Pompa ciepła woda-woda: urządzenie, zasada działania, zasady organizacji ogrzewania na jej podstawie

Do ogrzewania i dostarczania ciepłej wody do domów prywatnych zaleca się stosowanie pompy ciepła typu woda-woda zasilanej ze źródeł naturalnych - wód gruntowych, rzek, zbiorników wodnych itp. System jest całkowicie bezpieczny dla środowiska i nie wymaga regularnych kosztów materiałów eksploatacyjnych, dlatego cieszy się coraz większym zainteresowaniem.

Porozmawiamy o opcjach pompy ciepła, która wykorzystuje ekoenergię z wody do przesyłania jej do domowych systemów grzewczych. Dla dociekliwych rzemieślników domowych opisaliśmy zasady działania popularnych opcji urządzeń i technologii budowy. Tutaj dowiesz się jaki sprzęt jest wymagany do działania systemu.

Zasada działania pompy ciepła typu woda-woda

Pompa ciepła ucieleśnia zasadę cyklu Carnota.Polega to na tym, że substancja przemieszczając się przez układ zamknięty i zmieniając swój stan skupienia z ciekłego na gazowy pod wpływem czynników chemicznych, fizycznych lub termicznych, uwalnia i pochłania ogromną ilość energii cieplnej.

Substancją roboczą jest nośnik ciepła - woda ze studni lub zbiornika.

Nawet zimą naturalne źródła na określonej głębokości utrzymują dodatnią temperaturę, dzięki czemu można z nich pozyskiwać energię cieplną przez cały rok. Jedyną wadą instalacji jest duży pobór mocy i konieczność zakupu dodatkowego sprzętu.

Schemat przedstawia drogę cyrkulacji wody i czynnika chłodniczego. System pozwala na odbiór energii cieplnej niezależnie od pory roku

Główne elementy pompy ciepła typu woda-woda:

• kompresor;
• parownik;
• kondensator;
• zawór indukcyjny rozprężny;
• automatyczny system monitorujący wskaźniki;
• wiele linii rur miedzianych;
• substancja robocza (czynnik chłodniczy).

Za pomocą specjalnej pompy woda przepływa rurami od źródła do urządzenia grzewczego, po czym wchodzi w interakcję z gazem (freonem), który wrze w temperaturze +2-3 stopni. Freon pochłania część ciepła z wody i jest zasysany do sprężarki, gdzie podczas sprężania jego temperatura wzrasta.

Urządzenia z pompą ciepła zajmują dużo miejsca, ale dają możliwość pozbycia się zależności od mediów

Następnie czynnik chłodniczy dostaje się do skraplacza, po czym gorąca substancja podgrzewa wodę do zadanej temperatury (od +40 do +80 stopni), która jest transportowana rurami systemu grzewczego.

Ochłodzona woda wpływa do parownika, a następnie spływa do studni odbiorczej.Po przejściu przez skraplacz czynnik chłodniczy przechodzi w stan ciekły i zbiera się na dnie elementu, po czym poprzez przepustnicę powraca na swoje pierwotne miejsce. Następnie cykl się powtarza.

Na co zwrócić uwagę organizując takie ogrzewanie?

Istnieje wiele różnych modyfikacji pomp ciepła przeznaczonych do pomieszczeń o dowolnym przeznaczeniu i wielkości, a także pracujących w różnych warunkach. Urządzenie przeznaczone jest do ogrzewania domów o łącznej powierzchni od 50 do 150 metrów kwadratowych.

Wytyczna nr 1 – twardość wody

Jakość wody w studni lub zbiorniku odgrywa ważną rolę przy wyborze sprzętu. Nie wszystkie modele są w stanie pracować na twardej wodzie zawierającej duże ilości manganu i żelaza.

Wysokie stężenie tych pierwiastków szkodzi systemowi - na rurach szybciej tworzy się korozja, co prowadzi do zmniejszenia wydajności sprzętu i jego żywotności.

Dlatego przed zakupem pompy ciepła weź próbka wody i przeanalizuj go pod kątem obecności tych i innych pierwiastków śladowych - siarkowodoru, amoniaku, chloru itp. Zwykle, jeśli temperatura w stawie przekracza +13 stopni, istnieje duże prawdopodobieństwo, że w wodzie znajduje się dużo jonów żelaza i manganu.

Zatem pompa ciepła typu woda-woda dobierana jest z uwzględnieniem twardości wody. Istnieją systemy, których elementy są maksymalnie chronione przed korozją, ale są droższe.

Wytyczna nr 2 – tryb pracy

Pompę ciepła można stosować jako jedyne źródło ciepła lub w połączeniu z innymi systemami. Dlatego przed wyborem modelu ważne jest określenie, w jakim trybie urządzenie będzie działać.

Istnieją dwa rodzaje działania systemu:

• Jednowartościowy. Urządzenia mają dużą moc i nadają się do ogrzewania domu.
• Bważne. Mniej wydajne urządzenia uzupełniają główny sprzęt grzewczy.

Aby zbudować autonomiczny system z głównym urządzeniem do podgrzewania wody i wody, potrzebujesz typu monowalentnego.

Wytyczna nr 3 – moc pompy

Moc jest ważnym wskaźnikiem przy wyborze pompy ciepła, ponieważ od niej zależy wydajność systemu. Im wyższa moc, tym wyższa wydajność sprzętu, ale większe zużycie energii.

Wydajność pompy ciepła typu woda-woda dobierana jest na podstawie rzeczywistych potrzeb

Jeśli wybierzesz urządzenie o niewystarczającej mocy, wydajność systemu spadnie, jeśli straty ciepła w domu przekroczą ilość energii dostarczonej przez system.Pompa ciepła może pracować całą dobę, ale nie będzie miała żadnego efektu ze względu na spadek temperatury wody.

Gdy straty ciepła w budynku są mniejsze niż straty ciepła w instalacji, pompa zwykle uruchamia się automatycznie na kilka minut, podgrzewa wodę do zadanej temperatury i tłoczy ją przez instalację. Następnie wyłącza się do momentu spadku temperatury o kilka stopni. Następnie cykl się powtarza.

Wytyczna nr 4 – funkcjonalność konkretnego modelu

Pompy ciepła mogą posiadać dodatkowe funkcje, są to:

• Automatyczny system sterowania, który pozwoli dostosować mikroklimat pomieszczenia do własnych upodobań. Sterowanie odbywa się najczęściej za pomocą pilota.
• Funkcja podgrzewania wody w celu zaopatrzenia w ciepłą wodę.
• Obudowa dźwiękoszczelna.
• Możliwość podłączenia do innych systemów grzewczych, kolektorów słonecznych, co sprawi, że urządzenia grzewcze będą całkowicie autonomiczne.

Żywotność pomp ciepła typu woda-woda zwykle przekracza 30 lat.

Równie ważny przy wyborze sprzętu jest koszt instalacji i instalacji.

Obliczenie wymaganej mocy pompy ciepła

Przed zakupem systemu ważne jest, aby najpierw sporządzić projekt i obliczyć wymaganą moc sprzętu. Wydajność obliczana jest z uwzględnieniem rzeczywistego zapotrzebowania na energię cieplną. Uwzględniane jest zużycie ciepła, straty ciepła w domu oraz obecność lub brak obwodu CWU.

Algorytm obliczeniowy:

1. Obliczamy całkowitą powierzchnię ogrzewanych pomieszczeń.
2. Określamy wymaganą ilość energii do ogrzewania. Optymalny wskaźnik na 1 metr kwadratowy wynosi 0,07 kW.
3. Aby ogrzać dom o powierzchni N metrów kwadratowych, potrzebujesz N*0,07 kW.
4. Dla CWU do otrzymanej liczby dodaje się dodatkowe 15-20%, czyli N*0,07*0,85 lub N*0,07*0,80.

Obliczenia te będą optymalne dla pomieszczeń o stropach nieprzekraczających wysokości 2,7 m. Dokładniejszych obliczeń dokonają specjaliści w trakcie przygotowywania projektu.

Prace przygotowawcze przed operacją

Przygotowanie do montażu, podłączenia i uruchomienia pompy ciepła z serii woda-woda obejmuje szereg standardowych kroków, z którymi zapoznamy się później.

Wybór optymalnego źródła wody

Należy zauważyć, że nie każde oprogramowanie typu open source lub studnia przystosowany do nieprzerwanej pracy pompy ciepła. Jakość wody odgrywa ważną rolę, ale filtry pomogą rozwiązać problem zanieczyszczeń.

Dopuszczalne jest korzystanie ze zbiornika lub stawu znajdującego się w promieniu 100 metrów od budynku. Jeśli nie ma takiego źródła, pojawia się potrzeba wiercenia studni.

Wybór źródła pompy ciepła powinien opierać się na łatwości użytkowania i kosztach użytkowania. Jeśli w pobliżu znajduje się otwarty zbiornik, rozsądniej jest z niego skorzystać

Zachowanie otwartego źródła jest bardziej przewidywalne niż wody gruntowe, dlatego jeśli to możliwe, lepiej jest preferować zbiorniki.

Montaż instalacji cieplnej z wykorzystaniem studni

Aby zainstalować system wykorzystujący pompę ciepła, potrzebne będą dwie studnie. Jedna ze studni jest zwykle nazywana debetem. To w nim zanurzona jest specjalna pompa, za pomocą której pobierana jest woda do późniejszej obróbki w systemie. Druga studnia jest studnią odbiorczą. Spuszczana jest do niego schłodzona woda.

Studnie spustowe i zasilające muszą być oddalone od siebie o co najmniej 15 metrów.

Głębokość studni debetowej nie powinna przekraczać 50 metrów. Im głębsze jest źródło wody, tym mocniejsza jest pompa potrzebna do jej dostarczenia, co zwiększy ilość zużywanej energii.

Budowa studni debetowej

Zanim zaczniesz dobrze eksploatować debet, ważne jest, aby dowiedzieć się, ile wody może wytworzyć i ile płynu potrzeba, aby ogrzać całe pomieszczenie. Im wyższa temperatura wody, tym mniej będzie potrzebne do ogrzewania.

Ważne jest, aby wstępnie obliczyć objętość V, który należy wypompować ze studni w ciągu godziny, aby ogrzać pomieszczenie. Załóżmy, że istnieje pompa, której moc cieplna jest równa określonej liczbie Q kW i pobór mocy - do liczby P kW. Będziesz także musiał sprawdzić temperaturę wód gruntowych (t1) i ich temperaturę po wymiana temperatur (t2).

Następnie wzór na obliczenie objętości wymaganej ilości wody na godzinę wygląda następująco:

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

Analitycznie niemożliwe jest określenie zdolności studni debetowej do wytworzenia wymaganej ilości wody, dlatego jest ona testowana. Przez 3 dni pompa nieprzerwanie pompuje wodę ze studni. W ten sposób sprawdzana jest również zdolność studni odbiorczej do przyjęcia wymaganej ilości wody pod dużym obciążeniem.

Ważne jest, aby zrozumieć, że wody gruntowe zachowują się nieprzewidywalnie, dlatego ilość wody ze studni debetowej może z czasem się zmniejszyć. Na przykład wiosną są przypływy, ale zimą wręcz przeciwnie, woda spada. Jeśli w studni nie ma wystarczającej ilości wody, system automatycznie się wyłącza i ogrzewanie nie następuje.

Cechy studni odbiorczej

Studnia rurowa odbiorcza znajduje się poniżej wód gruntowych. Analitycznie niemożliwe jest określenie, w jakim kierunku porusza się woda. Dlatego w praktyce jako studnię debetową wybiera się dowolną studnię i do niej wprowadza się zanurzalny pompa.

Jeśli poziom wody nie spadnie podczas pracy systemu, wybór został dokonany prawidłowo.Jeśli poziom spadł i temperatura wody spadła, konieczna jest zmiana położenia studni - ruch zanurzalny wpompować do innego otworu.

Rura spustowa do studni odbiorczej musi być zanurzona na kilka centymetrów w wodzie, tak aby nie sięgała dna. Jeśli zrzucisz odpady z góry, doprowadzi to do zalania. Studnia rurki może przestać przyjmować wodę i zostać zatkana.

Wynik grozi przepełnieniem, a zimą możliwym oblodzeniem. Najlepszymi opcjami źródła odbiorczego są rzeka lub staw. Jeżeli w pobliżu nie ma tych obiektów, wówczas należy wywiercić jeden lub więcej odwiertów odbiorczych, aby zabezpieczyć się przed przepełnieniem.

Na rysunku pokazano przykład wykorzystania studni jako studni odbiorczej i obciążającej

Nie da się ustalić, czy studnia będzie przyjmować wodę ani metodą analityczną, ani testową. Praktyka pokazuje, że studnia kanalizacyjna może nieprzerwanie wchłaniać wodę przez wiele lat lub może całkowicie zawieść w ciągu jednego sezonu.

Istnieją technologie, które pozwalają wykorzystać jedną studnię jako studnię debetową i odbiorczą, ale ta metoda nie jest skuteczna - operacji będą towarzyszyć trudności, możliwy jest spadek temperatury wody, zaleganie wody i szereg innych problemów.

Projekt układu wykorzystującego zbiornik

Wybrany staw musi być na tyle głęboki, aby dolne warstwy wody nie zamarzły podczas silnych mrozów. W regionach południowych optymalna głębokość będzie wynosić około 1 metr, w regionach północnych wymagane będzie źródło o głębokości 3 metrów. Ponadto staw musi być stabilny - wahania poziomu wody i jego spadek są niedopuszczalne.

Do zbiornika prowadzą dwa rurociągi - debetowy i odbiorczy.W obszarze odbioru zainstalowana jest pompa głębinowa

Zaleca się stosowanie modeli wykonanych z HDPEcharakteryzujące się trwałością i niezawodnością. Ważne jest zabezpieczenie rur przed zamarzaniem poprzez ich dodatkową izolację oraz przed przebiciami.

Przygotowanie domu do instalacji pompy ciepła

Aby współdziałać z pompą ciepła typu woda-woda, dom musi być wyposażony w wodny system ogrzewania, prezentowany w postaci rur i baterii grzejnikowych. Dla lepszej izolacji dopuszczalne jest także układanie rur grzewczych w podłodze i ścianach.

Jeśli sprzęt będzie używany do dostarczania ciepłej wody, dom musi mieć system zbierania. Aby móc obsługiwać pompę, należy być podłączonym do sieci elektrycznej o nieograniczonej mocy.

Bez dodatkowych środków izolacji termicznej domu (izolacja od zewnątrz, montaż okien dwukomorowych itp.) eksploatacja pompy ciepła nie ma sensu.

Eksperci zalecają dodatkową instalację system wentylacji nawiewnej z mechanizmem ogrzewania powietrznego. Freon zastosowany w sprzęcie jest szkodliwy dla ludzi. Jeśli w obwodzie systemowym są mikropęknięcia, gaz zostanie uwolniony, wypierając w ten sposób powietrze z pomieszczenia. Czynnik chłodniczy może powodować zaostrzenie chorób płuc i ataków astmy u ludzi.

Pompa ciepła to ciężki sprzęt, jej waga może sięgać tony (w zależności od mocy i wielkości), dlatego w niektórych przypadkach jej montaż wymaga zbudowania własnego fundamentu, nie połączonego z fundamentem domku.

Przed zainstalowaniem sprzętu należy wziąć pod uwagę dopuszczalne wymiary pomieszczenia i zachować odległość od ścian określoną w paszporcie produktu.

Wyposażenie dodatkowe

Wybór dodatkowe wyposażenie pompy ciepła - odpowiedzialne zadanie, którego rozwiązanie w dużej mierze determinuje długoterminową żywotność systemu grzewczego jako całości i brak problemów w działaniu.

Zatapialny pompa do studni i zbiorników

Jeśli system wykorzystuje pompę ciepła do dostarczania ciepłej wody, wówczas urządzenie o małej mocy może obniżyć ciśnienie w kranach. Mocna pompa rozwiąże ten problem, ale zużywa więcej energii. Minimalna dopuszczalna moc podczas pracy FGP — 1 kW.

Istnieje wiele różnych modyfikacji zanurzalny lakierki Wyboru dokonuje się biorąc pod uwagę trzy kryteria, są to:

• Ilość płynuwykorzystywane do pompowania (im więcej wody trzeba przetransportować, tym większa musi być moc pompy).
• Cóż, głębokość (im głębsza studnia, tym większa powinna być moc sprzętu);
• Średnica studni (tradycyjnie preferowane są wały 4-calowe, ponieważ mają największą liczbę pomp w porównaniu do 3-calowych).

Aby określić głębokość studni, należy przymocować ciężarek do liny i opuścić go do szybu. Mokra część liny wskaże pełną głębokość studni, sucha część określi odległość od początku wody do powierzchni.

Pompę zanurza się w odwiercie na głębokość określoną przez producenta urządzenia. Zwykle paszport techniczny wskazuje, ile metrów powinno znajdować się między powierzchnią wody a pompą, dnem wykopu a pompą

Zarówno pompy uniwersalne, jak i urządzenia zaprojektowane specjalnie do studni mogą być odpowiednie dla kopalń. Jeśli kopalnia została opracowana przez profesjonalistów, jest mniej zatkana piaskiem, dzięki czemu można bezpiecznie używać pompy uniwersalnej.

Pompy przeznaczone specjalnie do studni są droższe, ale dobrze radzą sobie z piaskiem i brudem oraz mniej się zatykają. Uniwersalne są wrażliwe na dużą zawartość substancji organicznych, należy je regularnie czyścić z brudu, co powoduje zmniejszenie ich żywotności.

Preferowane powinny być pompy z automatyką, ponieważ w przypadku przegrzania silnika, nadmiernego zablokowania lub braku wody w studni, wyłączają się one same, w wyniku czego silnik nie przegrzewa się i nie ulega awarii.

W zależności od zasady działania istnieją 2 typy zanurzalny lakierki:

• Odśrodkowy.
• Wibrujący.

Do pracy w studniach wytwarzających wodę w wapieniu preferowane są modele głębokie odśrodkowe. Są wrażliwe na wodę z ziarnami piasku i zawiesiną gliny.

Jeśli pompa ciepła będzie podłączona do otwartego zbiornika, lepiej zastosować sprzęt do pompowania powierzchniowego przeznaczony do pompowania brudnej wody lub niedrogie urządzenie wibracyjne.

Pośredni wymiennik ciepła pompy ciepła

W pompach ciepła freon może nie być wystarczająco dobrze schłodzony podczas cyrkulacji, co powoduje przegrzanie sprężarki z powodu nadmiernych temperatur na tłoczeniu. Dlatego ważne jest, aby poprawić chłodzenie substancji, zmniejszając w ten sposób ciśnienie w obwodach.

Jest jeszcze jeden problem wspólny dla wszystkich pomp ciepła – czynnik chłodniczy może mieszać się z parą wodną. Może to nastąpić, jeśli ciecz dostanie się do sprężarki młot wodny. W takim przypadku konieczna będzie naprawa lub wymiana części. Do oleju może też dostać się woda, którą trudno będzie stamtąd usunąć.

Wszystkie problemy opisane powyżej rozwiązuje się instalując pośredni wymiennik ciepła.Istnieją trzy typy wymienników ciepła - typu otwartego, płaszczowo-rurowe i wężowe.

Modyfikacja typu otwartego neutralizuje ciecz dostającą się do freonu podczas cyrkulacji, co minimalizuje prawdopodobieństwo młot wodny kompresor. Urządzenie charakteryzuje się wysoką wydajnością przy minimalnym zużyciu energii.

Podczas instalowania wymiennika ciepła typu otwartego ważne jest, aby wybrać odpowiedni rozmiar rurociągu cieczy, aby zapewnić minimalne sprężanie ciśnienia

Odpowiednio dobrane rury zneutralizują możliwość zagotowania się cieczy. W takim przypadku zawór musi mieć wystarczającą przepustowość, aby ciecz mogła przedostać się do urządzenia przy małej różnicy ciśnień.

Płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła ma postać zamkniętej konstrukcji. Wymiana ciepła odbywa się przez ścianki rur, a zawarta w nich ciecz i czynnik chłodniczy nie mieszają się, w przeciwieństwie do otwartych, co zapewnia wysokie ciśnienie dla cyrkulacji pary i powietrza.

Wężownicowy wymiennik ciepła wyróżnia się obecnością regulatora przepływu, który kontroluje przepływ ciekłego freonu. Rozmiar urządzenia zależy bezpośrednio od mocy pompy ciepła. Należy wybrać produkt biorąc pod uwagę funkcjonalność i dostępną ilość. Wskazane jest preferowanie modeli składanych.

Filtry do pomp ciepła

Woda ze studni lub zbiorników nie występuje w czystej postaci. Może zawierać piasek, brud, różne pierwiastki śladowe - żelazo, siarkowodór, mangan, chlor, amoniak itp. Przed wejściem do pompy ciepła wodę należy przefiltrować.

Przede wszystkim należy wyeliminować duże substancje - kamienie, piasek, brud, muł. Aby usunąć je z wody, wymagana jest instalacja hydrocyklon.

Hydrocyklon jest urządzeniem niezbędnym do zgrubnego oczyszczania wody.Należy go wybrać biorąc pod uwagę moc pompy

Następnie ważne jest zainstalowanie filtrów eliminujących żelazo, siarkowodór, mangan i amoniak. Mikroelementy te skracają żywotność sprzętu i narażają go na korozję.

Możesz używać filtrów odwrócona osmoza, zmiękczacze, odżelaziacze i ich modyfikacje. Aby zapewnić ciepłą wodę pitną należy dodatkowo wyposażyć ją w filtry węglowe oraz sterylizator UV, który niszczy bakterie i wirusy.

Generator elektryczny do zasilania awaryjnego

Pompy ciepła działają z sieci elektrycznej, więc w przypadku braku prądu dom pozostanie bez ogrzewania. Wskazane jest dodatkowe zakupienie generatora elektrycznego zasilanego substancjami łatwopalnymi.

Ważne jest, aby generator elektryczny był w stanie generować moc niezbędną do obsługi sprężarki pompy

Cechy działania takiej pompy ciepła

Raz w roku należy przeprowadzić niezależny przegląd wzrokowy elementów pompy, postępować zgodnie z zaleceniami konserwacji - terminowo nasmarować części, monitorować poprawność pracy urządzenia podczas pompowania wody.

Niektóre typy sprzętu wymagają regularnych przeglądów (zwykle 1-2 razy w roku) przez specjalistów z centrum serwisowego. Podczas oględzin okazuje się, że:

• olej silnikowy wycieka przez pęknięcia w obwodzie;
• jakość mocowań i połączeń;
• poziom ciśnienia w zbiornikach i obwodach;
• awarie w okablowaniu zasilającym.

Instalację pompy ciepła typu woda-woda powinni przeprowadzić przeszkoleni specjaliści. Nieskuteczność systemu wynika najczęściej z jego nieprawidłowego montażu. Sprzęt termiczny jest odpowiedni do użytku zarówno przez mieszkańców regionów południowych, jak i północnych.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Film zapozna Cię z zasadą działania i funkcjami urządzenia:

W rezultacie możemy stwierdzić, że pompa ciepła typu woda-woda jest uważana za skuteczny, przyjazny dla środowiska sprzęt przeznaczony do ogrzewania domów o powierzchni do 150 metrów kwadratowych. Zaaranżowanie większej powierzchni może wymagać dość skomplikowanych badań inżynierskich.

Jeśli w trakcie lektury podanych informacji będziesz miał jakieś pytania, zadaj je w bloku poniżej. Czekamy na Twoje komentarze, pytania na ten temat, historie i zdjęcia na temat budowy minielektrowni wodnej własnymi rękami. Jesteśmy ciekawi Twojej opinii.