Чем так хорош тепловой насос вода-вода?

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 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.

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.

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».

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.

Особенности теплового насоса вода-вода

Использование теплового насоса вода-вода — не самый дешёвый вариант оборудования альтернативной системы отопления частного дома. Эффективное извлечение тепла из грунтовых вод или открытых водоёмов — задача, требующая серьёзных трудовых и финансовых вложений. Но даже низкий тепловой потенциал таких источников — возобновляемых и бесплатных — с течением времени окупает все расходы.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Термодинамический принцип действия теплового насоса аналогичен тем процессам, что лежат в основе работы холодильника или кондиционера. Это поглощение тепла особым веществом — хладагентом — с последующим переходом его в газообразное состояние и способность выделять тепловую энергию при конденсации в жидкость в условиях повышенного давления.

Рабочим веществом служат химические соединения на основе углерода, водорода, фтора или хлора. Для них применяются два названия:

Фреон. Введено химиками корпорации «Дженерал Моторс», впервые синтезировавшими подобное вещество в 1928 году.
Хладон. Применяется отечественными специалистами.

Низкая температура кипения хладона позволяет использовать для осуществления процесса испарения тепло от самых низкопотенциальных источников окружающей среды. Тепловой насос вода-вода относится к геотермальному типу.

В нём для нагрева воды в системе отопления используется тепло, содержащиеся в глубинных слоях почвы или водоёмов, расположенных ниже уровня промерзания. Даже в зимний период температура на такой глубине не опускается ниже +4 ⁰ C. Её достаточно для запуска технологического процесса теплового насоса.

Теплоноситель отопительной системы нагревается до +60 ⁰ C, поэтому КПД такого устройства намного выше 100%.

Элементы теплового насоса

Обычно тепловой насос типа вода-вода состоит из следующих компонентов:

Наружный циклический контур.
Испаритель.
Конденсатор.
Компрессор.
Внутренний контур — трубопровод системы отопления.

В насосе, использующем подземное тепло, наружный контур представляет собой трубу с циркулирующей в ней грунтовой водой.

Она может поступать из одной скважины и после прохода по всему контуру сбрасываться в другую. В другом варианте — замкнутый трубопровод, заглублённый ниже уровня промерзания и имеющий змеевидную форму.

Для отбора тепла из водоёма в трубах применяют особый рассол, повышающий эффективность системы.

Вода проходит через испаритель, где её тепло способствует превращению жидкого хладагента в газ, который далее поступает в компрессор.

Газообразный хладон подвергается сжатию, которое по всем законам гидродинамики сопровождается выделением тепла. Оно передаётся теплоносителю системы отопления в конденсаторе.

Он представляет собой змеевик, циркулируя по которому хладагент осаждается в жидкость и по выходе возвращается в испаритель.

Для внутреннего контура водяного теплового насоса обычно не используют привычную систему с радиаторами, требующую более высокой температуры нагрева. Более эффективный обогрев помещений происходит через излучатели большой площади — панели или систему из труб небольшого диаметра, вмонтированную в полы и стены.

Достоинства и недостатки

Основные факторы, препятствующие широкому применению геотермальных тепловых насосов, к которым относятся устройства типа вода-вода — высокая цена готовых комплектов заводского изготовления и большие затраты при монтаже накопительного водяного контура. Дальнейшая эксплуатация такой системы также не является совсем бесплатной: нужна электроэнергия для нагнетания воды и работы компрессора.

К плюсам относятся:

Возможность оборудования системы обогрева и приготовления горячей воды при отсутствии газоснабжения, которое считается самым экономичным источником тепловой энергии.
Кондиционирование помещений в жару. Некоторые модели имеют режимы охлаждения воздуха летом.
Высокая энергоэффективность. Лучшие образцы тепловых насосов вода-вода способны на 1 кВт затраченной энергии выдавать 7–8 кВт тепла.
Надёжность и долговечность. Правильно выполненный монтаж системы позволяет её работать без поломок до 30 лет. Такой долгий срок делает любые финансовые вложения выгодными.
Полная экологическая безопасность. Сам принцип действия и применяемые материалы делают функционирование водяного насоса полностью безвредным для окружающей среды и человека.
Взрыво- и пожаробезопасность. Отсутствие процессов горения и опасного повышения давления исключают любые бытовые катастрофы.
Компактность. Накопительный контур скрыт в почве, не нужно место для складирования топлива.
Отсутствие вибраций и шума при работе обеспечивают комфорт для обитателей жилища при использовании теплового насоса.

Стоимость у ведущих производителей

Тепловые насосы давно применяются в Европе и Америке, изготовителями накоплен большой опыт по проектированию и производству такого оборудования. Цена зависит от мощности насосов, от степени насыщенности системы приборами контроля и управления.

Стоимость установки теплового насоса зависит от площади дома, выбора источника тепла. Для дома площадью 100–150 м2 минимальная цена таких работ — 400000 рублей, для здания в 230–300 м2 – 600000 рублей.

Устройство тепловых насосов вода-вода и их эффективность

Тепловой насос вода-вода представляет собой механизм, собирающий низкопотенциальную энергию подземных и грунтовых вод, и преобразующий её в тепло. Работа этой схемы основывается на том, что температура подземных и грунтовых вод постоянно находится на одном уровне.

Эффективность установки достаточно высокая, но и цена немаленькая. В то же время есть немало примеров, когда тепловые насосы типа вода-вода собираются людьми самостоятельно. Это позволяет существенно сэкономить.

Тепловые насосы этого типа наилучшим образом подходят для отопления дома среди прочих низкопотенциальных возобновляемых источников энергии. Они имеют самый высокий КПД и производительность. Подобные установки могут применяться для обогрева как частного дома, так промышленных помещений круглый год.

Насос называется вода-вода, поскольку его конструкция предусматривает передачу тепла от подземных или грунтовых вод жидкому теплоносителю.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Тепловой насос типа вода-вода имеет в основе своей работы преобразование низкопотенциальной энергии воды в тепло. Помимо основных элементов системы, отвечающих за преобразование энергии, есть ещё дополнительное оборудование, обеспечивающее обогрев помещений.

Давайте рассмотрим основные этапы работы теплового насоса вода-вода. На дне водоёма находится первичный теплообменник. Этот контур расположен на глубине не менее 3 метров. На таком уровне вода сохраняет положительную температуру и не замерзает даже зимой.

Во время циркуляции хладагент нагревается до температуры воды (около 6─8 градусов) и подаётся в контур теплового насоса. Есть разновидность таких систем, в которых используется скважина. При такой схеме вода берётся из одной скважины, а возвращается скважину, находящуюся неподалёку.

Антифриз здесь не используется, а через теплообменник перекачивается вода и отдаёт тепловую энергии при непосредственном контакте.

При испарении хладагент поглотил тепло, которое в конденсаторе он отдаёт. Выделяется энергия и температура поднимается до 40─70 градусов Цельсия. Для перевода фреона из газообразного в жидкое состояние используется конденсатор. На стенках накопительной ёмкости происходит конденсация хладагента. Эта ёмкость подключена к системе отопления, благодаря чему нагревается вода для ГВС и отопления.

Тепловой насос вода-вода работоспособен круглый год, поскольку водоёмы не замерзают полностью. Лёд образуется лишь на поверхности и создаёт теплоизоляцию для слоя воды. Так, что тепловые насосы этого типа вполне могут использоваться даже в северных регионах России.

Предварительный расчёт теплового насоса

Перед тем как изготовить насос типа вода-вода, проводится расчёт проекта и определяется необходимая мощность оборудования.

Ведь такой проект в каждом конкретном случае будет отличаться исполнением. При расчёте должны быть учтены потери тепла зданием, контур горячего водоснабжения, дополнительный расходы тепловой энергии и т.п.

Примерный расчёт теплового насоса вода-вода можно выполнить самостоятельно. Как это сделать? Для начала нужно подсчитать площадь помещения, которое вы собираетесь отапливать.
Связь между площадью и требуемым количеством тепла описывается соотношение: на 10 квадратных метров требуется 0,7 киловатт тепловой энергии. Нетрудно подсчитать, что дом площадью 100 квадратных метров потребует установки мощностью 7 киловатт.
Если помимо отопления, насос у вас будет обеспечивать ещё и горячее водоснабжение, то к полученной цифре нужно добавить запас примерно 20 процентов.

Вышеописанная формула расчёта справедлива для домов со средней степенью теплоизоляции. Высота потолков в помещениях до 2,7 метра.

Более точный и окончательный расчёт насоса вода-вода выполняется специалистами, которые будут изготавливать и монтировать оборудование. В нём они учитывают все дополнительные нюансы.

Монтаж

Стоит отметить, что от грамотного монтажа оборудования во многом будет зависеть КПД теплового насоса.

Основная проблема заключается в корректной укладке контура в артезианской скважине или на дне водоёма, если таковой имеется рядом с домом. Есть примеры, когда для этого первичного контура создаётся искусственный водоём.

При проведении монтажа насоса типа вода-вода нужно помнить о выполнении ряда требований. Они изложены далее:

Если вы используете открытый водоём, то он должен быть расположен не далее ста метров от дома или производственного помещения. Минимальная глубина водоёма должна быть не менее 3 метров. В противном случае он может промёрзнуть. Причём площади на дне водоёма должно хватить для размещения там коллектора целиком;
Коллектор тоже должен быть сделан по правилам. Его метраж определяется из расчёта: 1 погонный метр – это 30 ватт тепловой энергии. Для примера, который рассматривался выше (дом 100 квадратных метров), тепловой насос мощностью 7 киловатт требует примерно 250 метров трубопровода. Укладывается труба кольцами или в форме змейки;
В случае артезианской скважины тепловая энергия передаётся посредством забора из неё воды, а не циркуляции антифриза. К таким заборным колодцам также предъявляется ряд требования, чтобы не происходило изменений давления в слоях грунта. Для отвода воды должна быть обязательно сделана сливная скважина и расстояние до неё от колодца должно быть как минимум 20 метров;
Качество воды оказывает непосредственное воздействие на срок службы теплового насоса вода-вода. Поэтому нужно в обязательном порядке устанавливать систему фильтрации.

Что учесть при выборе? Производители и цены

Что обычно учитывается при выборе ТН типа вода-вода?

Производительность;
Фирма-производитель;
Цена оборудования и монтажа.

Кроме того, следует обратить внимание ещё на ряд возможностей насоса.

Наличие функции подогрева воды для ГВС. Стоит обратить на это внимание, поскольку горячее водоснабжение присутствует далеко не во всех моделях тепловых насосов;
Ещё одна важная функция – это возможность управления отоплением в автоматическом режиме. Это позволяет сделать управление более комфортным. Для этого в системе устанавливается контроллер. В современных системах управление может выполняться с пульта дистанционного управления или смартфона;
При расчёте, изготовлении и установке тепловых насосов вода-вода не обойтись без помощи специалистов. Но основы всего этого вам лучше знать, чтобы понимать, что вам предлагают фирмы-производители.

У разных производителей тепловых насосов вода-вода могут существенно отличаться такие показатели, как срок службы, производительность, коэффициент СОР и т. п. Поэтому выбор фирмы-изготовителя следует уделить самое серьёзное внимание.

Ниже приводятся некоторые наиболее популярные компании, занимающиеся выпуском тепловых насосов:

Фирма из Германии, занимающаяся выпуском установок geoTHERM для горячего водоснабжения и отопления. Модели этой компании отличаются высокими коэффициентами СОР. Их можно использовать в жилых и производственных помещениях.
Температура теплоносителя на выходе обеспечивается примерно 55─65 градусов Цельсия. Модельный ряд Vaillant geoTHERM изготавливается с качественной звукоизоляцией. То есть, оборудование можно установить прямо в жилом помещении;
Этот производитель из Швеции специализируется на выпуске отопительного оборудования. Причём всё это оборудование функционирует на базе возобновляемой энергии. Они выпускают качественное, экономичное и производительное оборудование, которое хорошо встраивается в имеющиеся системы отопления. В частности, его можно подключить к солнечным коллекторам. Nibe выпускают и их тоже. В результате предлагаются автономные системы отопления только с использованием альтернативной энергии;
Эта фирма из США появилась на российском рынке примерно 10 лет назад. Основное направление деятельности – это проектирование, производство и установка климатических установок. Это тепловые насосы, которые используют тепловую энергию воздуха, воды, земли и солнца. Модели линейки Mammoth три в одном совмещают такие функции, как охлаждение и нагрев воздуха в помещении, а также обеспечение горячего водоснабжения. Производительность установки может доходить до 46 киловатт.

Установки типа вода-вода являются наиболее эффективными для обогрева помещений из всех типов тепловых насосов. Погодные условия практически не виляют на эффективность их работы.

Они стоят немалых денег, но через некоторое время окупаются и тепло в доме будет бесплатным. Естественно, что они потребляют электричество, но всё равно выходит дешевле, нежели платить за отопление.

Монтаж насосов типа вода-вода, делается достаточно быстро, если рядом есть водоём. Если будет использоваться скважина, то стоимость значительно возрастает.

Многие производители заранее указывают цену оборудования, а также работы по установке и запуску. Примерная цена с установкой для теплового насоса мощностью 5 кВт составляет 350─500 тысяч рублей. Хотя этот интервал достаточно условный и может меняться в зависимости от места установки и ценовой политики компании.

Есть ли смысл в установке теплового насоса вода-вода?

В результате эксплуатации тепловых систем вода-вода в нашей стране уже определён ряд сильных и слабых сторон таких установок.

Пользователи таких систем в основном жалуются на снижение эффективности в сильные морозы и высокую цену. Что касается эффективной работы в морозы, то при квалифицированном монтаже системы она работает до минус 30 без проблем.

По цене, как заявляют производители, удешевления в ближайшей перспективе не предвидится.

СОР показывает, какое количество тепловой энергии вырабатывается при затратах одного киловатта энергии. В большинстве современных установок этот показатель находится на уровне 3─5. Это означает, что с одного затраченного киловатта получается тепловой энергии в 3─5 раз больше.

В целом можно заключить, что тепловые насосы энергоэффективны и экономически целесообразны. Но при нынешнем уровне цен на энергоносители они не получат широкого распространения.

Схема установки теплового насоса вода-вода

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:

8-3=5

5*1,163=5,81

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:

5*24*149=17880 кВт

В первом случае с КОПом 3,75 тепловой насос «съест» 4768 кВт (17880/3,75=4768).

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.

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.

Принцип работы

Принцип работы теплового насоса вода–вода это отбор тепловой энергии у воды и направление ее на обогрев здания. В отличие от традиционных обогревателей, данная установка тепло не производит, она отнимает его от холодной среды и перемещает (перекачивает) внутрь дома. Один из видов подобных машин — тепловой насос типа «вода-вода».

Устройство

Принцип работы теплового насоса основан на обратном цикле Карно, простыми словами это холодильник, действующий в обратном направлении.

Машина состоит из следующих основных элементов:

теплообменник №1 — испаритель;
теплообменник №2 — конденсатор (иначе – конденсор);
компрессор спирального типа;
расширительный клапан (иначе — дроссельный вентиль);
электронный блок управления с комплектом датчиков.

Долговечные спиральные компрессоры пришли на смену поршневым и винтовым. Давление воздуха в них создается за счет одной спирали, вращающейся внутри другой, статичной.

Первые 4 элемента последовательно соединены между собой в перечисленном порядке металлической трубкой с циркулирующим хладагентом (хладоном). Это вещество называется фреоном и обладает способностью кипеть и испаряться при температуре минус 30—40 °С (при атмосферном давлении).

Согласно технологии к теплообменнику №1 подключается система труб диаметром 32 или 40 мм из полиэтилена марки PE100, наполненная жидкостью — теплоносителем, доставляющей тепло от внешнего источника — грунтовых вод либо водоема. Подключение осуществляется 3 способами:

При большом количестве чистых грунтовых вод с постоянной температурой 8—10 °С они подаются глубинным насосом в испаритель прямо из скважины – колодца, а сбрасываются во второй колодец. Расстояние между ними – не менее 15 м, всасывающий колодец устраивается выше по течению грунтовых вод.

Когда водоносный слой загрязнен, то на участке бурят скважины. Туда опускают зонды из пластиковых труб, наполненные солевым раствором либо антифризом, что служит теплоносителем — посредником. Число скважин определяется расчетом.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Контур из труб с теплоносителем погружают в близлежащий водоем, не промерзающий до дна.
Теплообменник №2 присоединяется к домовой системе водяного отопления. Рабочий цикл теплового насоса состоит из 4 этапов:

Изотермическое расширение.Фреон, попадающий в испаритель в жидком состоянии, получает тепловую энергию от внешнего источника, отчего закипает и переходит в газообразное состояние.
Адиабатное сжатие. Хладон в виде газа попадает в компрессор, где сжимается с определенным давлением, зависящим от марки фреона.
Изотермическое сжатие.Газ в конденсаторе отдает энергию теплоносителю системы отопления, отчего снова меняет агрегатное состояние на жидкое.
Адиабатное расширение. После прохода дроссельного вентиля давление хладона падает и он готов к следующему циклу.

Ключевой элемент системы — компрессор. Газ, испарившийся при + 8—10 °С в первом теплообменнике, самостоятельно не сконденсируется при высокой температуре в помещении. Для этого нужно повысить давление, чем и занимается компрессор.
В результате тепловой насос переносит тепло снаружи, прибавляя к нему собственное, выделяемое компрессором и водяными насосами. При этом природная вода охлаждается еще сильнее, а дом — обогревается. Процессами автоматически управляет контроллер, ориентируясь на показания датчиков давления и температуры.

Плюсы и минусы

Главное преимущество теплового насоса данного типа — высокая эффективность.

Затрачивая электроэнергию, питающую компрессор и перекачивающие насосы, установка доставляет в дом количество тепловой энергии, в 3—5 раз превышающее расход электричества.

Но это не значит, что КПД агрегата составляет 300—500%, как утверждают продавцы оборудования. Холодильная машина просто переносит тепло с КПД, не превышающим 100%. А высокая эффективность достигается за счет процессов испарения и конденсации фреона, при которых поглощается и высвобождается большое количество теплоты за короткое время.

Остальные плюсы установки выглядят следующим образом:

независимость от постоянно дорожающих углеводородных энергоносителей;
система не требует постоянного внимания и частого обслуживания;
тепловой насос способен охлаждать помещения в летнее время, что экономит средства на покупку и монтаж сплит-систем;
находящийся рядом водоем позволяет сэкономить на бурении скважин;
эффективность работы машины не зависит от перепадов температур окружающей среды.

Слабое место подобных агрегатов высокая цена оборудования и затраты на устройство внешнего контура. Есть и другие, не столь значительные недостатки:

оборудование отличается сложностью, его монтаж, настройку и нечастое обслуживание должны проводить обученные специалисты;
тепловой насос типа «вода-вода» хорошо работает в тандеме с низкотемпературными системами отопления —теплыми полами либо фанкойлами, нагревающими воздух. Радиаторную систему он может обеспечить теплом лишь в южных регионах, поскольку нагревает воду максимум до 65 °С;
при использовании грунтовых вод есть опасность, что источник иссякнет. Это может случиться при снижении уровня вод в результате водоотведения либо природных процессов;
погружение первичного контура в водоем теряет смысл, когда последний расположен далеко от дома (100 м и более).

Если исключить высокую стоимость, то прочие недостатки можно предвидеть заранее и подготовиться должным образом.

Эксплуатация

Во время эксплуатации тепловых насосов нужно соблюдать ряд правил. Вот они:

Так как фреон при утечках вытесняет воздух и вызывает удушье, в помещении с тепловым насосом необходимо предусмотреть приточно-вытяжную вентиляцию.
На случай отключения электричества придется приобрести электрогенератор на любом виде топлива. Важно, чтобы его мощности хватало для работы компрессора и насосов, учитывая пусковые токи.
Оборудование отличается немалым весом и требует для установки отдельного фундамента. Пример: агрегаты Viessmann весят от 720 до 1400 кг в зависимости от мощности.
При монтаже выдержать расстояния до стен и требования к минимальному объему помещения, указанному в паспорте изделия.

Согласно инструкции по эксплуатации тепловых насосов Viessmann, 1 раз в год необходимо проводить осмотр узлов машины и при необходимости выполнять техническое обслуживание. Осмотр заключается в следующем:

проверка фреонового контура и пространства под ним на наличие следов машинного масла, свидетельствующих об утечке;
осмотр всех соединений на предмет протечек;
проверка давления в расширительных баках и контурах;
обследование силовой проводки.

Указанные работы производятся мастерами сервисной службы, вызываемых домовладельцем. Самостоятельно проводить детальное обследование не рекомендуется, только визуальный осмотр.

Стоимость

Цена данного теплового оборудования колеблется в довольно широком диапазоне, поспособствовало этому появление на рынке малоизвестных китайских брендов. Отсюда возникло такое распределение по ценовым категориям:

Дешевые китайские насосы — от 1800 у. е.
Китайские агрегаты средней ценовой категории — от 3300 у. е.
Оборудование известных европейских брендов — от 7800 у. е.

Стоимость монтажа теплового насоса определяется индивидуально для каждого проекта после проработки исходных данных и выполнения проектных работ. Ориентировочная цена монтажа теплового насоса мощностью 16 кВт с бурением скважин на рынке —5000 у. е. и более.

Отзывы реальных владельцев

Так как тепловые насосы типа «вода-вода» нельзя отнести к доступным широкому кругу потребителей, то и реальных, а не рекламных отзывов от реальных пользователей довольно мало. Следует учесть и тот момент, что люди, вложившие немалые средства в альтернативный источник тепла, не торопятся делиться негативом по понятным причинам.

Купил и смонтировал в 2011 г. тепловой насос THERMIA DIPLOMAT TWS10 как единственный источник тепла в дом. Позже приобрел электрогенератор GESAN на 5.6 кВт, вполне хватает для запуска ТН с потребляемой мощностью 3 кВт. Правда, у него система плавного пуска электродвигателей (софт – старт) и пусковой ток небольшой. А так нареканий нет никаких.

Есть небольшой цех 260 кв. м., рядом озеро и скважина с водой. Поставил ТН «вода-вода» на 9 кВт, на большее не хватило денег. Тепловой насос обеспечивает половину потребности, остальное дополняется электричеством. Экономия ощутимая, несмотря на то что у нас в Оренбурге отопительный сезон 5 месяцев всего.

С 2012 г. работает ТН, закачивает воду из скважины, расход — 1.8 м3/ч, тепловая мощность агрегата — 9 кВт. Реальное потребление электричества (считал сам, замеряя по току клещами) — 2.3 кВт. Получается, что потребление в 3,9 раз меньше, чем приток тепла в дом, по-моему, здорово.

Встречаются и отрицательные отзывы, они в основном связаны с неквалифицированным монтажом и настройкой дорогостоящего оборудования. Но человеческий фактор нельзя отнести к недостаткам самих тепловых насосов, ведь общая тенденция в Европе говорит о высокой эффективности и надежности этого теплового оборудования.

Применение теплового насоса вода вода для отопления дома

Дом, в котором тепло и уютно, можно назвать по настоящему комфортным. В последнее время значительно выросли расходы на отопление, и многие задумались об альтернативных способах согреть свое жилище.

К сожалению, мало кто слышал о способе обогрева дома с помощью тепловых насосов, хотя такие насосы уже широко используются за границей.

Например, только Япония ежегодно производит около 500 тысяч тепловых насосов для отопления дома. Практически в каждом доме нашей страны есть тепловые насосы, которые применяются в быту. Не верите? Вы постоянно их используете в обычном холодильнике и кондиционере. Так же, как мы привыкли пользоваться холодильником, так и в Швейцарии никого не удивить геотермальным отоплением.

Тепловые насосы похожи по своему действию на обычный кондиционер, способный охлаждать и обогревать. В статье мы поговорим о тепловом насосе для отопления, работающем по принципу «вода-вода».

Принцип работы и устройство

Одним из видов геотермальных систем отопления является обогрев по принципу «вода-вода». Особенностью водяного теплового насоса является то, что он требует наличие поблизости воды.

Коллектор располагается в глубинных скважинах (глубина около 200 метров) или в открытых водоемах: озерах, прудах или реках. Хорошая теплоемкость воды позволяет добиться высокой эффективности работы системы.

Как правило, в геотермальных насосах используются следующие компоненты:

внешний и базовый контур;
испаритель;
бойлер;
компрессор.

Внешний контур состоит из труб, по которым проходит грунтовая вода. Из специальной скважины она поступает в систему, по внешнему контуру отдает тепловую энергию, а затем сбрасывается в скважину для слива воды.

Бывает, что внешний контур, расположенный в подземном или открытом водоеме, заполняют антифризом и таким образом собирают окружающее тепло.

Возьмите на заметку: лучше всего тепловой насос будет работать с дополнительным тепловым оборудованием. Необходимая мощность насоса будет ниже, а следовательно вы снизите затраты в его установку.

Принцип действия теплонасоса вода-вода. (Для увеличения нажмите)

Затем в испаритель поступает тепло, полученное от воды, и распыляется хладагент. Давление внутри уменьшается и тепловая энергия отдается хладагенту, который превращается в газообразное состояние.

После в основной компонент насоса — холодильный компрессор с питанием в 12 вольт.

В нем совершается сжатие хладагента, а впоследствии он передается в конденсатор, а после этого хладагент из газообразного переходит в жидкое состояние.

Благодаря этому вырабатывается тепловая энергия, которая и нагревает уже систему отопления здания.

Проще всего, конечно, понять принцип действия на примере холодильника. Морозильную камеру погружаем в воду с постоянной плюсовой температурой, тепловой насос отбирает у нее тепло и возвращает назад уже жидкость, охлажденную примерно на 5 градусов. А тепло остается в вашем доме.

Обратите внимание: cильные, и постоянные перемены в температуре воды, ухудшают эффективность работы насоса. Стабильная температура, как у подземной грунтовой воды (около 6-13 градусов) — идеальный вариант.

Плюсы и минусы

Можно выделить следующие основные преимущества использования систем геотермального отопления по принципу «вода-вода»:

малое потребление электроэнергии;
высокий КПД;
стабильная температура воды в любое время года;
долговечность — срок службы таких систем часто больше 30 лет;
экологичность и безопасность — нет открытого огня, нет сажи и выхлопов, нет пожароопасных хранилищ;
автономность — вы полностью независимы от внешних источников тепла.

Отзывы владельцев, установивших тепловые насосы «вода-вода», в основном положительные. Экономия затрат на отопление радует с каждой платежкой, тепло и комфорт в доме постоянны.

Однако было бы неправильным умолчать и о присущих недостатках подобных систем:

цена — в период установки необходимо потратить значительно больше, чем на традиционные системы отопления;
свободные площади — при вертикальных зондах уйдет около 25 кв.м. на 1 квт мощности, а горизонтальные заберут уже около 250;
электричество — для бесперебойной работы теплового насоса требуется электрическая сеть.

Установка системы

Монтаж теплового насоса вода-вода дело не простое и требующее специального оборудования. Доверьте это профессионалам

Правильное проектирование и грамотный монтаж — это залог того, что система раскроет свой потенциал полностью. На что стоит обратить свое внимание?

Разработка проекта, монтаж, настройка и запуск желательно заказывать в одном месте. За качественную работу должен отвечать кто-то один.
Скважины должны иметь общую глубину, соответствующую мощности насоса. Если это условие проигнорировать, то эффективность значительно снизится.
Геотермальный зонд рассчитан на весь срок жизни устройства и замене не подлежит. Хорошо будет предусмотреть дублирующий вариант в одной скважине.
Малотемпературная система отопления позволит использовать тепловой насос по прямому назначению. Обычно это теплый пол, если предусматривается использование радиаторов, не забудьте просчитать их размеры для соответствия тепловому режиму насоса.
Здание обязательно должно быть утеплено.Если потери тепла больше 60 Вт/м, то геотермальная система просто не справится со своей задачей.

Решив установить геотермальную систему отопления с тепловым насосом «вода-вода», обязательно взвесьте все плюсы и минусы этого оборудования.

Помните, что установив тепловой насос, вы со временем значительно уменьшите затраты на отопление и будете пользоваться экологичной системой с высокой эффективностью.

И не нужно стараться сильно сэкономить — малейшие ошибки в проектировании и выборе могут свести к нулю все плюсы от теплового насоса.

Источник: auto-gl.ru