Тепловой насос вода-вода: принцип действия, виды, особенности обустройства

Содержание

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Тепловой насос воплотил в себе принцип цикла Карно. Он заключается в том, что движущееся вещество по замкнутой системе и меняющее под воздействием химических, физических или термических факторов свое агрегатное состояние из жидкого в газообразное высвобождает и поглощает огромное количество тепловой энергии.

В роли рабочего вещества выступает тепловой носитель – вода из скважины или водоема.

Даже зимой в природных источниках на определенной глубине сохраняется положительная температура, поэтому из них круглый год можно извлекать тепловую энергию. Единственный недостаток установки – высокий расход электроэнергии и необходимость закупки дополнительного оборудования.

Основные элементы теплового насоса вода-вода:

  • компрессор;
  • испаритель;
  • конденсатор;
  • расширительного индукционного клапана;
  • автоматическая система, осуществляющая контроль показателей;
  • множественные магистрали из медных труб;
  • рабочее вещество (хладагент).

С помощью специального насоса вода поступает по трубкам из источника в тепловую установку, после чего взаимодействует с газом (фреоном), закипающим при температуре +2-3 градуса. Фреон поглощает часть тепла воды и всасывается компрессором, где во время сжатия его температура повышается.

Далее хладагент поступает в конденсатор, после чего горячее вещество нагревает воду до заданной температуры (от +40 до +80 градусов), которая транспортируется по трубам системы отопления.

Охлажденная вода поступает в испаритель, затем сливается в приемную скважину. После прохождения конденсатора хладагент становится жидким и собирается на дне элемента, затем через дроссель возвращается в исходное место. Далее цикл повторяется.

Эффективность

С течением времени выгодность ТН становится все более очевидной из-за постоянного роста стоимости энергоносителей. Технологии тоже не стоят на месте.

Программирумые схемы управления домашней техникой с дистанционным доступом уже никого не удивляют. Тепловой насос органично встраивается в систему «умный дом», что позволяет уменьшить износ оборудования, продлить срок его службы.

Правильно подобранный и качественно смонтированный ТН — гарантия обеспечения теплом вне зависимости от времени года и рыночных колебаний уровня цен на энергоносители.

Но максимальной эффективности ТН может достичь, если определиться с выбором отопительной системы на ранних этапах проектирования здания. Тогда есть возможность выбрать оптимальные материалы и толщину ограждающих конструкций с нужной теплопроводностью и тепловой инерционностью.

Функциональность теплового насоса вода-вода: откуда нагрев

Казалось бы, соединив вместе трубы, компрессор, испаритель и другие детали, можно получить функциональный прибор. Но на самом деле задача сложнее. Чтобы насос правильно работал, нагревал теплоноситель, рассчитывают теплообменник вода-вода. Далее определяют мощность компрессора, подбирают пусковое устройство, герметизируют систему. Дом утепляют, сводя к минимуму потери энергии. Самодельные устройства для отопления подключают:

  • к теплому полу;
  • к трубкам, разложенным в стене;
  • к современным радиаторам с большой площадью.

Это позволяет рационально использовать выработанную энергию. Иногда в целях экономии тепловые насосы вода-вода включают вместе с котлами, работающими от газа, электричества или другого топлива.

Преимущества

Развитие транспорта, интернета, мобильной связи, строительных технологий все меньше привязывают человека к одному месту. Все чаще люди выбирают жизнь вне города «на лоне природы». Там уже можно получить привычный «городской» комфорт, удаленный заработок, общение по интернету со всеми континентами. Поэтому, а также из-за постоянного роста стоимости энергоресурсов, ТН становится все более востребованным.

Он обладает и другими выгодами:

  1. Экологически безопасен.
  2. Использует возобновляемый источник энергии.
  3. Отсутствуют регулярные затраты расходных материалов после пуска.
  4. Автоматически регулирует нагрев по температуре наружного воздуха.
  5. Срок окупаемости начальных затрат — 5-8 лет.
  6. Обеспечивает горячее водоснабжение.
  7. Летом работает как кондиционер, охлаждая приточный воздух.
  8. Минимальные энергозатраты — генерирует от 4 до 6 кВт тепла при 1 кВт потребленного электричества.
  9. С электрогенератором любого типа отопление и кондиционирование «удаленного от цивилизации» коттеджа будет независимым.
  10. Возможна адаптация к системе «умный дом» для дистанционного управления, дополнительной экономии энергии.
  11. Подорожание энергоносителей (нефти, газа) почти не влияет на личный бюджет. Если установить ветряной или солнечный генератор, то получится полная независимость. Гидроэлектрогенератор — идеальный вариант.

Недостатки

Как и любое устройство, данная система имеет ряд недостатков.

Внешний контур

Из-за постоянного отбора геотермальной энергии возле расположения труб внешнего коллектора происходит охлаждение почвы. На севере короткое лето не дает возможности полного восстановления энергопотенциала. Это постепенно снижает эффективность ТН в течение примерно 5 лет. Затем тепловое равновесие стабилизируется.

Остывания почвы можно избежать, если применить ТН типа вода-вода, расположив внешний коллектор в водоеме на глубине более 3-х метров.

Другой вариант — разместить скважины вокруг дома. Тогда отбор тепла происходит с огромной площади всего водоносного слоя, пересеченного пробуренными отверстиями.

Скважины — дорогое мероприятие. Особенно при плотном грунте. Не говоря уже о скальных породах. Тут можно применить вариант с открытым внешним коллектором.

Можно обойтись двумя скважинами. Одна — для забора грунтовых вод . Вторая — для слива обратно в водоносный слой. Такой вариант возможен при хорошем качестве воды.

Фильтры не всегда могут выручить, если слишком много солей жесткости или взвешенных микрочастиц. Перед монтажом надо обязательно сделать анализ воды из скважины.

Компрессорный контур

Электродвигатели шумят во время работы. Компрессор — еще больше, а также создает вибрацию. То же происходит во время работы домашнего холодильника. При этом мощность ТН гораздо больше. Шума и вибрации тоже.

Неприятных эффектов легко избежать:

  1. Тепловой насос закрыт шумоизолирующим корпусом.
  2. Компрессор крепится к опорной раме через резиновые прокладки с пружинами.
  3. Все оборудование лучше разместить в подсобном или подвальном помещении. Обязательно надо предусмотреть принудительную вентиляцию. Утечка фреона может быть опасна для здоровья человека.

Внутренний контур

Система отопления наполнена водой, нагретой до +35° С. Для обычных радиаторов этого мало. Особенно для северных регионов.

Но ТН хорошо работает с теплыми полами. При проектировании нужно предусмотреть достаточную степень тепловой инерционности наружных ограждений здания — толщину и материал стен, полов, крыши, тройное остекление.

Теплые полы, подогрев приточного воздуха создают комфортные и здоровые условия для жизни человека внутри здания.

Кроме температуры воздуха большое значение имеет радиационная температура — инфракрасное излучение стен, полов, потолка. Например, когда человек ночью сидит у костра, то весь горячий воздух идет вверх, никого не согревая. При этом стороне человека, обращенной к костру, тепло, а спина мерзнет.

Стоимость

Начальные затраты велики. Стоимость поставки оборудования, монтажа, пусконаладочных работ значительно превосходит традиционные системы отопления. Но дом строится на десятилетия.

Поэтому правильно будет учесть эксплуатационные расходы за весь срок службы ТН — 30 лет. Даже при сохранении действующих тарифов и цен на энергоносители экономичность системы типа вода-вода — вне конкуренции.

Ежегодная экономия в сравнении с:

  • газовым котлом — 70 % ;
  • электрообогревом — 350 %;
  • твердотопливным котлом — 50 %.

Теперь надо умножить существующие или проектируемые расходы на 30 лет. Экономия многократно перекроет начальные капиталовложения.

Отключение электричества

Компрессор, насосы, автоматика нуждаются в бесперебойном электроснабжении. На случай отключения должен быть электрогенератор с автоматическим запуском. Его мощность должна перекрывать сумму пусковых токов.

Есть большой плюс — после секундной полной нагрузки в момент запуска ТН высвобождается более 40 % мощности генератора. Этого хватит для электропитания остальной домашней техники и освещения.

Пример жидкостного теплообменника

Жидкостный теплообменник сделал участник нашего портала с ником СТАСНН для своего энергоэффективного дома. За год его каркасный дом потребляет менее 33 кВт*часов на кв. м. в год.

Система отопления сделана на основе электрических низкотемпературных конвекторов общей мощностью 3.5 кВт на весь дом. В доме установлена система приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором и жидкостным грунтовым теплообменником подогрева уличного воздуха перед рекуператором.

На горячее водоснабжение установлены вакуумные солнечные коллекторы.

Согласно наблюдениям домовладельца, грунтовый теплообменник в разы увеличивает эффективность рекуперации воздуха и плюс поставляет в дом дополнительное тепло. В этом теплообменнике в качестве теплоносителя используется пропиленгликоль.

Как устроен геоколлектор

Для геоколлектра на участке вырыли траншею размерами:

  • длина -50 метров,
  • ширина – 1, 2 метра,
  • глубина-4 метра.

Для эффективного теплообмена было сделано два контура по 80 метров.

А вот как выполнен ввод геоколлектра в дом под лентой фундамента.

Для ввода геоколлектора сделан специальный короб, трубы проходят через металлические гильзы.

Для проходки труб устройства через пароизоляцию использовались мембраны.

Зимой, когда в доме никто не жил и систему отопления отключали, все помещения обогревались только геоколлектором с рекуператором. За неделю температура в доме снизилась, но очень медленно и всего на 4 градуса – это очень хороший результат.

Наш пользователь ежедневно собирал показания через систему ежедневного мониторинга. Согласно им, ГК отлично работает, когда температура воздух на улице составляет -26 градусов, температура ГК в земле согласно датчикам +5 на входе и +6,5 на выходе.
После грунтового ТО в рекуператор заходит воздух температурой +3 градуса, в помещение после рекуператор + 18 гр.

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

  1. Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.
  2. Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.
  3. Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
  4. Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Способы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

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.
Читайте также  Промышленные насосы большой производительности для воды, в том числе горячей: виды устройств и где купить оборудование?

Варианты отбора тепла

Если рядом есть водоем – это идеальный вариант. В него погружаются трубы с рассолом (антифризом), длина и диаметр которых зависит от нужд в тепловой энергии.

Теплообменник — трубы с рассолом, которые погружаются в водоем.

Если водоема нет, можно использовать тепло грунтовых вод, но для этого придется устанавливать дополнительное оборудование – помпу для выкачки воды и ее сброса. При этом не всегда такой вариант выгоден – затраты на электричество и бурение скважины могут быть больше, чем на установку и эксплуатацию грунтового теплового насоса.

Такие тепловые наосы работают следующим образом:

  1. Из скважины подается вода;
  2. Она протекает через теплообменник теплового насоса;
  3. Хладагент (фреон) отбирает тепло у воды;
  4. Остывшая вода закачивается обратно в землю или сбрасывается в водоем.

Минус таких тепловых насосов вода-вода – использование электроэнергии для закачки и выкачки воды. Либо – необходимость наличия водоема поблизости.

Устройство теплонасоса

Вся конструкция состоит из трех частей – магистрали для отбора тепла, собственно, теплового насоса и накопительного бака. В тепловом насосе установлены конденсатор, испаритель, дроссельный вентиль, расширительный клапан или бачок, компрессор и теплообменник (если накопительный бак находится отдельно от ТН, то теплообменник находится в нем). В качестве теплоносителя используется фреон (хладагент).

Полный рабочий цикл

  • Рассол проходит через трубы, погруженные в воду, где нагревается до ее температуры (0 — +10), после чего отдает свое тепло хладагенту (фреону) в испарителе.
  • Компрессор сжимает хладагент, повышая его плотность, он конденсируется в жидкость.
  • Из-за изменения давления температура фреона растет, иногда достигая +90 и более градусов (зависит от модели и режима работы).
  • Через теплообменник хладагент отдает свое тепло в конденсаторе, где охлаждается до ее температуры.
  • Далее фреон переходит в газообразное состояние, из-за чего его температура понижается, а в дроссельном вентиле его давление падает до номинального и температура падает до минимальной.
  • Цикл повторяется снова.
Схема теплового насоса, приведена для лучшего понимания полного рабочего цикла.

На что смотреть при обустройстве такого отопления?

Существует большое количество различных модификаций тепловых насосов, предназначенных для помещений любого назначения и размера, а также работающих в разных условиях. Оборудование предназначено для отапливания домов общей площадью 50 до 150 квадратных метров.

Ориентир №1 – жесткость воды

Качество воды скважины или водоема играет важную роль при выборе оборудования. Не все модели способны работать на жесткой воде, содержащей большое количество марганца и железа.

Высокая концентрация этих элементов вредит системе – на трубах быстрее образовывается коррозия, что ведет к уменьшению КПД оборудования и сроков его эксплуатации.

Поэтому перед покупкой теплового насоса берут пробу воды и делают ее анализ на наличие этих и других микроэлементов – сероводорода, аммиака, хлора и т.д. Обычно если в пруду температура превышает +13 градусов, то с большей долей вероятности в воде много ионов железа и марганца.

Таким образом, тепловой насос вода-вода подбирается с учетом жесткости воды. Есть системы, элементы которой максимально защищены от коррозии, но стоят они дороже.

Ориентир №2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться в качестве единственного источника тепла или взаимодействовать с другими системами. Поэтому перед выбором модели важно определить, в каком режиме устройство будет работать.

Всего существует два типа функционирования системы:

  • Моновалентный. Приборы обладают большой мощностью, подходят для отапливания дома.
  • Бивалентный. Менее производительные устройства, дополняют основное обогревательное оборудование.

Для сооружения автономной системы с основным нагревательным агрегатом вода-вода, нужен моновалентный тип.

Ориентир №3 – мощность насоса

Мощность – важный показатель при выборе теплового насоса, так как от него зависит производительность системы. Чем выше мощность, тем выше КПД оборудования, но и расход электроэнергии больший.

Производительность теплового насоса вода-вода подбирается, исходя из реальных потребностей

При выборе устройства с недостаточной мощностью эффективность системы упадет в случае, если теплопотери дома превысят количество отдаваемой системой энергии. Тепловой насос может работать круглосуточно, но эффекта от него не будет из-за понижения температуры воды.

Когда теплопотери постройки ниже, чем теплоотдача системы, то насос обычно автоматически запускается на несколько минут, нагревает воду до установленной температуры, транспортирует ее по системе. После чего выключается до момента, когда температура понизится на несколько градусов. Затем цикл повторяется.

Ориентир №4 – функцинал конкретной модели

Тепловые насосы могут обладать дополнительными функциями, это:

  • Система автоматического управления, которая позволит регулировать микроклимат помещения по вкусу. Управление обычно осуществляется с помощью дистанционного пульта.
  • Функция нагрева воды для горячего водоснабжения.
  • Шумоизоляционный корпус.
  • Возможность подключения к другим системам отопления, солнечным коллекторам, что сделает оборудование для обогрева полностью автономным.

Длительность эксплуатации тепловых насосов вода-вода обычно превышает 30 лет.

Не менее важным при выборе оборудования считают стоимость установки и монтажа.

Из чего и как своими руками можно сделать испаритель теплового насоса

Испаритель может представлять собой емкость с циркулирующей в ней водой (поступающей из внешнего контура), в которой размещается теплообменник из медной трубки в котором будет испаряться фреон.

Вариант первый – испаритель в виде бочки. Так как температура жидкости в испарителе относительно низкая, в качестве емкости вполне можно использовать как металлическую, так и пластиковую бочку емкостью 65-125 л. В качестве теплообменника можно использовать медную трубку диаметром ¾ дюйма (19,2 мм) с толщиной стенки 1-1,2 мм, свернув ее в спираль, используя цилиндрический предмет (баллон или др. как и при изготовлении конденсатора). Но в этом случае спираль будет будет больше в диаметре и должна соответствовать диаметру и высоте выбранной бочки. Площадь теплообменной поверхности и, соответственно, длина медной трубки рассчитывается также, как и при изготовлении теплообменника для конденсатора. В корпусе бочки также необходимо сделать отверстия и закрепить сантехнические фитинги для подключения воды и прохода медных трубок.

Второй вариант теплообменника: труба в трубе, когда трубка с хладагентом помещается в пластиковую трубу, по которой противотоком в турбулентном режиме циркулирует вода – это улучшает теплообмен . Длина такого теплообменника будет соответствовать рассчитанной длине медной трубки и будет достаточно большой (25-40 м) и поэтому он скручивается в спираль такого диаметра, чтобы его удобно было разместить. 

Терморегулирующий клапан (вентиль) (ТРВ)

ТРВ также как и компрессор придется покупать готовый, лучше новый, с учетом мощности будущего теплового насоса. При выборе, покупке и монтаже ТРВ лучше всего воспользоваться консультацией специалиста по холодильному оборудованию.

ТРВ — терморегулирующий вентиль (клапан, дросель)

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.

Схема теплового насоса вода — вода

В своей работе тепловой насос использует тот же принцип, что и холодильник. Только в этом случае особое внимание уделяется не охладителю (блок испарителя), а тепловому генератору (блок конденсатора).

Ну а сам принцип остается неизменным и предполагает следующую схему работы:

  • Испаритель внедряют в среду с температурой выше нуля по Цельсию.
  • Конденсатор монтируют в помещении, подключая к нему прямую трубу и обратку системы отопления.
  • Между испарителем и конденсатором проводят циклический трубопровод, в который врезают компрессор – генератор напорного усилия и давления.
  • В циклический трубопровод заливают хладагент – вещество, которое вскипает в испарителе и переходит в жидкое состояние в конденсаторе. Причем цикличность испарения и конденсации обеспечивает компрессор.

В итоге, в процессе кипения хладагент забирает тепло у окружающей испаритель воды и транспортирует его к конденсатору, где отдает накопленную энергию системе отопления, переходя из газообразного состояния в жидкое. Ведь испарение проходит с отбором энергии, а конденсация – с выделением калорий.

Где монтируют испаритель

Для обеспечения эффективной работы насоса нам нужно лишь заглубить испаритель в воду, желательно ниже уровня промерзания жидкости в водоеме. Ведь толща воды сохраняет температуру 4-12 градусов Цельсия практически круглогодично, обеспечивая тепловые насосы для горячей воды и систем отопления постоянным притоком низкоэффективной энергии.

В итоге, площадкой для размещения испарителя может быть любой водоем с глубиной более 1,5 метров и постоянным уровнем жидкости. Ну а если такового водоема нет, то в качестве источника низкоэффективного тепла можно использовать обычный колодец или скважину. Причем сам испаритель можно погрузить даже не в колодец, а в особый бак, заполняемый проточной водой, которую качают из источника и сливают туда же.

Поэтому тепловой насос «вода-вода» можно смонтировать, буквально, где угодно. Ведь водоносные слои скрыты практически в любом типе грунта.

Подготовительные работы перед эксплуатацией

Подготовка к сборке, подключению и вводу в эксплуатацию теплового насоса из серии вода-вода включает ряд стандартных этапов, с которыми мы далее ознакомимся.

Установка тепловой системы с использованием скважины

Для установки системы с использованием теплового насоса понадобится две скважины. Одну из скважин принято называть дебетовой. Именно в нее погружается специальный насос, с помощью которого происходит отбор воды для последующей обработки в системе. Вторая скважина – приемная. В нее сливается охлажденная вода.

Сливная и подающая скважины должны располагать друг от друга на расстоянии не менее 15 метров

Глубина дебетовой скважины не должна превышать 50 метров. Чем глубже располагается источник воды, тем мощнее потребуется насос для ее подачи, что увеличит количество расходуемой энергии.

Устройство дебетовой скважины

Перед началом эксплуатации дебетовой скважины важно узнать, сколько воды она способна дать и какое количество жидкости необходимо, чтобы обеспечить теплом все помещение. Чем выше температура воды, тем меньше ее понадобится для обогрева.

Важно предварительно рассчитать объем V, который нужно выкачивать из скважины в течение часа для обогрева помещения. Допустим, есть насос, теплопроизводительность которого равна некоторому числу Q кВт, а потребляемая мощность – числу P кВт. Также понадобиться узнать температуру грунтовых вод (t1) и их температуру после темплообмена (t2).

Тогда формула расчета объема необходимого количества воды за час выглядит так:

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

Определить способность дебетовой скважины выдавать нужный объем воды аналитически невозможно, поэтому проводят ее тестирование. В течение 3 дней насос бесперебойно перекачивает воду из скважины. Таким образом осуществляется проверка и приемной скважины на возможность принимать необходимое количество воды при высокой нагрузке.

Важно понимать, что грунтовые воды ведут себя непредсказуемо, поэтому воды из дебетовой скважины может со временем стать меньше. Например, весной наблюдаются приливы, а зимой, наоборот, вода убывает. Если воды в скважине не хватает, то система автоматически отключается, отопление не происходит.

Особенности приемной скважины

Приемный трубчатый колодец располагают ниже по течению подземных вод. Определить, в каком направлении движется вода, аналитически невозможно. Поэтому на практике выбирают произвольную скважину в качестве дебетовой и запускают в нее погружной насос.

Если во время эксплуатации системы уровень воды не опускается, то выбор сделан правильно. Если уровень опустился, а температура воды понизилась, то необходимо поменять скважины местами – перенести погружной насос в другое отверстие.

Сливную трубу в приемную скважину необходимо погрузить на несколько сантиметров в воду, не доходя до дна. Если сбрасывать отработанную жидкость сверху, то это приведет к заболачиванию. Трубчатый колодец может прекратить принимать воду и забиться.

Результат грозит переливом, а в зимнее время возможным обледенением. Лучшим вариантов для приемного источника является река или пруд. Если данных объектов рядом нет, то возникает необходимость бурить еще одну или несколько приемных скважин, чтобы подстраховаться на случай перелива.

На рисунке продемонстрирован пример использования одной скважины в качестве приемной и дебетовой

Узнать, будет ли скважина принимать воду, невозможно ни аналитическим, ни тестовым способом. Практика показывается, что сливная скважина может бесперебойно поглощать воду долгие годы, а может и вовсе выйти из строя за один сезон.

Существуют технологии, позволяющие использовать одну скважину в качестве дебетовой и приемной, но этот метод не эффективен – эксплуатация будет сопровождаться трудностями, возможно понижение температуры воды, заболачивание и ряд других проблем.

Устройство системы с использованием водоема

Выбранный пруд должен быть достаточно глубоким, чтоб нижние слои воды не промерзали во время сильных морозов. В Южных регионах оптимальная глубина составит примерно 1 метр, в Северных потребуется источник с глубиной от 3 метров. Также пруд должен быть стабильным – недопустимы колебания уровня воды, ее уменьшение.

К водоему ведется два трубопровода – дебетовый и приемный. В приемный устанавливается погружной насос

В качестве труб рекомендуется использовать модели из ПНД, отличающиеся долговечностью и надежностью. Важно защитить трубы от промерзания, дополнительно утеплив их, и от прорывов.

Подготовка дома к установке теплового насоса

Для взаимодействия с тепловым насосом вода-вода в доме должна быть оборудована система отопления на водной основе, представленная в виде труб, радиаторных батарей. Для лучшего утепления в пол и стены также допустимо монтировать отопительные трубы.

Читайте также  Фильтры для воды Аурус и промышленные системы Аруан - достоинства и недостатки

Если оборудование будет использоваться для подачи горячей воды, то в доме должна присутствовать система ее сбора. Для работы насоса понадобиться подключение к электрической сети с неограниченным питанием.

Без дополнительных мероприятий по теплоизоляции дома (утепления снаружи, установки двухкамерных окон и т.д.) эксплуатация теплового насоса не имеет смысла.

Специалисты рекомендуют дополнительно установить систему вентиляции приточного типа с механизмом обогрева воздуха. Используемый в оборудовании фреон вреден для человека. Если в контуре системы произойдут микроразрывы, то газ высвободиться и тем самым вытеснит из помещения воздух. Хладагент может вызвать у человека обострение заболеваний легких, приступы удушья.

Тепловой насос является тяжелым оборудованием, его вес может достигать тонны (зависит от мощности и размеров), поэтому для его установки в некоторых случаях необходимо возведение собственного фундамента, не соединенного с фундаментом коттеджа.

Перед установкой оборудования нужно учесть допустимые размеры помещения, выдержать расстояние до стен, указанное в паспорте изделия.

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.

Дополнительное оборудование

Выбор дополнительного оборудования для теплового насоса – ответственная задача, решение которой во многом определяет долгосрочность службы отопительной системы в целом и отсутствие проблем в эксплуатации.

Погружной насос для скважин и водоемов

Если в системе тепловой насос используется для подачи горячей воды, то устройство с небольшой мощностью может понижать давление в кранах. Мощный насос решит эту проблему, но он потребляет больше энергии. Минимальная допустимая мощность при эксплуатации ГСВ – 1 кВт.

Существует множество различных модификаций погружных насосов. Выбор осуществляется с учетом трех критериев, это:

  • Количество жидкости, используемой для перекачивания (чем больше воды придется транспортировать, тем выше должна быть мощность насоса).
  • Глубина скважины (чем глубже скважина, тем большей должна быть мощность оборудования);
  • Диаметр скважины (традиционно отдают предпочтение 4-дюймовым шахтам, поскольку для них создано наибольшее количество насосов, в отличие от 3-дюймовых).

Чтобы определить глубину скважины, необходимо на веревку закрепить груз и опустить в шахту. Мокрая часть веревки укажет на полную глубину скважины, сухая определит расстояние от начала воды до поверхности.

Насос погружают в ствол скважины на глубину, указанную производителем устройства. Обычно в техпаспорте обозначено, сколько должно быть метров между зеркалом воды и насосом, дном выработки и насосом

Для шахт могут подойти как универсальные насосы, так и оборудование, специально созданное для скважин. Если разработкой шахты занимались профессионалы, то она меньше засоряется песком, поэтому можно смело использовать универсальный насос.

Насосы, спроектированные специально под скважины, стоят дороже, но они отлично справляются с песком и грязью, меньше засоряются. Универсальные чувствительны к большому содержанию органики, их необходимо регулярно очищать от грязи, в результате чего срок их эксплуатации уменьшается.

Отдать предпочтение стоит насосам с автоматикой, поскольку при перегреве мотора, излишнего засора или отсутствия воды в скважине они отключаются самостоятельно, в результате чего двигатель не перегревается и не выходит из строя.

По принципу действия различают 2 вида погружных насосов:

  • Центробежные.
  • Вибрационные.

Для работы в скважинах, добывающих воду в известняке, предпочтительнее центробежные глубинные модели. Они чувствительны к воде с песчинками и глинистой взвесью.

Если тепловой насос будет подключен к открытому водоему, использовать лучше поверхностное насосное оборудование, предназначенное для перекачки грязной воды, или недорогое вибрационное устройство.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

В тепловых насосах во время циркуляции фреон может недостаточно хорошо охлаждаться, что приводит к перегреву компрессора в результате чрезмерной температуры нагнетания. Поэтому важно улучшить охлаждение вещества, тем самым понизив давление в контурах.

Существует еще одна проблема, характерная для всех тепловых насосов, – хладагент может смешиваться с парами воды. Если жидкость попадет в компрессор, то может произойти гидроудар. В этом случае понадобиться ремонт или замена детали. Также вода может попасть в масло, а извлечь ее оттуда затруднительно.

Все вышеописанные проблемы решает установка промежуточного теплообменника. Теплообменники бывают трех видов – открытого типа, кожухотрубные и змеевиковые.

Модификация открытого типа нейтрализует жидкость, попавшую во фреон при циркуляции, что минимизирует вероятность гидроудара компрессора. Устройство отличается высокой производительностью при минимальных затратах мощности.

При установке теплообменника открытого типа важно верно подобрать размер жидкостного трубопровода, чтоб обеспечить минимальное сжатие давления

Грамотно подобранные трубы позволят нейтрализовать возможность закипания жидкости. При этом клапан должен иметь достаточную пропускную способность, чтобы жидкость при низкой разнице давлений смогла проникнуть в устройство.

Кожухотрубный теплообменник представлен в виде закрытой конструкции. Теплообмен происходит через стенки труб, а жидкость и хладагент в нем не смешиваются, в отличие от открытого, что обеспечивает высокое давление для циркуляции пара и воздуха.

Змеевиковый теплообменник отличается наличием регулятора расхода, управляющего потоком жидкого фреона. Размер устройства напрямую зависит от мощности теплового насоса. Выбрать изделие необходимо с учетом функционала и располагаемой суммы. Желательно отдать предпочтение разборным моделям.

Фильтры для теплового насоса

Вода из скважин или водоемов поступает не в чистом виде. В ней может встречаться песок, грязь, различные микроэлементы – железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и др. Перед поступлением в тепловой насос вода должна быть отфильтрована.

Прежде всего, необходимо устранить крупные вещества – камни, песок, грязь, ил. Чтобы убрать их из воды, необходима установка гидроциклона.

Гидроциклон – устройство, требующееся для грубой очистки воды. Выбрать его необходимо с учетом мощности насоса

Далее важно установить фильтры, устраняющие железо, сероводород, марганец, аммиак. Эти микроэлементы сокращают срок эксплуатации оборудования, подвергают его коррозии.

Можно воспользоваться фильтрами обратного осмоса, умягчителями, обезжелезивателями и их модификациями. Для обеспечения питьевой горячей воды дополнительно следует оборудовать угольные фильтры и УФ-стерилизатор, уничтожающий бактерии и вирусы.

Электрогенератор для резервного питания

Тепловые насосы работают от электрической сети, поэтому, если произойдет отключение электропитания, то дом останется без обогрева. Целесообразно дополнительно приобрести электрогенератор, работающий на горючих веществах.

Важно, чтоб электрогенератор мог вырабатывать необходимую мощность для работы компрессора насоса

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.

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.

Читайте также  Эксперт-pH pH-метр: характеристика, виды и стоимость

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:

Тепловой насос для нагрева воды: монтаж в систему отопления

При монтаже системы отопления следует учесть, что вода в конденсаторе прогреется всего лишь до 40-50 градусов Цельсия. Поэтому в качестве «потребителя» энергии теплового насоса может выступать только низкотемпературная система отопления, например, теплый пол. Или любой другой объемный радиатор, эффективность которого определяется не температурой, а габаритной площадью излучения.

Причем, в большинстве случаев, самодельный тепловой насос можно использовать лишь в качестве вспомогательного источника энергии, поддерживающего работу электрического или газового котла.

Полноценное отопление и обогрев гарантирую только высокоэффективные «заводские» агрегаты, разогревающие конденсатор до 75 градусов Цельсия и выше.

Самодельные насосы не могут обеспечить подобную температуру из-за просчетов конструкции и несбалансированной работы компрессора.

Впрочем, эффективные результаты способен продемонстрировать лишь «бредовый» агрегат, а вот тепловой насос вода — вода китайского производства отличается от качественной самоделки лишь более продуманной системой автоматизации управления насосом. 

Нюансы монтажа и эксплуатации

Перед сборкой и запуском системы будет полезно изучить советы тех, кто уже на практике осуществил монтаж устройства и начал его использовать по назначению.

Где брать тепло

На начальном этапе проектирования отопления с использованием ТН вода-вода надо выбрать первичный источник тепла.

Лучший вариант — открытый водоем (пруд, река, озеро, море) достаточной площади и глубины на расстоянии до 100 метров от дома.

Если такой возможности нет, то бурят скважины до глубины залегания водоносного слоя грунта.

Тут есть два варианта:

  1. Для открытого типа внешнего коллектора понадобится только две скважины на расстоянии друг от друга 20 метров. Из одной вода перекачивается на обогрев испарителя конденсаторного контура. Затем сбрасывается во вторую. При этом дебет скважины должен быть достаточным. Это определяется выкачиванием воды погружаемым насосом. Перед продолжением проектных работ надо сделать лабораторный анализ воды на содержание солей жесткости и взвешенных частиц.
  2. Если получен негативный результат анализа или дебета, понадобится пробурить больше. Нужно будет разместить в скважинах примерно такую же длину труб, как в открытом водоеме.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

Отопительная мощность аппарата больше холодильной и равна сумме двух параметров — производительность плюс тепло, выделяемое компрессором

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника). 
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Расчет грунтового контура и теплообменников насоса

Следуя собственным рекомендациям, приступаем к расчетам геотермального насоса с вертикальными U-образными зондами, помещенными в скважины. Необходимо узнать общую протяженность внешнего контура, а потом – глубину и количество вертикальных шахт.

Исходные данные для примера: нужно обогреть частный утепленный дом площадью 80 м² и высотой потолков 2.8 м, расположенный в средней полосе. Расчет нагрузки на отопление производить не станем, определим потребность в тепле по площади с учетом теплоизоляции – 7 кВт.

По желанию можно обустроить горизонтальный коллектор, но тогда придется выделить большую площадь под земляные работы

Важное уточнение. Инженерные расчеты теплонасосов довольно сложны и требуют высокой квалификации исполнителя, данной теме посвящены целые книги. В статье приводятся упрощенные вычисления, взятые из практического опыта строителей и мастеров – любителей самоделок.

Интенсивность теплообмена между землей и незамерзающей жидкостью, циркулирующей по контуру, зависит от типа грунтов:

  • 1 погонный метр вертикального зонда, погруженного в подземные воды, получит около 80 Вт теплоты;
  • в каменистых грунтах теплосъем составит порядка 70 Вт/м;
  • глинистые почвы, насыщенные влагой, отдадут примерно 50 Вт на 1 м коллектора;
  • сухие породы – 20 Вт/м.

Справка. Вертикальный зонд представляет собой 2 петли из труб, опущенных до дна скважины и залитых бетоном.

Пример вычисления длины трубы. Чтобы извлечь из сырой глинистой породы необходимые 7 кВт тепловой энергии, понадобится 7000 Вт поделить на показатель 50 Вт/м, получаем общую глубину зонда 140 м. Теперь трубопровод распределяется по скважинам глубиной 20 м, которые вы сможете пробурить своими руками. Итого 7 сверлений по 2 теплообменных петли, общая протяженность трубы – 7 х 20 х 4 = 560 м.

Следующий этап – расчет площади теплообмена испарителя и конденсора. На различных интернет-ресурсах и форумах предлагаются некие расчетные формулы, в большинстве случаев – некорректные. Мы не возьмем на себя смелость рекомендовать подобные методики и вводить вас в заблуждение, но предложим некий хитрый вариант:

  1. Обратитесь к любому известному производителю пластинчатых теплообменников, например, Alfa Laval, Kaori, «Анвитэк» и так далее. Можно выйти на официальный сайт бренда.
  2. Заполните форму подбора теплообменника либо созвонитесь с менеджером и закажите подбор агрегата, перечислив параметры сред (антифриз, фреон) – температуру на входе и выходе, тепловую нагрузку.
  3. Специалист фирмы произведет необходимые расчеты и предложит подходящую модель теплообменника. Среди его характеристик вы найдете главную – площадь поверхности обмена.

Пластинчатые агрегаты очень эффективны, но дороги (200—500 евро). Дешевле собрать кожухотрубный теплообменник из медной трубки наружным диаметром 9.5 или 12.7 мм. Выданную производителем цифру умножьте на коэффициент запаса 1.1 и поделите на длину окружности трубы, получите метраж.

Пластинчатый теплообменник из нержавейки – идеальный вариант испарителя, он эффективен и занимает мало места. Проблема в высокой цене изделия

Пример. Площадь теплового обмена предложенного агрегата составила 0.9 м². Выбрав медную трубку ½” диаметром 12.7 мм, вычисляем длину окружности в метрах: 12.7 х 3.14 / 1000 ≈ 0.04 м. Определяем общий метраж: 0.9 х 1.1 / 0.04 ≈ 25 м.

Оборудование и материалы

Будущий тепловой насос предлагается строить на базе наружного блока сплит-системы подходящей мощности (указана на табличке). Почему лучше использовать б/у кондиционер:

  • аппарат уже оснащен всеми комплектующими – компрессором, дросселем, ресивером и пусковой электрикой;
  • самодельные теплообменники можно поместить в корпус холодильной машины;
  • есть удобные сервисные порты для заправки фреона.

Примечание. Разбирающиеся в теме пользователи подбирают оборудование отдельно – компрессор, ТРВ, контроллер и так далее. При наличии опыта и знаний подобный подход только приветствуется.

Собирать ТН на базе старого холодильника нецелесообразно – мощность агрегата слишком мала. В лучшем случае удастся «выжать» до 1 кВт теплоты, чего хватит на обогрев одной небольшой комнаты.

Помимо внешнего блока «сплита» понадобятся следующие материалы:

  • труба ПНД Ø20 мм – на земляной контур;
  • полиэтиленовые фитинги для сборки коллекторов и подключения к теплообменникам;
  • циркуляционные насосы – 2 шт.;
  • манометры, термометры;
  • качественный водопроводный шланг либо труба ПНД диаметром 25—32 мм на оболочку испарителя и конденсатора;
  • трубка медная Ø9.5—12.7 мм с толщиной стенки не менее 1 мм;
  • утеплитель для трубопроводов и фреоновых магистралей;
  • комплект для герметизации греющих кабелей, укладываемых внутри водопровода (понадобится для уплотнения концов медных трубок).
Комплект втулок для герметичного ввода медной трубки

В качестве внешнего теплоносителя применяется солевой раствор воды либо антифриз для отопления – этиленгликоль. Также понадобится запас фреона, чья марка указана на шильдике сплит-системы.

Сборка теплообменного блока

Перед началом монтажных работ наружный модуль надо разобрать – снять все крышки, удалить вентилятор и большой штатный радиатор. Отключите электромагнит, управляющий реверсивным клапаном, если не планируете использовать насос в качестве охладителя. Датчики температуры и давления необходимо сохранить.

Порядок сборки основного блока ТН:

  1. Изготовьте конденсор и испаритель, просунув медную трубку внутрь шланга расчетной длины. На концах установите тройники для присоединения грунтового и отопительного контура, выступающие медные трубки уплотните с помощью специального комплекта для греющего кабеля. 
  2. Используя в качестве сердечника отрезок пластиковой трубы Ø150—250 мм, намотайте самодельные двухтрубные контуры и выведите концы в нужные стороны, как это делается ниже на видео.
  3. Разместите и закрепите оба кожухотрубных теплообменника на месте штатного радиатора, медные трубки подпаяйте к соответствующим выводам. «Горячий» теплообменник–конденсатор лучше подключить к сервисным портам. 
  4. Установите заводские датчики, измеряющие температуру хладагента. Утеплите голые участки трубок и сами теплообменные устройства.
  5. На водяных магистралях поставьте термометры и манометры.

Совет. Если планируется ставить основной блок на улице, нужно принять меры от застывания масла в компрессоре. Приобретите и смонтируйте зимний комплект электрического подогрева масляного картера.

На тематических форумах встречается другой способ изготовления испарителя – трубка из меди навивается спиралью, затем вставляется внутрь закрытой емкости (бака или бочки). Вариант вполне разумен при большом количестве витков, когда рассчитанный теплообменник попросту не помещается в корпусе кондиционера.

Заправка и запуск системы

После монтажа и подключения агрегата к электросети наступает важный этап – заполнение системы хладагентом. Здесь ожидает подводный камень: вы не знаете, сколько фреона необходимо заправить, ведь объем основного контура сильно вырос за счет установки самодельного конденсатора с испарителем.

Вопрос решается методом заправки по давлению и температуре перегрева хладона, измеряемой на входе компрессора (туда фреон подается в газообразном состоянии). Подробная инструкция по заполнению методом измерения температуры изложена в следующем руководстве.

По окончании заправки включите оба циркуляционных насоса на первую скорость и запускайте компрессор в работу. Показатели температуры рассола и внутреннего теплоносителя контролируйте по термометрам. На этапе прогрева магистрали с хладагентом могут обмерзать, впоследствии иней должен растаять.

Делаем геотермальную установку

Если предыдущий вариант позволит добиться примерно двойной экономии, то даже самодельный земляной контур даст COP в районе 3 (три киловатта тепла на 1 кВт израсходованного электричества). Правда, финансовые и трудовые затраты тоже существенно увеличатся.

Хотя в интернете опубликована масса примеров сборки подобных аппаратов, универсальной инструкции с чертежами не существует. Мы предложим рабочий вариант, собранный и проверенный реальным домашним мастером, хотя многие вещи придется додумывать и доделывать самостоятельно – всю информацию о тепловых насосах сложно поместить в одной публикации.

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 эксплуатации такого теплового насоса

Раз в год необходимо проводить самостоятельный визуальный осмотру узлов насоса, выполнять рекомендации по техническому обслуживанию – своевременно смазывать детали, следить за корректностью работы прибора при перекачивании воды.

Некоторые виды оборудования нуждаются в регулярной проверке (обычно 1-2 раза в год) специалистов сервисного центра. В ходе проверки выявляют:

  • протечки машинного масла через трещины в контуре;
  • качество креплений и соединений;
  • уровень давления в баках и контурах;
  • неисправности в работе силовой проводки.

Монтаж теплового насоса вода-вода следует поручить обученным специалистам. Неэффективность системы чаще всего связана с ее неправильной установкой. Тепловое оборудование пригодно для эксплуатации как жителями Южный регионов, так и Северных.

Заключение

Сделать и запустить тепловой геотермальный насос своими руками весьма непросто. Наверняка потребуются неоднократные доработки, исправления ошибок, настройки. Как правило, большинство неполадок в самодельных ТН возникает из-за неправильной сборки либо заправки основного теплообменного контура. Если агрегат сразу отказал (сработала автоматика безопасности) либо не греет теплоноситель, стоит вызвать мастера по холодильному оборудованию – он проведет диагностику и укажет на допущенные ошибки.

Источники
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/teplovye-nasosy/teplovoj-nasos-voda-voda.html
  • https://teplogrup.ru/otoplenie/teplovoy-nasos-voda-voda-ustroystvo-princip-raboty-pravila-obustroystva-otopleniya-na-ego-baze.html
  • https://otoplenie-expert.com/elementy-otopleniya/voda-voda.html
  • https://www.forumhouse.ru/journal/articles/8541-zhidkostnyi-teploobmennik-v-energoeffektivnom-dome
  • https://otivent.com/teplovoj-nasos-svoimi-rukami
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/148-teplovye-nasosy-voda-voda.html
  • https://VTeple.xyz/teplovoy-nasos-voda-voda-printsip-rabotyi/
  • https://TeploRes.ru/teplosistemy/podklyuchenie-teplovogo-nasosa-vozduh.html
  • https://canalizator-pro.ru/teplovoj-nasos-voda-voda.html
  • https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/teplovoj-nasos-voda-voda.html
[свернуть]

Опубликовано: 31.07.2017

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Войти с помощью: 
×
Рекомендуем посмотреть
WordPress Themes
9e3377222f69609b