Toplotna črpalka voda-voda: naprava, princip delovanja, pravila za ureditev ogrevanja na njeni podlagi

Za ogrevanje in oskrbo s toplo vodo v zasebnih domovih je priporočljiva uporaba toplotne črpalke voda-voda, ki jo poganjajo naravni viri - podtalnica, reke, rezervoarji itd. Sistem je popolnoma okolju varen in ne zahteva rednih stroškov za potrošni material, zato postaja vse bolj povpraševanje po njem.

Govorili bomo o možnostih toplotne črpalke, ki uporablja ekoenergijo iz vode za prenos v ogrevalne sisteme gospodinjstev. Za radovedne domače obrtnike smo opisali načela delovanja priljubljenih možnosti naprav in gradbene tehnologije. Tukaj boste izvedeli, katera oprema je potrebna za delovanje sistema.

Princip delovanja toplotne črpalke voda voda

Toplotna črpalka uteleša princip Carnotovega cikla.Gre za to, da snov, ki se giblje skozi zaprt sistem in spreminja agregatno stanje iz tekočega v plinasto pod vplivom kemičnih, fizikalnih ali toplotnih dejavnikov, sprošča in absorbira ogromno toplotne energije.

Delovna snov je toplotni nosilec - voda iz vodnjaka ali rezervoarja.

Naravni izviri na določeni globini tudi pozimi ohranjajo pozitivno temperaturo, zato lahko iz njih pridobivamo toplotno energijo vse leto. Edina pomanjkljivost namestitve je visoka poraba energije in potreba po nakupu dodatne opreme.

Diagram prikazuje pot kroženja vode in hladiva. Sistem vam omogoča prejemanje toplotne energije ne glede na sezono

Glavni elementi toplotne črpalke voda-voda:

• kompresor;
• uparjalnik;
• kondenzator;
• ekspanzijski indukcijski ventil;
• avtomatski sistem, ki spremlja kazalnike;
• več linij bakrenih cevi;
• delovna snov (hladilno sredstvo).

S pomočjo posebne črpalke voda teče skozi cevi od vira do grelne enote, nato pa sodeluje s plinom (freonom), ki vre pri temperaturi +2-3 stopinj. Freon prevzame nekaj toplote iz vode in se vsesa v kompresor, kjer se njegova temperatura med stiskanjem dvigne.

Oprema za toplotne črpalke zavzame veliko prostora, vendar nudi možnost, da se znebite odvisnosti od uporabnosti

Nato hladilno sredstvo vstopi v kondenzator, po katerem vroča snov segreje vodo na določeno temperaturo (od +40 do +80 stopinj), ki se prenaša po ceveh ogrevalnega sistema.

Ohlajena voda vstopi v uparjalnik in nato odteče v sprejemni vodnjak.Po prehodu skozi kondenzator postane hladilno sredstvo tekoče in se zbere na dnu elementa, nato pa se skozi dušilno loputo vrne na prvotno mesto. Nato se cikel ponovi.

Kaj iskati pri urejanju takšnega ogrevanja?

Obstaja veliko število različnih modifikacij toplotnih črpalk, ki so zasnovane za prostore katerega koli namena in velikosti ter delujejo v različnih pogojih. Oprema je namenjena ogrevanju hiš s skupno površino od 50 do 150 kvadratnih metrov.

Navodilo št. 1 - trdota vode

Kakovost vode v vodnjaku ali rezervoarju igra pomembno vlogo pri izbiri opreme. Vsi modeli ne morejo delovati s trdo vodo, ki vsebuje velike količine mangana in železa.

Visoka koncentracija teh elementov škoduje sistemu - na ceveh se hitreje tvori korozija, kar vodi do zmanjšanja učinkovitosti opreme in njene življenjske dobe.

Zato pred nakupom toplotne črpalke vzemite vzorec vode in ga analizirajte na prisotnost teh in drugih elementov v sledovih - vodikovega sulfida, amoniaka, klora itd. Običajno, če temperatura v ribniku preseže +13 stopinj, obstaja velika verjetnost, da je v vodi veliko železovih in manganovih ionov.

Tako je toplotna črpalka voda voda izbrana glede na trdoto vode. Obstajajo sistemi, katerih elementi so maksimalno zaščiteni pred korozijo, vendar so dražji.

Navodilo št. 2 - način delovanja

Toplotno črpalko lahko uporabljate kot edini vir toplote ali v povezavi z drugimi sistemi. Zato je pred izbiro modela pomembno določiti, v katerem načinu bo naprava delovala.

Obstajata dve vrsti delovanja sistema:

• Monovalentna. Naprave imajo veliko moč in so primerne za ogrevanje stanovanja.
• Bivalenten. Manj učinkovite naprave dopolnjujejo glavno ogrevalno opremo.

Za izgradnjo avtonomnega sistema z glavno grelno enoto voda-voda potrebujete monovalentni tip.

Navodilo št. 3 - moč črpalke

Moč je pomemben pokazatelj pri izbiri toplotne črpalke, saj je od nje odvisna zmogljivost sistema. Večja kot je moč, večja je učinkovitost opreme, vendar večja je poraba energije.

Zmogljivost toplotne črpalke voda-voda je izbrana glede na dejanske potrebe

Če izberete napravo z nezadostno močjo, se učinkovitost sistema zmanjša, če toplotne izgube v hiši presežejo količino energije, ki jo dobavlja sistem.Toplotna črpalka lahko deluje 24 ur na dan, vendar ne bo imela učinka zaradi padca temperature vode.

Kadar so toplotne izgube stavbe manjše od toplotne prehodnosti sistema, se črpalka običajno samodejno zažene za nekaj minut, segreje vodo na nastavljeno temperaturo in jo transportira po sistemu. Nato se izklopi, dokler temperatura ne pade za nekaj stopinj. Nato se cikel ponovi.

Navodilo št. 4 - funkcionalnost določenega modela

Toplotne črpalke imajo lahko dodatne funkcije, to so:

• Samodejni krmilni sistem, ki vam bo omogočil prilagoditev mikroklime prostora po vašem okusu. Upravljanje se običajno izvaja z daljinskim upravljalnikom.
• Funkcija ogrevanja vode za oskrbo s toplo vodo.
• Zvočno izolirano ohišje.
• Možnost priključitve na druge ogrevalne sisteme, sončne kolektorje, zaradi česar bo ogrevalna oprema popolnoma avtonomna.

Življenjska doba toplotnih črpalk voda voda običajno presega 30 let.

Enako pomemben pri izbiri opreme je strošek namestitve in montaže.

Izračun potrebne moči toplotne črpalke

Pred nakupom sistema je pomembno najprej pripraviti projekt in izračunati potrebno moč opreme. Produktivnost se izračuna ob upoštevanju dejanskih potreb po toplotni energiji. Upoštevajo se poraba toplote, toplotne izgube doma in prisotnost ali odsotnost tokokroga STV.

Algoritem izračuna:

1. Izračunamo skupno površino ogrevanih prostorov.
2. Določimo potrebno količino energije za ogrevanje. Optimalni indikator na 1 kvadratni meter je 0,07 kW.
3. Za ogrevanje hiše velikosti N kvadratnih metrov boste potrebovali N*0,07 kW.
4. Za STV dobljenemu številu dodamo dodatnih 15-20 %, to je N*0,07*0,85 ali N*0,07*0,80.

Ta izračun bo optimalen za prostore, katerih stropi ne presegajo višine 2,7 m, natančnejše izračune bodo opravili strokovnjaki med pripravo projekta.

Pripravljalna dela pred operacijo

Priprava na montažo, priključitev in zagon toplotne črpalke iz serije voda-voda obsega vrsto standardnih korakov, s katerimi se bomo seznanili v nadaljevanju.

Izbira optimalnega vira vode

Vedeti je treba, da ni vsaka odprtokodna oz vodnjak primeren za nemoteno delovanje toplotne črpalke. Kakovost vode igra pomembno vlogo, vendar bodo filtri pomagali rešiti problem kontaminacije.

Dovoljena je uporaba rezervoarja ali ribnika, ki se nahaja v radiju 100 metrov od stavbe. Če takega vira ni, se pojavi potreba po vrtanju vodnjakov.

Izbira vira za toplotno črpalko mora temeljiti na enostavnosti uporabe in stroških uporabe. Če je v bližini odprt rezervoar, ga je pametneje uporabiti

Obnašanje odprtega vira je bolj predvidljivo kot podzemna voda, zato je, če je mogoče, bolje dati prednost rezervoarjem.

Montaža toplotnega sistema z uporabo vodnjaka

Za namestitev sistema s toplotno črpalko boste potrebovali dve vrtini. Eden od vodnjakov se običajno imenuje debet. V to je potopljena posebna črpalka, s pomočjo katere se vzame voda za nadaljnjo obdelavo v sistemu. Drugi vodnjak je sprejemni vodnjak. Vanj se odvaja ohlajena voda.

Odvodni in dovodni vodnjak morata biti med seboj oddaljena vsaj 15 metrov.

Globina debetne vrtine ne sme presegati 50 metrov. Globlji kot je vodni vir, močnejša je črpalka, potrebna za njegovo oskrbo, kar bo povečalo količino porabljene energije.

Izgradnja debetne vrtine

Preden začnete upravljati debetno vrtino, je pomembno ugotoviti, koliko vode lahko proizvede in koliko tekočine je potrebno za ogrevanje celotnega prostora. Višja kot je temperatura vode, manj je bo potrebno za ogrevanje.

Pomembno je predhodno izračunati količino V, ki ga je treba v eni uri izčrpati iz vodnjaka za ogrevanje prostora. Recimo, da obstaja črpalka, katere toplotna moč je enaka določenemu številu Q kW, in poraba energije - na številko p kW. Prav tako boste morali ugotoviti temperaturo podtalnice (t1) in njihovo temperaturo po temperaturna izmenjava (t2).

Potem je formula za izračun količine potrebne količine vode na uro videti takole:

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

Analitično je nemogoče določiti sposobnost debetne vrtine, da proizvede zahtevano količino vode, zato se testira. Črpalka 3 dni neprekinjeno črpa vodo iz vodnjaka. Na ta način se preveri tudi sposobnost sprejemnega vodnjaka, da sprejme zahtevano količino vode pri visoki obremenitvi.

Pomembno je razumeti, da se podzemna voda obnaša nepredvidljivo, zato se lahko količina vode iz debitnega vodnjaka sčasoma zmanjša. Na primer, spomladi so visoke plime, pozimi pa se voda, nasprotno, zmanjša. Če v vrtini ni dovolj vode, se sistem samodejno izklopi in do ogrevanja ne pride.

Značilnosti sprejemne vrtine

Sprejemni cevni vodnjak se nahaja dolvodno od podzemne vode. Analitično je nemogoče ugotoviti, v katero smer se giblje voda. Zato se v praksi kot debetna vrtina izbere poljubna vrtina in vanjo spusti potopni črpalka.

Če nivo vode med delovanjem sistema ne pade, potem je bila izbira pravilna.Če je nivo padel in je temperatura vode padla, je treba spremeniti položaje vodnjakov - premakniti potopni črpalko v drugo luknjo.

Odtočna cev v sprejemni vodnjak mora biti potopljena nekaj centimetrov v vodo, ne da bi dosegla dno. Če odpadno tekočino odlagate od zgoraj, bo prišlo do zamašitve. Cevni vodnjak lahko preneha prejemati vodo in se zamaši.

Posledica grozi prelivanje, pozimi pa možna poledica. Najboljše možnosti za sprejemni vir so reka ali ribnik. Če teh objektov ni v bližini, je treba izvrtati enega ali več sprejemnih vrtin, da se zavarujemo pred prelivanjem.

Na sliki je prikazan primer uporabe ene vrtine kot sprejemne in odjemne

Ali bo vodnjak dobil vodo, je nemogoče ugotoviti ne analitično ne s preizkušanjem. Praksa kaže, da lahko drenažni vodnjak več let neprekinjeno vpija vodo ali pa v eni sezoni popolnoma odpove.

Obstajajo tehnologije, ki vam omogočajo uporabo enega vodnjaka kot debetnega in sprejemnega vodnjaka, vendar ta metoda ni učinkovita - delovanje bodo spremljale težave, možno je znižanje temperature vode, zamašitev in številne druge težave.

Zasnova sistema z uporabo rezervoarja

Izbrani ribnik mora biti dovolj globok, da spodnje plasti vode med hudimi zmrzali ne zamrznejo. V južnih regijah bo optimalna globina približno 1 meter, v severnih regijah bo potreben vir globine 3 metre. Tudi ribnik mora biti stabilen - nihanje nivoja vode in njeno zmanjšanje sta nesprejemljiva.

Do rezervoarja sta dva cevovoda - debetni in sprejemni.V sprejemnem območju je nameščena potopna črpalka

Priporočljivo je uporabljati modele iz HDPE, ki ga odlikujeta vzdržljivost in zanesljivost. Pomembno je, da cevi zaščitimo pred zmrzovanjem z dodatno izolacijo in pred preboji.

Priprava vašega doma za namestitev toplotne črpalke

Za interakcijo s toplotno črpalko voda-voda mora biti hiša opremljena z ogrevalnim sistemom na vodni osnovi, ki je predstavljen v obliki cevi in ​​radiatorskih baterij. Za boljšo izolativnost je dovoljena tudi vgradnja ogrevalnih cevi v tla in stene.

Če se bo oprema uporabljala za oskrbo s toplo vodo, mora hiša imeti zbiralni sistem. Za delovanje črpalke morate biti priključeni na električno omrežje z neomejeno močjo.

Brez dodatnih ukrepov za toplotno izolacijo hiše (izolacija od zunaj, vgradnja dvoprekatnih oken itd.) delovanje toplotne črpalke ni smiselno.

Strokovnjaki priporočajo dodatno namestitev dovodni prezračevalni sistem z mehanizmom za ogrevanje zraka. Freon, ki se uporablja v opremi, je škodljiv za ljudi. Če so v sistemskem vezju mikrofrakture, se bo plin sprostil in s tem izrinil zrak iz prostora. Hladilno sredstvo lahko pri ljudeh povzroči poslabšanje pljučnih bolezni in napade astme.

Toplotna črpalka je težka oprema, njena teža lahko doseže tono (odvisno od moči in velikosti), zato v nekaterih primerih njena namestitev zahteva gradnjo lastnega temelja, ki ni povezan s temeljem koče.

Pred namestitvijo opreme morate upoštevati dovoljene dimenzije prostora in vzdrževati razdaljo do sten, ki je navedena v potnem listu izdelka.

Dodatna oprema

Izbira dodatna oprema za toplotno črpalko - odgovorna naloga, katere rešitev v veliki meri določa dolgoročno življenjsko dobo ogrevalnega sistema kot celote in odsotnost težav pri delovanju.

Potopna črpalka za vodnjake in rezervoarje

Če sistem za oskrbo s toplo vodo uporablja toplotno črpalko, potem lahko naprava z nizko močjo zmanjša tlak v pipah. Močna črpalka bo rešila ta problem, vendar porabi več energije. Najmanjša dovoljena moč med delovanjem FGP - 1 kW.

Obstaja veliko različnih modifikacij potopni črpalke Izbira je narejena ob upoštevanju treh meril, to so:

• Količina tekočineuporablja se za črpanje (več vode je treba transportirati, večja mora biti moč črpalke).
• Globina vodnjaka (globlji kot je vodnjak, večja mora biti moč opreme);
• Premer vodnjaka (tradicionalno so prednostne 4-palčne gredi, ker imajo največje število črpalk, v nasprotju s 3-palčnimi).

Za določitev globine vodnjaka je potrebno na vrv pritrditi utež in jo spustiti v jašek. Mokri del vrvi bo pokazal celotno globino vodnjaka, suhi del bo določil razdaljo od začetka vode do površine.

Črpalka je potopljena v vrtino do globine, ki jo določi proizvajalec naprave. Običajno tehnični potni list navaja, koliko metrov mora biti med vodno površino in črpalko, dnom izkopa in črpalko.

Za rudnike so lahko primerne tako univerzalne črpalke kot oprema, posebej zasnovana za vrtine. Če so rudnik razvili profesionalci, potem je manj zamašen s peskom, zato lahko varno uporabljate univerzalno črpalko.

Črpalke, zasnovane posebej za vodnjake, so dražje, vendar se dobro spopadajo s peskom in umazanijo ter se manj zamašijo. Univerzalni so občutljivi na visoko vsebnost organskih snovi, zato jih je treba redno čistiti umazanije, zaradi česar se njihova življenjska doba skrajša.

Prednost je treba dati črpalkam z avtomatizacijo, saj se v primeru pregrevanja motorja, prekomerne blokade ali pomanjkanja vode v vodnjaku same izklopijo, zaradi česar se motor ne pregreje in ne odpove.

Glede na načelo delovanja obstajata 2 vrsti potopni črpalke:

• Centrifugalni.
• Vibrira.

Za delo v vodnjakih, ki proizvajajo vodo v apnencu, so prednostni centrifugalni globoki modeli. Občutljive so na vodo z zrnci peska in glineno suspenzijo.

Če bo toplotna črpalka priključena na odprti rezervoar, je bolje uporabiti površinsko črpalno opremo za črpanje umazane vode ali poceni vibracijsko napravo.

Vmesni toplotni izmenjevalnik toplotne črpalke

Pri toplotnih črpalkah se lahko freon med kroženjem ne ohladi dovolj dobro, zaradi česar pride do pregretja kompresorja zaradi previsokih izpustnih temperatur. Zato je pomembno izboljšati hlajenje snovi in ​​s tem zmanjšati tlak v tokokrogih.

Obstaja še en problem, ki je skupen vsem toplotnim črpalkam – hladilno sredstvo se lahko meša z vodno paro. Če tekočina vstopi v kompresor, se lahko pojavi vodno kladivo. V tem primeru bo potrebno popravilo ali zamenjava dela. Tudi voda lahko pride v olje in jo je od tam težko odstraniti.

Vse zgoraj opisane težave rešimo z vgradnjo vmesnega toplotnega izmenjevalnika.Obstajajo tri vrste toplotnih izmenjevalnikov - odprti, cevni in tuljava.

Modifikacija odprtega tipa nevtralizira tekočino, ki pride v freon med kroženjem, kar zmanjša verjetnost vodno kladivo kompresor. Napravo odlikuje visoka zmogljivost z minimalno porabo energije.

Pri nameščanju toplotnega izmenjevalnika odprtega tipa je pomembno izbrati pravilno velikost cevovoda za tekočino, da zagotovite minimalno stiskanje tlaka

Pravilno izbrane cevi bodo nevtralizirale možnost vrenja tekočine. V tem primeru mora imeti ventil zadostno pretočnost, da lahko tekočina prodre v napravo pri majhni razliki tlaka.

Toplotni izmenjevalnik lupine in cevi je predstavljen v obliki zaprte strukture. Izmenjava toplote poteka skozi stene cevi, tekočina in hladilno sredstvo v njej pa se ne mešata, za razliko od odprtih, kar zagotavlja visok tlak za kroženje pare in zraka.

Tuljavni izmenjevalnik toplote se odlikuje po prisotnosti regulatorja pretoka, ki nadzoruje pretok tekočega freona. Velikost naprave je neposredno odvisna od moči toplotne črpalke. Izdelek je treba izbrati ob upoštevanju funkcionalnosti in količine, ki je na voljo. Priporočljivo je dati prednost zložljivim modelom.

Filtri toplotne črpalke

Voda iz vodnjakov ali rezervoarjev ne prihaja v čisti obliki. Lahko vsebuje pesek, umazanijo, različne elemente v sledovih - železo, vodikov sulfid, mangan, klor, amoniak itd. Pred vstopom v toplotno črpalko je treba vodo filtrirati.

Najprej je treba odstraniti velike snovi - kamenje, pesek, umazanijo, mulj. Če jih želite odstraniti iz vode, je potrebna namestitev hidrociklon.

Hidrociklon je naprava, ki je potrebna za grobo čiščenje vode.Izbrati ga je treba ob upoštevanju moči črpalke

Nato je pomembno namestiti filtre, ki odstranijo železo, vodikov sulfid, mangan in amoniak. Ti mikroelementi skrajšajo življenjsko dobo opreme in jo izpostavijo koroziji.

Lahko uporabite filtre povratna osmoza, mehčalci, odstranjevalci železa in njihove modifikacije. Za zagotovitev tople pitne vode jo dodatno opremite z ogljikovimi filtri in UV sterilizatorjem, ki uničuje bakterije in viruse.

Električni generator za rezervno napajanje

Toplotne črpalke delujejo iz električnega omrežja, tako da v primeru izpada električne energije hiša ostane brez ogrevanja. Priporočljivo je dodatno kupiti električni generator, ki deluje na vnetljive snovi.

Pomembno je, da lahko električni generator ustvari potrebno moč za delovanje kompresorja črpalke

Značilnosti delovanja takšne toplotne črpalke

Enkrat letno je potrebno opraviti neodvisen vizualni pregled komponent črpalke, upoštevati priporočila za vzdrževanje - pravočasno mazati dele, spremljati pravilno delovanje naprave pri črpanju vode.

Nekatere vrste opreme zahtevajo redne preglede (običajno 1-2 krat letno) s strani strokovnjakov servisnih centrov. Med pregledom se ugotovi naslednje:

• motorno olje pušča skozi razpoke v tokokrogu;
• kakovost pritrditve in povezav;
• raven tlaka v rezervoarjih in tokokrogih;
• napake v napajalni napeljavi.

Montažo toplotne črpalke voda voda naj izvedejo usposobljeni strokovnjaki. Neučinkovitost sistema je najpogosteje posledica njegove nepravilne namestitve. Toplotna oprema je primerna za uporabo tako za prebivalce južne kot severne regije.

Zaključki in uporaben video na to temo

Videoposnetek vas bo seznanil z načelom delovanja in funkcijami naprave:

Posledično lahko sklepamo, da se toplotna črpalka voda-voda šteje za učinkovito okolju prijazno opremo, namenjeno ogrevanju hiš do 150 kvadratnih metrov. Urejanje večje površine lahko zahteva precej zahtevne inženirske raziskave.

Če imate med branjem navedenih informacij kakršna koli vprašanja, jih postavite v spodnjem bloku. Čakamo na vaše komentarje, vprašanja na temo, zgodbe in fotografije o gradnji mini hidroelektrarne z lastnimi rokami. Zanima nas vaše mnenje.