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

Для отопления и обеспечения горячей водой частных домов целесообразно использовать тепловой насос вода-вода, работающий от природных источников – подземных вод, рек, водоемов и т.д. Система отличается абсолютной экологической безопасностью, не требует регулярных затрат на расходные материалы, поэтому становится все более востребованной.

Мы расскажем о вариантах устройства теплового насоса, использующего эко-энергию воды для передачи ее бытовым отопительным системам. Для любознательных домашних мастеров мы описали принципы работы популярных вариантов устройства и технологию сооружения. У нас вы узнаете, какое оборудование потребуется для работы системы.

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.

На схеме изображена траектория циркуляции воды и хладагента. Система позволяет получать тепловую энергию, независимо от сезона

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.

Оборудование теплового насоса занимает немало места, но предоставляет возможность избавиться от коммунальной зависимости

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.

Галерея изображений

Фото из

Суть работы теплового насоса вода-вода

Внутренний блок геотермальной системы

Компактный тепловой насос для частного дома

Экономная схема организации отопления

Полезные рекомендации

На всех этапах строительства дома, начиная с этапа проектирования, надо помнить, что ТН — инерционная система. Ее можно сравнить с массивной русской печью, которую протапливали обычно один раз за сутки во время приготовления пищи. Затем накопленное тепло обогревало жилище до следующего утра.

Стены, сложенные из тяжелых бревен, имеют достаточно высокую степень тепловой инерции. Проще говоря, медленно остывают, когда ночью становится холоднее. Хорошая тепловая инерция у толстых каменных стен, а также у тяжелого бетона или кирпича.

Пенопласт и пенобетон обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Но из-за малого удельного веса имеют невысокую тепловую инерцию. ТН в здании со стенами из таких материалов при резком падении температуры наружного воздуха не всегда сможет успеть «накачать» достаточно тепла извне в отопительную систему «теплый пол».

Также надо учесть другие факторы:

Чтобы уменьшить теплопотери или вовсе не заморозить трубы в магистрали между домом и скважинами или коллектором, необходимо укладывать их на глубину ниже уровня промерзания. В Крыму — достаточно 0,75 метра, а на широте Москвы — минимум 1,5.
Самые большие потери тепла — обычно через окна. Поэтому тройное остекление — вовсе не роскошь, а экономически обоснованное строительное решение. Идеальный вариант — использовать стекла, способные отражать инфракрасные лучи.
В случае применения варианта из 2-х скважин для забора и слива воды расстояние между ними должно быть не менее 20 метров.
Самодельный ТН лучше пробовать сначала в подсобном помещении или гараже. Устройство теплых полов в жилом помещении потребует дополнительных затрат. Угловой камин порядовка узнавайте по ссылке.

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.

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.

Расчет необходимой мощности теплового насоса

Перед покупкой системы важно предварительно составить проект и вычислить необходимую мощность оборудования. Производительность высчитывается с учетом фактических потребностей в тепловой энергии. Берутся во внимание расходы тепла, теплопотери дома и наличие или отсутствие контура ГВС.

Алгоритм расчета:

Вычисляем общую площадь отапливаемых помещений.
Определяемся с необходимым количеством энергии для отопления. Оптимальный показатель на 1 квадратный метр – 0,07 кВт.
Чтобы протопить дом на N квадратных метров, понадобиться N*0,07 кВт.
Для ГВС к полученному числу добавляют дополнительно 15-20%, то есть N*0,07*0,85 или N*0,07*0,80.

Это расчет будет оптимальным для помещений с потолками, не превышающими высоту 2,7 м. Более точные вычисления сделают специалисты во время составления проекта.

Галерея изображений

Фото из

Внутренняя часть теплового насоса вода-вода

Где выгодноя устраивать тепловой насос вода-вода

Эффективное оборудование с экономным расходом энергии

Теплообменник теплового насоса в прихожей

Обзор производителей

Расходы на монтаж с учетом стоимости скважин могут составить от 5 до 10 тысяч долларов. При использовании открытого водоема будет дешевле в 1,5—2 раза.

Производители тепловых насосов делятся на три ценовых категории:

Дешевые китайские. Например, Meeting (КНР), максимальная мощность — 7 кВт, отапливаемая площадь — 50—100 м2, цена — 95200 руб.
Под американским брендом производятся в том же Китае. Например, Mammoth (США/КНР), максимальная мощность — 7,8 кВт, отапливаемая площадь — 50 м2, цена — 261000 руб.
Самые дорогие традиционно — немецкие. Например, Stiebel Eltron (ФРГ), максимальная мощность — 9,9 кВт, отапливаемая площадь — 50 м2, цена — 645000 руб.

Рекомендуется выбрать оператора, предоставляющего весь комплекс услуг:

проектирование;
поставка;
монтаж;
пусконаладочные работы;
сервисное обслуживание.

Цены на разные модели тепловых насосов

тепловой насос

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.

Выбор оптимального источника воды

Следует отметить, что далеко не каждый открытый источник или водяная скважина подойдут для бесперебойного функционирования теплового насоса. Качество воды играет важную роль, но проблему загрязненности помогут решить фильтры.

Допустимо использовать водоем или пруд, расположенный в радиусе 100 метров от постройки. Если подобного источника нет, то возникает необходимость бурения скважин.

Выбор источника для теплового насоса следует ориентировать на простоту и стоимость использования. В случае расположенного рядом открытого водоема разумней использовать его

Поведение открытого источника более предсказуемо, чем грунтовых вод, поэтому при возможности предпочтение лучше отдать водоемам.

Галерея изображений

Фото из

Геотермальная скважина для теплового насоса

Недорогой вариант испарителя теплового насоса

Подключение труб испарителя к теплообменнику

Трубы испарителя подготовлены к осмотру

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.

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.

Контуры отбора тепла

При пользовании ресурсами водоемов могут применяться контуры отбора тепла открытого и закрытого типа:

Конструкции с закрытым контуром устанавливают на дно озера. В техническом плане такой контур – это замкнутая трубчатая петля с циркулирующей внутри жидкостью, которая переносит тепло от озера к теплообменнику.
При эксплуатации открытого варианта теплоприемника вода забирается напрямую из водоема. После того, как жидкость пройдет через теплообменник, происходит ее возврат в озеро.

Главный минус таких систем — обязательная частая профилактика теплообменника и необходимость монтажа дополнительных элементов, фильтрующих воду.

Если источником тепла являются грунтовые воды, то используется система со скважинами либо колодцами. Минимальное количество скважин – 2. Первая скважина служит для подачи воды в теплообменник, который отбирает тепло. Вторая скважина необходима для закачки жидкости назад в грунт. При размещении скважин или колодцев нужно следить за тем, чтобы расстояние между ними было более 15 метров.

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

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.

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:

Обратитесь к любому известному производителю пластинчатых теплообменников, например, Alfa Laval, Kaori, «Анвитэк» и так далее. Можно выйти на официальный сайт бренда.
Заполните форму подбора теплообменника либо созвонитесь с менеджером и закажите подбор агрегата, перечислив параметры сред (антифриз, фреон) – температуру на входе и выходе, тепловую нагрузку.
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:

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.
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.
Разместите и закрепите оба кожухотрубных теплообменника на месте штатного радиатора, медные трубки подпаяйте к соответствующим выводам. «Горячий» теплообменник–конденсатор лучше подключить к сервисным портам.
Установите заводские датчики, измеряющие температуру хладагента. Утеплите голые участки трубок и сами теплообменные устройства.
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.

Устройство грунтового контура

На данном этапе выполняются несложные, но трудоемкие земляные работы и раскладка зондов по скважинам. Последние можно проделать вручную либо пригласить буровую машину. Расстояние между соседними скважинами – не менее 5 м. Дальнейший порядок работ:

Прокопайте между сверлениями неглубокую траншею для укладки подводящих трубопроводов.
В каждое отверстие опустите по 2 петли из полиэтиленовых труб и залейте ямы бетоном.
Сведите магистрали к точке соединения и смонтируйте общий коллектор, используя фитинги ПНД.
Проложенные в земле трубопроводы утеплите и засыпьте грунтом.

Слева на фото – опускание зонда в обсадную пластиковую трубу, справа – прокладка подводок в траншее

Важный момент. Перед бетонированием и засыпкой обязательно проверьте герметичность контура. Например, подключите к коллектору воздушный компрессор, накачайте давление 3—4 Бар и оставьте на несколько часов.

При соединении магистралей ориентируйтесь по схеме, представленной ниже. Отводы с кранами понадобятся при заполнении системы рассолом либо этиленгликолем. Две основные трубы от коллектора подведите к тепловому насосу и подключите к «холодному» теплообменнику–испарителю.

В высших точках обеих водяных контуров обязательно ставятся воздухоотводчики, на схеме условно не показаны

Не забудьте установить насосный агрегат, отвечающий за циркуляцию жидкости, направление течения – навстречу фреону в испарителе. Среды, проходящие через конденсор и испаритель, должны двигаться навстречу друг другу. Как правильно заполнить магистрали «холодной» стороны, смотрите на видео:

Аналогичным образом конденсор подсоединяется к домовой системе теплых полов. Смесительный узел с трехходовым клапаном монтировать необязательно благодаря низкой температуре подачи. Если необходимо объединить ТН с другими источниками тепла (солнечные коллекторы, котлы), используйте буферную емкость на несколько выводов.

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.

Во второй части представленного видео рассказывается, как нужно заполнять систему фреоном марки R22 по давлению и температуре перегрева хладагента:

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.

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.

Преимущества

Экономия электричества. Водяной тепловой насос достаточно экономичное устройство. Ему не требуется столько электроэнергии, как многим бытовым электроприборам. Среднестатистическая модель имеет такой показатель КПД – 1 КВт потребляемого электричества на 5 КВт тепловой энергии.
Установка в любом месте. Отопительная система, в основе которой лежит водяной тепловой насос, устанавливается практически в любом регионе. Монтаж оборудования особо актуален там, где нет газовой магистрали, и существуют сложности с поставкой твердотопливных материалов. Особенностью теплового насоса является то, что он может работать на дизельном генераторе, и обойтись без электричества вполне возможно.Читайте подробнее про Монтаж теплового насоса
Автоматизация. Система работает полностью в автоматическом режиме. Вам не нужно следить за уровнем воды или другими показателями. Все современные модели оснащены блоком управления и защитной автоматикой. Остается лишь выбрать желаемую мощность работы и подобрать оптимальную температуру.
Экологичность и безопасность эксплуатации. Система, где имеется водяной тепловой насос, полностью безопасна для окружающей среды и здоровья людей. Каких-либо вредных выбросов или газов устройство не производит. Оборудование не взрывоопасно, не перегревается и не содержит горючих веществ.
Функция охлаждения. Если вы купите водяной тепловой насос, имеющий систему реверса, то в летнее время года устройство способно выполнять функцию кондиционера и значительно понизить температуру в помещении.
Долговечность и простота в обслуживании. Водяной тепловой насос не прихотлив в обслуживании и при стабильной работе способен прослужить долгие годы. Может потребоваться лишь замена расходных материалов и периодическая профилактика.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик ознакомит с принципом действия и особенностями устройства:

В качестве итогов, можно сделать вывод, что тепловой насос вода-вода считается эффективным экологически безопасным оборудованием, созданным для обогрева домов площадью до 150 кв метров. На обустройство помещения большей площади уже могут понадобится довольно сложные инженерные изыскания.

Если возникли вопросы в ходе ознакомления с представленной информацией, задавайте их, пожалуйста, в блоке, расположенном ниже. Ждем ваших комментариев, вопросов по теме, рассказов и фото о собственноручном сооружении мини-гидроэлектростанции. Нам интересно ваше мнение.

Погружной насос для скважины

Если скважина дает воды намного больше, чем нужно, то это не значит, что насос нужно брать помощнее. Давайте разберемся по порядку.

С одной стороны хорошо, что скважину для теплового насоса можно использовать и для бытовых нужд. Но всегда ли это будет комфортно? Вы открываете кран, из него течет вода с нормальным напором, тут включается насос и происходит резкое падение давления. Сомневаемся, что это кого-то устроит. Первая мысль, заменить насос на более мощный. Но такая конструкция и больше потребляет. Для бытовых нужд погружной насос может в сутки отработать 1-2 часа, а он в разы больше, а может и сутками работать с тепловым насосом, соответственно и потреблять больше. Допустим мы рассчитали, что нам нужен погружной насос определенной модели, удовлетворяющий нас по необходимому объему с учетом глубины скважины и продолжительности магистрали. Потребляет при этом такой насос 500 ватт, а чтобы пользоваться водой для бытовых нужд, требуется замена на насос с мощностью 1 кВт. Такое устройство будет потреблять этот киловатт и при работе только теплового насоса, и при одновременной работе совместно с расходом воды для бытовых нужд. Большее потребление погружным насосом приведет к уменьшению коэффициента преобразования.

Возьмем пример потребления теплового насоса 12 кВт, котороесоставляет около 2,7 кВт

2,7+0,5=3,2

2,7+1,0=3,7

12/3,2=3,75

12/3,7=3,25

В первом случае мы получим больше тепла на киловатт затраченной энергии, чем во втором.

Сделаем еще один расчет. Предположим, что тепловой насос установлен в Краснодаре, где отопительный период длится 149 суток. Возьмем средние теплопотери за отопительный сезон 5 кВт. Рассчитаем количество необходимой тепловой энергии за этот период:

5*24*149=17880 кВт

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

Во втором случае с КОПом 3,25 тепловой насос израсходует 5501 кВт (17880/3,25=5501).

Разница составит: 5501-4768=733 кВт. При цене за киловатт 4 рубля получаем 733*4=2932 рубля. Кто-то скажет, что это немного. Возможно и так, но тепловые насосы бывают разной мощности, теплопотери отличаются и сумма может исчисляться не одним десятком тысяч рублей. Так что такой момент нужно обязательно учитывать.

Недостатки

Цена. Основным недостатком систем с водяным тепловым насосом является их высокая стоимость. Цена на оборудование довольно велика, и стартует от 150 тысяч рублей. Может потребоваться ряд дополнительных затрат на бурение скважин, покупку сопутствующего оборудования и комплектующих элементов. Не стоит забывать про стоимость монтажа системы и её настройку.
Сильные морозы. В регионах, где в зимнее время года, температура воздуха опускается ниже 20 градусов, потребуются дополнительные устройства для обогрева помещения. Водяной тепловой насос не в силах обеспечить теплом большой дом. Конечно, можно приобрести дорогостоящие модели, отличающиеся высокой мощностью, но затраты на их обслуживание будут выше.

Если вы еще не знакомы со статьей моего коллеги «Как приобрести пиломатериалы, чтобы потом не плеваться», то прочесть её можно нажав сюда.

Надеюсь, моя сегодняшняя статья была вам полезна и понятна. Напишите в комментариях, что вы думаете, по поводу водяного теплового насоса и желаете ли установить его у себя дома. Если вы уже пользуетесь подобным устройством, то я буду рад прочитать ваши впечатления о его эксплуатации.