачиваемой через теплообменник, необходимо рассчитать холодопроизводительность теплового насоса. Это разность между тепловой мощностью и потребляемой мощностью. 12-2,7=9,3 кВт

Теперь рассчитываем объем прокачиваемой воды. 9,3/4,65=2 м3. Т.е. дебет нашей скважины должен быть больше процентов на 20-30. Например, в Краснодаре, температура воды из скважины почти круглогодично идет 13-14С. Охлаждать воду в теплообменнике, без риска для его размораживания, мы можем до +3С. Соответственно производим расчет.

• 13-3=10С
• 10*1,163=11,63
• 9,3/11,63=0,8 м3/ч

Из расчетов видно, как температура воды влияет на необходимый дебет из скважины. Еще один пример. Московская область. Зимой вода из скважины может опускаться до 8С. Считаем:

1. 8-3=5
2. 5*1,163=5,81
3. 9,3/5,83=1,6 м3/ч

Постоянно ли должен быть такой дебет? Нет, но обеспечить его нужно не менее расчетного.

Когда тепловой насос потребует расчетного дебета? Тогда, когда будет целый час работать без остановки, а такой момент наступит, если теплопотери дома будут равны или больше, чем та тепловая мощность, которую дает насос. Происходит следующий процесс. Допустим у нас есть «умный контроллер», который управляет тепловым насосом или человек, который выставил определенную температуру подачи в систему отопления. Пусть это будет 40С. Когда наступает момент, что теплопотери выше, чем мощность теплового насоса, то вода, приходящая в теплообменник отопительного контура (обратка), сильно холодная и мощности теплового насоса не хватает, чтобы нагреть воду до установленной температуры подачи и остановиться на «перекур». Если насос будет работать сутки, то и вода из скважины будет забираться такое же время с расчетным дебетом или больше. Если дебет будет недостаточный, уровень в скважине упадет и погружной насос не сможет забирать воду. Отсутствие ее в скважине приведет к остановке теплового насоса. Сработает защита. Когда теплопотери ниже, чем мощность насоса, то он будет включаться на несколько минут, нагревать воду до определенной температуры и выключаться до того момента, пока температура не упадет на 1-2С или на другое значение, выставленное оператором.

Погружной насос для скважины

Если скважина дает воды намного больше, чем нужно, то это не значит, что насос нужно брать помощнее. Давайте разберемся по порядку.

С одной стороны хорошо, что скважину для теплового насоса можно использовать и для бытовых нужд. Но всегда ли это будет комфортно? Вы открываете кран, из него течет вода с нормальным напором, тут включается насос и происходит резкое падение давления. Сомневаемся, что это кого-то устроит.

Первая мысль, заменить насос на более мощный. Но такая конструкция и больше потребляет. Для бытовых нужд погружной насос может в сутки отработать 1-2 часа, а он в разы больше, а может и сутками работать с тепловым насосом, соответственно и потреблять больше.

Допустим мы рассчитали, что нам нужен погружной насос определенной модели, удовлетворяющий нас по необходимому объему с учетом глубины скважины и продолжительности магистрали.

Потребляет при этом такой насос 500 ватт, а чтобы пользоваться водой для бытовых нужд, требуется замена на насос с мощностью 1 кВт. Такое устройство будет потреблять этот киловатт и при работе только теплового насоса, и при одновременной работе совместно с расходом воды для бытовых нужд.

Большее потребление погружным насосом приведет к уменьшению коэффициента преобразования.

• Возьмем пример потребления теплового насоса 12 кВт, котороесоставляет около 2,7 кВт
• 2,7+0,5=3,2
• 2,7+1,0=3,7
• 12/3,2=3,75
• 12/3,7=3,25
• В первом случае мы получим больше тепла на киловатт затраченной энергии, чем во втором.

Сделаем еще один расчет. Предположим, что тепловой насос установлен в Краснодаре, где отопительный период длится 149 суток. Возьмем средние теплопотери за отопительный сезон 5 кВт. Рассчитаем количество необходимой тепловой энергии за этот период:

1. 5*24*149=17880 кВт
2. В первом случае с КОПом 3,75 тепловой насос «съест» 4768 кВт (17880/3,75=4768).
3. Во втором случае с КОПом 3,25 тепловой насос израсходует 5501 кВт (17880/3,25=5501).

Разница составит: 5501-4768=733 кВт. При цене за киловатт 4 рубля получаем 733*4=2932 рубля. Кто-то скажет, что это немного. Возможно и так, но тепловые насосы бывают разной мощности, теплопотери отличаются и сумма может исчисляться не одним десятком тысяч рублей. Так что такой момент нужно обязательно учитывать.

Скважина приемная

Самая большая проблема при установке теплового насоса по открытой схеме – это, когда вода сбрасывается сверху в скважину. Так неправильно. Труба должна идти практически до самого дна скважины и приподниматься от него на 0,5-1 метр. Внизу все должно бурлить.

При сбросе воды сверху скважина может быстро заилиться и перестать принимать воду. Происходит перелив. Если это произойдет при хорошем минусе на улице, то каток вам обеспечен.

Поэтому, если рядом имеется река или какой-нибудь водоем, ливневка или дренажная траншея, то лучше приемную скважину соединить с ними переливной трубкой, на случай перелива. Если ничего рядом нет, то придется бурить не одну, а две или более скважин на прием.

Ответа на вопрос, на сколько хватит приемной скважины, не знает никто. Она может принимать много лет, а может забиться через один отопительный сезон. Поэтому самый большой недостаток открытой схемы – непредсказуемость.

Еще один важный момент. Приемная скважина должна располагаться от дебетовой ниже по течению, на расстоянии не менее 6 метров. Это еще одна неясность. Как определить, в каком направлении течет подземная река. Ответ на этот вопрос даст только эксперимент.

Если в дебетовой скважине после запуска теплового насоса вода не будет опускаться, все нормально, угадали. Если она начнет падать по температуре, то скважины нужно менять местами, а погружной насос переносить. Трубопроводы дебетовой и сливной скважины лучше выполнять из ПНД трубы, как более дешевого материала.

Надежности и долговечности таких труб тоже достаточно.

Идеальный вариант, когда скважины расположены поперек подземного течения. Тогда достаточно сделать в колодце скважины разъемное соединение трубопровода, прокинуть в оба колодца питание с разъемным водонепроницаемым штекером и можно раз в год делать реверс скважин, меняя дебетовую и приемную местами.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

При реализации проекта по установке теплового насоса по открытой схеме рекомендуется установка промежуточного теплообменника. Он нужен, чтобы защитить фреоновую часть и, самое главное, компрессор теплового насоса от попадания воды.

При размораживании теплообменника вода может попасть в систему с фреоном, компрессор закачает эту воду и произойдет гидроудар, который выведет из строя компрессор. Вода перемешается с маслом и достать ее оттуда будет очень проблематично. Такой теплообменник устанавливается между скважиной и тепловым насосом.

Участок теплового насоса и промежуточный теплообменник заполняется рассолом с температурой замерзания     -10 -15С. Соответственно, если защита не сработает, и вода замерзнет в теплообменнике, то рассол не замерзнет и не разморозит теплообменник теплового насоса.

Стоимость промежуточного теплообменника зависит от его конструкции и размера. А последний зависит от мощности теплового насоса.

Лучше всего в качестве промежуточного теплообменника использовать разборный вариант. Но его стоимость в 2-4 раза выше, чем у паянного.

Если скважина чистая, дебет скважины хороший, то можно обойтись и без промежуточного теплообменника, но лучше с ним.

Фильтры для теплового насоса

Фильтры конечно нужны, но стоит помнить, что на них идет очень сильное сопротивление и погружной насос необходимо подбирать большей мощностью. Если из скважины поступает вода с песком, целесообразней в качестве фильтра использовать гидроциклон.

Как видно из написанного выше, установка теплового насоса по открытой схеме проста, но следует учитывать много факторов и тщательно подбирать оборудование.

Как сделать тепловой насос типа вода-вода: пошаговая схема сборки

Если отапливать частный дом газом невозможно или слишком дорого, а использовать твердое топливо не удобно, почему бы не извлечь энергию прямо из окружающей среды? Один из самых эффективных вариантов получить необходимые джоули — тепловой насос вода вода. На западе промышленное производство таких агрегатов давно налажено и пользуется высоким спросом. Однако стоимость их довольно высока. Поэтому вопрос о создании теплового насоса своими руками остается весьма актуальным.

Как устроен и работает такой тепловой насос?

Грубо говоря, тепловой насос работает как холодильник, только наоборот. Холодильник выводит часть тепла наружу, чтобы понизить температуру внутри камеры. Поэтому задняя стенка холодильника заметно нагревается. Тепловой же насос «охлаждает» окружающую среду, нагревая теплоноситель, который циркулирует в домовой системе отопления.

Обычно тепловые насосы вода вода состоят из следующего набора устройств:

• наружного контура;
• внутреннего контура;
• испарителя;
• конденсатора;
• компрессора.

Наружный контур представляет собой трубу, по которой циркулирует грунтовая вода.

Она поступает в систему из скважины, проходит через наружный контур, отдавая системе тепловую энергию с низким потенциалом, а затем сбрасывается в другую скважину.

Иногда внутри наружного контура, погруженного в воду, находится специальная жидкость, именуемая «рассолом». Это тоже вполне эффективный способ собрать находящееся в окружающей среде тепло.

Обратите внимание! Если возле дома имеется открытый водоем, его также можно использовать в качестве источника тепла. При этом нет необходимости бурить скважины для забора и сброса грунтовой воды.

Тепло грунтовой воды поступает в испаритель. Сюда же попадает через капиллярное отверстие находящийся под давлением хладагент. Снижение давления вызывает процесс испарения и тепло с внутренних стенок испарителя передается хладагенту. Газообразный хладагент поступает в компрессор, где происходит процесс его сжатия, после чего он направляется в конденсатор.

Здесь хладагент снова переходит в жидкое состояние, а полученная в результате энергия используется для подогрева теплоносителя, который циркулирует в трубах отопительной системы дома.

Таким образом, низкопотенциальная тепловая энергия воды преобразуется в энергию с высоким потенциалом и позволяет даже в сильные морозы обогревать дом вполне эффективно.

Наглядно этот процесс представлен на схеме теплового насоса вода вода.

На схеме теплового насоса «вода-вода» показан процесс получения из окружающей среды тепловой энергии с низким потенциалом в высокопотенциальную энергию для обогрева дома и подогрева воды

Качество работы теплового насоса во многом зависит от колебаний температуры воды. Чем стабильнее температура, тем лучше обогрев.

В скважине температура воды на протяжении всего года колеблется в пределах 7-12 градусов, что позволяет использовать оборудование очень эффективно.

Чтобы автоматизировать работу устройства, используют терморегулятор, который включает и отключает компрессор, поддерживая в температуру в помещениях на определенном уровне.

Как самостоятельно сделать такое устройство?

Самодельный тепловой насос типа «вода-вода» представляет собой набор готовых агрегатов, которые необходимо подключить в правильной последовательности.

Выглядит просто, но на практике все дело можно испортить из-за отсутствия грамотных расчетов. Они необходимы, чтобы выяснить оптимальную мощность компрессора, диаметр трубы теплообменника, а также прочие параметры системы.

У неспециалистов есть несколько вариантов решения этой проблемы:

• воспользоваться специальным программным обеспечением (например, программами CoolPack 1,46 и Copeland);
• использовать он-лайн калькуляторы, которые предлагаются на сайтах производителей такого оборудования;
• пригласить специалиста, который поможет все рассчитать за определенную плату или по доброте душевной.

Итак, теперь о каждой детали подробнее.

Деталь #1 — компрессор

Самый простой способ обзавестись подходящим компрессором — снять его с кондиционера, например, со сплит-системы марки LG. Семиваттный компрессор имеет мощность в 9,7кВт при производстве тепла и 7,5 кВт — при охлаждении. Дополнительное достоинство таких компрессоров — низкий уровень шума при работе.

Компрессор для теплового насоса вода-вода можно снять со старого кондиционера. Предпочтительнее выбирать модель, подходящую по мощности и работающую бесшумно

Во многих компрессорах используется фреон R22, температура кипения которого составляет -10, конденсирования — +55. В 2030 году этот хладагент будет запрещен к использованию. Достойной альтернативой может стать более «молодой» фреон R422. Впрочем, сменить хладагент можно не только при создании теплового насоса, но и в любое подходящее время.

Деталь #2 — конденсатор

Для изготовления конденсатора можно использовать бак из нержавеющей стали примерно на 120 литров. Его разрезают пополам, внутрь монтируют медный змеевик, приваривают соединения с двухдюймовой резьбой, затем половинки бака соединяют с помощью сварки. Площадь змеевика, по которому будет циркулировать хладагент, рассчитывается по формуле:

ПЗ = МТ/0,8РТ, где:

• ПЗ — площадь змеевика;
• МТ — Мощность тепла, выдаваемого системой, кВт;
• 0,8 — коэффициент теплопроводности при взаимодействии воды и меди;
• РТ — разница температуры воды на входе в систему и на выходе из нее, градусов Цельсия.

Для изготовления змеевика подойдет полудюймовая медная труба, специальная холодильная или чистая сантехническая. Рекомендованная толщина стенки трубы 1-1,2 мм.

Чтобы превратить отрезок трубы нужной длины в змеевик, достаточно намотать ее на любой подходящий цилиндр, например, на газовый баллон. Концы змеевика выводят наружу, используя сантехнические переходники.

Для обеспечения герметичности соединения следует воспользоваться льном и зажимной гайкой.

Чтобы сделать змеевик для конденсатора теплового насоса вода-вода, нужно аккуратно намотать медную трубу на баллон. Зафиксировать шаг витков поможет металлическая рейка

Обратите внимание, что вход фреоновода должен располагаться в в верхней части конденсатора, чтобы предотвратить образование пузырьков.

Деталь #3 — испаритель

На роль испарителя подойдет пластиковая бочка объемом 127 л. Удобнее, если у нее будет широкая горловина. Рассчитывают испаритель также, как и конденсатор. Медную трубу можно скрутить медной же проволокой, без всякой изоляции.

Самодельный испаритель для теплового насоса вода-вода можно сделать из пластиковой бочки с широкой горловиной. Змеевик можно уложить и в меньшую емкость, но удобнее работать с бочкой объемом более 120 л

Специалисты рекомендуют использовать для самодельных тепловых насосов испарители «затопленного» типа, в которых сжиженный хладагент поступает в воду снизу, а испаряется в верхней части.

Переходники можно изготовить из горловин обычных пластиковых бутылок, которые фиксируют с помощью льна и герметика. Для подачи и отвода воды подойдут стандартные канализационные трубы.

При монтаже терморегулирующего клапана, перед началом пайки трубы линии выравнивания, следует обмотать его влажной тканью, поскольку этот элемент нельзя нагревать более, чем до 100 градусов.

Сборка и заправка фреоном

Чтобы собрать подготовленные устройства в единую систему, понадобится сварочный аппарат. У входа в компрессор рекомендуется сделать заправочный клапан, который пригодится в дальнейшем. Затем с помощью специального вакуумного насоса следует проверить систему на вакуум.

Чтобы заправить систему фреоном, понадобится баллон, содержащий не менее 2 кг хладагента. После заправки рекомендуется выждать несколько дней, проверяя давление в системе.

Если оно остается постоянным, значит, протечки отсутствуют. Если же давление снижается, определить места протечек можно самым простым способом: с помощью мыльной пены.

Неопытным мастерам лучше обратиться к мастеру, который заправит оборудование профессионально и надежно.

Для автоматического регулирования работы системы рекомендуется использовать пусковое однофазное реле на 40А, предохранитель 16А, электрический щиток и DIN рейку.

Понадобится два каппилярных датчика температуры: у выхода из системы (рекомендуемое максимальное значение температуры — 40 градусов) и на выходе из испарителя (температура отключения — 0 градусов, чтобы не допустить замерзания системы).

Если для учета показаний обоих термодатчиков используется контроллер, следует помнить, что его настройки могут сбиться при отключении электроэнергии.

Примерно так выглядит один из вариантов самодельного теплового насоса вода-вода. Сверху устройство закрыто металлическим корпусом, на котором монтируется панель управления

После того, как система готова, а ее элементы размещены в удобных местах, следует соорудить две отдельные скважины для забора и сброса грунтовой воды и подвести наружный контур к системе.

В местностях, где бурение скважин связано с определенными проблемами, заняться этим вопросом следует в первую очередь.

Если скважины пробурить не удастся, возможно, придется выбрать другой вариант теплового насоса, например, «земля-вода».

В следующем видеоматериале продемонстрирована работа насоса самодельного теплового насоса:

Несколько полезных рекомендаций

Перед тем, как приступать к изготовлению теплового насоса, следует оценить уровень теплоизоляции здания и повысить ее до максимального уровня. Иначе эффективность этой системы будет стремиться к нулю.

Лучше всего применять тепловой насос в комплекте с низкотемпературными системами отопления. Чаще всего агрегат подключают к системе «теплый пол». Успешным может быть опыт с системами теплых стен, больших по площади радиаторов и т. п. Эффективность системы будет тем выше, чем меньше разница температур на наружном и внутреннем контурах.

Чтобы снизить затраты на сооружение теплового насоса, рекомендуется использовать дополнительный источник тепла: газовый, электрический или твердотопливный котел. Требуемая мощность и расходы на сооружение теплового насоса будут меньше, а стоимость отопления жилища сократится.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, компоненты, особенности установки

1 апреля 2019

Организовать эффективную отопительную систему для частного дома можно разными способами. Одно из лучших решений – конструкция с тепловым насосом вода-вода. Устройство позволяет построить безопасную с экологической точки зрения систему с высоким КПД.

Достаточно внушительные первоначальные затраты на покупку комплектующих и монтажные работы окупаются в течение нескольких лет. Учитывая рост цен на энергоносители, этот срок постоянно сокращается.

Применение теплового насоса типа вода-вода позволяет обеспечить стабильную комфортную температуру в помещениях там, где отсутствуют соответствующие муниципальные коммуникации.

Принципы работы теплонасоса вода-вода

Конструкция подходит для организации теплоснабжения дома или хозяйственной постройки, бесперебойного поступления горячей воды.

При этом забор тепла осуществляется из источников естественного происхождения: рек, озер, подземных вод. Даже в зимний период времени на глубине жидкость сохраняет положительную температуру.

Есть возможность извлекать и использовать тепло, получаемое от воды, даже в лютые морозы.

У теплового насоса вода-вода принцип работы связан с циклом Карно. Суть его в следующем: перемещающееся в закрытом контуре вещество под воздействием факторов физического и термического характера меняет агрегатное состояние. Оно становится жидким, после чего снова преобразуется в газ. При этом происходит высвобождение и поглощение большого объема тепла.

Комплектующие, из которых состоит теплонасос вода-вода:

• компрессорная установка;
• испаритель;
• конденсатор;
• расширительный клапан индукционного типа;
• система, контролирующая в автоматическом режиме главные параметры;
• многочисленные медные трубные магистрали;
• хладагент.

Разберем подробнее, как работает тепловой насос вода-вода. Жидкость закачивается в трубки из источника в систему, где происходит ее взаимодействие с газом (фреоном). Он закипает при +2-3 градусах по Цельсию. Происходит поглощение части тепла фреоном и всасывание его компрессорной установкой. Там газ сжимается, вследствие чего нагревается.

На следующем этапе хладагент передается в конденсатор для нагрева воды. Жидкость может разогреваться до +80 градусов. Далее она движется по трубам отопительной конструкции.

После охлаждения вода направляется в испаритель, затем происходит слив жидкости в приемной скважине. Фреон после пребывания в конденсационном устройстве переходит в жидкое состояние.

Затем он направляется в дроссель, откуда возвращается в изначальный пункт. Далее происходит возобновление цикла.

Что учесть при монтаже теплового насоса своими силами

Имея хорошую теоретическую подготовку, можно выполнить монтаж теплового насоса вода-вода своими силами. Есть разные варианты реализации агрегата, которые подходят для организации отопления как в жилых домах, так и в хозяйственных сооружениях. Оборудование эффективно при работе с площадями 50-150 кв м.

При выборе теплонасоса важно учесть следующие нюансы:

• степень жесткости воды,
• наличие дополнительных функций,
• режим работы агрегата,
• мощность насосной установки,
• дополнительное оборудование.

Качество жидкости, поступающей из открытого источника, колодца или подземной скважины, напрямую влияет на стабильность работы системы.

Далеко не каждый заводской или самодельный тепловой насос вода-вода способен эффективно функционировать при использовании жесткой воды, в которой содержится много железа и марганца. Важно также присутствие таких веществ, как аммиак, хлор, сероводород.

Если вода жесткая, лучше приобрести более дорогие комплектующие. Они будут дополнительно защищены от коррозии.

Режим работы и мощность установки

Насос вода-вода может быть единственным источником тепловой энергии или работать параллельно с другими системами.

В первом случае выполняется установка теплового насоса вода-вода, поддерживающего моновалентный режим функционирования.

Только с помощью таких агрегатов можно создать систему отопления, которая будет работать на 100% автономно. Во втором случае годятся приборы меньшей производительности, поддерживающие бивалентный режим.

Важно грамотно подобрать насосную установку по уровню мощности, исходя из потребностей. Если этот показатель избыточен, то электроэнергия будет расходоваться впустую, что влечет ненужные траты. Теплонасос также может иметь ряд дополнительных функций: систему автоматического управления, функцию подогрева воды, корпус с улучшенной изоляцией от шума и другие опции.

Дополнительные функции и оборудование

Схема теплового насоса вода-вода предполагает применение дополнительного оснащения. В системе могут использоваться:

• погружной насос;
• промежуточный теплообменник (позволяет предотвратить такое явление, как гидроудар);
• насосные фильтры;
• генератор электроэнергии для организации аварийного питания.

Фильтры очищают воду от грязевых частиц, камней, излишков марганца и железа, других элементов. Электрогенератор обеспечивает работоспособность техники при отключении центрального электроснабжения.

Монтаж теплового насоса вода-вода своими руками

На монтаже отопительной системы автономного типа можно сэкономить, если устанавливать тепловой насос вода-вода своими руками. В первую очередь необходимо приобрести компрессор, после чего прикрепить его к стене посредством кронштейна L-300.

Далее требуется отыскать бак из нержавейки емкостью минимум 100 л, который подойдет для изготовления конденсатора. Он разрезается пополам, после чего внутрь помещается змеевик (можно взять медную трубку от холодильника со стенками толщиной от 1 мм).

Изогнутое изделие подготавливают путем наматывания трубки из меди вокруг газового либо кислородного баллона.

На следующем этапе две части бака соединяют посредством сварки. Предварительно подготавливаются резьбовые соединения. Эксплуатация геотермального теплового насоса вода-вода невозможна без применения испарителя. Его можно изготовить из пластиковой емкости на 60-80 литров. Внутри нее также должен находиться змеевик. Испаритель крепится к стене посредством L-кронштейна подходящего размера.

Необходимо позаботиться о доставке и сливе воды. С этой целью можно использовать трубы, применяемые при обустройстве водопровода. После предварительной подготовки следует обратиться к специалисту по холодильному оборудованию для финальной сборки системы, проведения сварочных работ и закачки фреона.

Отопление тепловым насосом вода-вода: цены, где купить и что лучше выбрать для дома

Альтернативные системы отопления дома, позволяющие обеспечить независимость от сетевых ресурсов и неустойчивой ценовой политики ресурсных организаций, давно и прочно завоевали интерес и популярность среди домовладельцев.

Желание сохранить деньги и установить надежную и стабильную отопительную систему вполне логично и ограничивается только внешними причинами, возможностями или уровнем рентабельности.

Рассмотрим один из интересных вариантов использования геотермальной энергии в масштабе частного домовладения.

В основе конструкции теплового насоса лежит использование низкопотенциального тепла грунтовых вод. Также могут быть использована тепловая энергия нижних слоев воды открытых водоемов.

Из результатов исследований известно, что уже на глубине 1,5-2 м температура воды не опускается ниже 8°С. Придонные слои открытых водоемов (глубиной не менее 3 м) в самые сильные морозы имеют температуру 4°С.

Это позволяет использовать имеющуюся энергию в практических целях.

Температура грунтовых или придонных вод почти не изменяется и обладает стабильными параметрами, что делает возможным создавать системы отопления с устойчивыми, поддающимися предварительному расчету, характеристиками. Отбор тепла у грунтовых вод позволяет обогревать крупные здания.

К сведению: В Луисвилле (Кентукки, США) находится крупнейшая геотермальная станция, работающая на низкопотенциальной энергии грунтовых вод. Станция обеспечивает отопление большого гостинично-офисного комплекса. Мощность системы составляет около 10 Мвт.

Как работают тепловые насосы «вода-вода»?

Тепловой насос, действующий по принципу «вода-вода», использует в своей конструкции цикл Карно. Говоря проще, используется принцип работы обычного холодильника, только в качестве полезного элемента используется не момент испарения, охлаждающий хладагент, а момент сжатия и конденсации, при котором выделяется большое количество теплоты.

Рабочий цикл насоса имеет двухтактную структуру и производится в двух теплообменниках — испарителе и конденсаторе.

В испарителе происходит испарение хладагента — фреона, сопровождаемое большим поглощением тепловой энергии.

Для ее пополнения используется энергия грунтовых вод, повышающих температуру газообразного хладагента. После этого он поступает в компрессор, где сжимается до 17 Бар.

Повышение давления вызывает резкое повышение температуры до 60-75°С. После этого хладагент поступает во второй теплообменник — конденсатор, где хладагент охлаждается и переходит в жидкое состояние. Параллельно с этим происходит передача тепловой энергии теплоносителю для системы отопления и ГВС дома.

После этого жидкий хладагент проходит через дроссель, где его давление снижается и поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.

Такова схема работы теплового насоса «вода-вода», способного обеспечить вполне комфортную температуру в доме при условии использования соответствующих методов обогрева.

Необходимы соответствующие, низкотемпературные системы обогрева — теплый пол и т.п. Для радиаторных систем мощности тепловых насосов в холодных регионах может не хватить.

Достоинства и недостатки

К достоинствам тепловых насосов принято относить:

• экономически эффективная технология, обеспечивающая энергосбережение жилища
• экологичность системы обогрева
• возможность использования в любых регионах
• многофункциональность системы, позволяющая использовать ее в разных целях
• безопасность системы, не представляющей угрозу для людей или имущества

К недостаткам системы следует причислить:

• высокая стоимость системы
• необходимость качественного утепления дома
• система работает наиболее эффективно при использовании низкотемпературных отопительных контуров, оптимальный вариант — теплый пол

Кроме того, в северных регионах, со значительным понижением температур в зимнее время, использование тепловых насосов усложняется из-за необходимости утепления подводящих трубопроводов. Для надежности и гарантии от возникновения сбоев системы рекомендуется использовать дополнительный контур, работающий от другого источника.

Расчет мощности установки

На 1 м2 отапливаемой площади должно приходиться от 70 до 100 Вт тепловой энергии. Это — удельная величина. Более точное значение выбирается в соответствии со степенью утепления дома, высотой потолков, использованных при строительстве материалов и прочих параметров дома. Расчет теплонасоса производится в несколько этапов:

• подсчитывается отапливаемая площадь помещения
• вычисляется общее количество необходимой энергии для обогрева дома (произведение площади на удельное количество тепловой энергии)
• на основании полученного значения производится выбор компрессора, насоса и прочих узлов системы
• для создания линии ГВС значения увеличиваются на 20%

Самостоятельный расчет сложен, он требует наличия множества специфических данных и значений, оперировать которыми для неподготовленного человека чревато появлением ошибок. Если нет опыта выполнения подобных расчетов, лучше не рисковать и обратиться к специалистам или использовать онлайн-калькуляторы.

Что купить  — топ-5 лучших насосов

Приобретение готового теплового насоса — весьма дорогостоящее мероприятие. Если возможности позволяют, следует разобраться в том, какой производитель сможет наилучшим образом оправдать ожидания пользователя, предоставить качественное и надежное оборудование. Из наиболее известных производителей можно порекомендовать:

• Viessmann (Германия). Выпускает разные модели тепловых насосов, в том числе систем «вода-вода». Обеспечивает высокое качество оборудования, длительный срок службы, имеет широкий модельный ряд тепловых насосов
• Stiebel Eltron (Германия). Традиционное немецкое качество и современные технологии — такой сплав рабочих свойств способен привлечь любого покупателя
• Mammuth (США-Китай). Одна из наиболее распространенных на рынке компаний, имеющая достойное качество по вполне разумным ценам
• Henk (Россия). Отечественный производитель, работающий для российского пользователя. Создание комплексов, предназначенных для эксплуатации в сложных климатических условиях
• AERMEC (Италия). Известная компания, обеспечивающая европейское качество оборудования. Выпускается для частных домовладений разной площади, способно функционировать в разных условиях

Цены на рекомендуемое оборудование

Цены на тепловые насосы зависят от их мощности, назначения, наличия дополнительных функций и прочих параметров.

Следует учитывать, что расходы на подобное оборудование весьма велики, стоимость комплекта средней мощности для частного дома начинается от 500 000 рублей.

Этот фактор служит ограничителем спроса на подобные комплексы и способствует развитию самостоятельного изготовления тепловых насосов.

Стоимость установки

Расходы на монтаж теплового насоса во многом зависят от внешнего источника открытый водоем, скважина или грунтовый коллектор. Работы по созданию и установке этих элементов имеют разную специфику и стоимость. Цена зависит от принятых в регионе расценок и тарифов, от расстояния до водоема или скважины и прочих факторов.

• площадь дома 90–125 кв. м. — от 350 000 рублей
• при площадь дома от 200 до 280 кв. м — установка теплового насоса обойдется от 500 000 рублей

Например, специалисты утверждают, что пользоваться тепловой энергией воды из водоема, находящегося на расстоянии более 100 м от дома нерентабельно. Тем не менее, при наличии возможности, установка с питанием от открытого водоема является наиболее выгодной и рациональной.

Бурение скважины требует получения массы разрешений, использования специальной техники. Устройство коллектора выводит из эксплуатации большую площадь земли.

Возможность значительно сэкономить — самостоятельный монтаж системы, выполнение установки своими руками или с помощниками из числа близких людей и друзей.

Подготовительные работы перед эксплуатацией

Приобретение комплекта оборудования еще не означает, что все готово к полноценному функционированию. Понадобится обеспечить подключение оборудования к системе отопления в доме и к наружной системе циркуляции воды. Потребуется выполнить массу различных мероприятий, без которых комплекс работать не будет. Рассмотрим их детальнее.

Выбор оптимального источника воды

Источник воды должен быть расположен поблизости от жилья. Это важно, поскольку в зимнее время транспортировка воды производится по поверхности земли, существует опасность перемерзания трубопроводов. Если организовать рытье траншей и укладку в них труб, то стоимость всего комплекта существенно увеличивается.

При большом удалении источника (более 100 м) придется отказываться от использования воды из открытого водоема и пользоваться грунтовыми водами из скважины. Такой вариант имеет недостаток — заранее неизвестно качество воды.

Поведение скважины также под вопросом, если ее стенки будут неустойчивы, склонны к обрушению или заиливанию, то вскорости может возникнуть необходимость повторного бурения.

Установка тепловой системы с использованием скважины

Для питания системы понадобится пробурить две скважины. Одна из них — дебетовая (подающая), из нее производится забор воды для комплекса. Вторая скважина — приемная, в нее производится сброс отработанной, прошедшей через испаритель теплового насоса жидкости.

Наличие двух скважин делает дороже создание системы обогрева, но обеспечивает точку сброса отработанной воды и позволяет пополнять объемы водоносных горизонтов.

Нарушение баланса объемов грунтовых вод — крайне опасное и непредсказуемое мероприятие, поэтому необходимо заботиться о максимальном смягчении возможных последствий.

Устройство дебетовой скважины

Глубина дебетовой скважины не должна превышать 50 м, иначе ее эксплуатация станет нерентабельной. Понадобится использование мощного насоса, стоимость которого высока, а потребление электроэнергии ставит под вопрос целесообразность всей затеи с использованием теплового насоса.

Объем воды, который должна обеспечить дебетовая скважина, рассчитывается по формуле:

• где  — объем воды.
• Q — теплопроизводительность насоса
• потребляемая мощность насоса
•  — разница температур на выходе из дебетовой скважины и на входе в приемную

Для проверки способности скважины обеспечить необходимый объем воды производится пробный забор в течение 3 дней Если за это время количество воды не убывает, скважина считается пригодной для эксплуатации.

Особенности приемной скважины

Приемная скважина должна располагаться по пути течения грунтовых вод. Поскольку заранее определить направление потока невозможно, то из двух скважин одну назначают дебетовой, а другую — приемной в случайном порядке. Если за время пробного забора температура воды падает, а объем уменьшается, назначение скважин изменяют, погружной насос переносят во вторую скважину.

Сливной трубопровод нельзя располагать над уровнем воды или слишком плотно опускать ко дну скважины — это вызовет заиливание или заболачивание полости. Трубопровод быстро забьется и потребует постоянной очистки. Для того, чтобы иметь возможность пользования системой, желательно иметь резервные скважины для быстрого переноса слива или питания.

Устройство системы с использованием водоема

Использование водоема делает запуск системы намного более дешевым и простым. Глубина водоема должна быть не менее 3 м (в теплых регионах достаточно 1 м).

Необходимо, чтобы уровень воды был стабилен и не подвергался сезонным колебаниям. Оптимальный материал для труб — полиэтилен низкого давления.

Необходимо учесть важность утепления и защиты трубопроводов от механического повреждения.

Подготовка дома к установке теплового насоса

Установка системы теплового насоса требует качественной подготовки дома.

Необходимо тщательное утепление, устройство системы обогрева (радиаторная система неэффективна, оптимальный вариант — теплый пол). Питание теплового насоса должно быть бесперебойным.

Если помимо обогрева систему планируется использовать как источник ГВС, то понадобится организовать прием отработанной воды.

Важно! Понадобятся некоторые меры безопасности. В системе используется фреон, который вреден для организма людей или животных, поэтому понадобится приточно-вытяжная вентиляционная система. Кроме того, необходимо обеспечить прочную и надежную опорную площадку для установки оборудования, обладающую высокой несущей способностью.

Дополнительное оборудование для системы «вода-вода»

Для функционирования системы понадобится наличие дополнительного оборудования.

В данном случае термин «дополнительное» обозначает лишь использование вне самого теплового насоса, но никак не возможность отказаться или проигнорировать некоторые устройства.

Система сможет работать только в полной комплектации, отсутствие любого элемента автоматически прекращает ее работу. Рассмотрим дополнительные элементы:

Погружной насос для скважин и водоемов

Выбор мощности погружного насоса производится по трем критериям:

• объемы жидкости, которую придется перекачивать
• глубина скважины
• диаметр скважины

Оптимальный вариант — скважины диаметром в 4 дюйма, так как под них создано большинство погружных насосов.

Надо учитывать наличие или отсутствие системы ГВС, поскольку под нее понадобится более мощный насос. Выбор конкретной модели производится исходя из объемов жидкости, параметров скважин и прочих обстоятельств.

Могут быть использованы как универсальные, так и специализированные скважинные образцы насосов.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

Установка промежуточного теплообменника исключает возможность гидроудара в компрессоре, опасность которого возникает при насыщении фреона парами воды. Еще одна функция промежуточного теплообменника — выравнивание температуры хладагента на выходе из конденсатора для организации более устойчивой работы системы. Теплообменники бывают трех типов:

• открытые. Позволяют удалять пары воды из фреона
• змеевиковые. Обеспечивают регулирование расхода хладагента
• кожухотрубные. Рабочая жидкость и хладагент не смешиваются, что позволяет использовать высокое давление при циркуляции пара и воздуха

Выбор устройства обусловлен особенностями системы и финансовыми возможностями. Специалисты рекомендуют предпочитать разборные модели.

Фильтры для теплового насоса

Качество воды, поступающей из скважин или водоемов, соответствует ее естественному состоянию. Помимо механических включений из песка, грязи или иных частиц в воде могут содержаться различные микроэлементы, такие как железо, марганец, аммиак, хлор, сероводород и т. д.

Для очистки воды используются специальные фильтры. Механические включения удаляются в гидроциклонах, выводящих твердые взвеси. Микроэлементы выводятся устройствами обратного осмоса, смягчителями или обезжиривателями.

Кроме того, необходимо использовать угольные фильтры или УФ-излучатели для обеззараживания жидкости.

Электрогенератор для резервного питания

Внезапное отключение питания прекратит работу системы. Для запуска потребуется дополнительный источник питания, способный обеспечить работу теплового насоса до появления тока в основной сети. Эту функцию выполняет резервный электрогенератор, обладающий достаточной мощностью для поддержания работы комплекса.

Особенности эксплуатации теплового насоса вода-вода

Эксплуатация теплового насоса «вода-вода» требует регулярных проверок состояния всех узлов и элементов системы. Отдельные комплексы нуждаются в сервисном обслуживании, производимом 1-2 раза в год группой специалистов. Подлежат проверке:

• качество соединений трубопроводов
• уровень давления в системе
• целостность корпусов или кожухов, возможность протечек масла
• состояние проводки

Проверки лучше всего доверить опытным специалистам, способным вовремя обнаружить признаки поломок и принять меры для их устранения.