Тепловой насос «вода-вода»

Тепловой насос «вода-вода» 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.

Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
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.

Тепловой насос вода-вода, схема

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%
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Как работает тепловой насос «грунт-вода» - плюсы и минусы, выбор оборудования

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

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.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Кварцевые обогреватели для дома энергосберегающие настенные: создаем комфорт и уют

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.

Мнение эксперта
Эксперт Energo.House Фомин О. А.
Горный инженер, строитель.
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.

Полезное видео

Рейтинг автора
Автор статьи
Фомин Олег Александрович
Горный инженер, строитель.
Написано статей
87
Помогла статья? Оцените её
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
ВК

Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте!

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:  Кварцевые обогреватели для дома энергосберегающие настенные: создаем комфорт и уют