Tepelné čerpadlo voda-voda: zařízení, princip činnosti, pravidla pro uspořádání vytápění na jeho základě

Pro vytápění a zásobování teplou vodou soukromých domů je vhodné používat tepelné čerpadlo voda-voda poháněné přírodními zdroji – podzemní vodou, řekami, nádržemi apod. Systém je absolutně bezpečný pro životní prostředí a nevyžaduje pravidelné náklady na spotřební materiál, a proto je stále žádanější.

Budeme hovořit o možnostech tepelného čerpadla, které využívá ekoenergii z vody k jejímu přenosu do topných systémů domácností. Pro zvídavé domácí kutily jsme popsali principy fungování oblíbených možností zařízení a konstrukční technologie. Zde zjistíte, jaké vybavení je potřeba pro provoz systému.

Princip činnosti tepelného čerpadla voda-voda

Tepelné čerpadlo ztělesňuje princip Carnotova cyklu.Spočívá v tom, že látka pohybující se uzavřeným systémem a měnící svůj stav agregace z kapalného na plynný pod vlivem chemických, fyzikálních nebo tepelných faktorů uvolňuje a absorbuje obrovské množství tepelné energie.

Pracovní látkou je tepelný nosič – voda ze studny nebo vodojemu.

I v zimě si přírodní prameny v určité hloubce udržují kladnou teplotu, takže se z nich dá čerpat tepelná energie po celý rok. Jedinou nevýhodou instalace je vysoká spotřeba energie a nutnost dokoupení zařízení.

Diagram ukazuje cestu cirkulace vody a chladiva. Systém umožňuje přijímat tepelnou energii bez ohledu na roční období

Hlavní prvky tepelného čerpadla voda-voda:

• kompresor;
• výparník;
• kondenzátor;
• expanzní indukční ventil;
• automatický systém, který monitoruje indikátory;
• více řad měděných trubek;
• pracovní látka (chladivo).

Pomocí speciálního čerpadla proudí voda trubkami ze zdroje do topné jednotky, poté interaguje s plynem (freonem), který se vaří při teplotě +2-3 stupňů. Freon absorbuje část tepla z vody a je nasáván do kompresoru, kde jeho teplota stoupá při kompresi.

Zařízení tepelného čerpadla zabírá hodně místa, ale poskytuje příležitost zbavit se závislosti na užitkovém

Dále chladivo vstupuje do kondenzátoru, po kterém horká látka ohřívá vodu na danou teplotu (od +40 do +80 stupňů), která je přepravována potrubím topného systému.

Ochlazená voda vstupuje do výparníku a poté odtéká do přijímací studny.Po průchodu kondenzátorem se chladivo stává kapalným a shromažďuje se ve spodní části vložky, poté se vrací přes škrticí klapku na své původní místo. Poté se cyklus opakuje.

Na co si dát při zařizování takového vytápění pozor?

Existuje velké množství různých modifikací tepelných čerpadel určených pro prostory libovolného účelu a velikosti, stejně jako provoz v různých podmínkách. Zařízení je určeno pro vytápění domů o celkové ploše 50 až 150 metrů čtverečních.

Směrnice č. 1 - tvrdost vody

Kvalita vody studny nebo nádrže hraje důležitou roli při výběru zařízení. Ne všechny modely jsou schopny pracovat s tvrdou vodou obsahující velké množství manganu a železa.

Vysoká koncentrace těchto prvků systému škodí - na potrubí se rychleji tvoří koroze, což vede ke snížení účinnosti zařízení a jeho životnosti.

Proto před pořízením tepelného čerpadla vezměte vzorek vody a analyzovat jej na přítomnost těchto a dalších stopových prvků - sirovodík, amoniak, chlór atd. Obvykle, pokud teplota v jezírku překročí +13 stupňů, pak je vysoká pravděpodobnost, že ve vodě je hodně iontů železa a manganu.

Tepelné čerpadlo voda-voda se tedy volí s ohledem na tvrdost vody. Existují systémy, jejichž prvky jsou maximálně chráněny před korozí, ale jsou dražší.

Směrnice č. 2 - provozní režim

Tepelné čerpadlo lze použít jako jediný zdroj tepla nebo ve spojení s jinými systémy. Proto je před výběrem modelu důležité určit, v jakém režimu bude zařízení fungovat.

Existují dva typy provozu systému:

• Jednomocný. Přístroje mají velký výkon a jsou vhodné pro vytápění domácnosti.
• Bivalentní. Méně účinná zařízení doplňují hlavní topná zařízení.

Pro vybudování autonomního systému s hlavní topnou jednotkou voda-voda potřebujete monovalentní typ.

Směrnice č. 3 - výkon čerpadla

Výkon je důležitým ukazatelem při výběru tepelného čerpadla, protože na něm závisí výkon systému. Čím vyšší výkon, tím vyšší účinnost zařízení, ale vyšší spotřeba energie.

Výkon tepelného čerpadla voda-voda se volí na základě skutečných potřeb

Pokud zvolíte zařízení s nedostatečným výkonem, účinnost systému se sníží, pokud tepelné ztráty v domě překročí množství energie dodané systémem.Tepelné čerpadlo může pracovat nepřetržitě, ale kvůli poklesu teploty vody to nebude mít žádný účinek.

Když je tepelná ztráta budovy nižší než přenos tepla systémem, čerpadlo se obvykle automaticky na několik minut spustí, ohřeje vodu na nastavenou teplotu a dopraví ji systémem. Poté se vypne, dokud teplota neklesne o několik stupňů. Poté se cyklus opakuje.

Směrnice č. 4 - funkčnost konkrétního modelu

Tepelná čerpadla mohou mít další funkce, jako jsou:

• Automatický řídicí systém, který vám umožní upravit mikroklima místnosti podle vašeho vkusu. Ovládání se obvykle provádí pomocí dálkového ovladače.
• Funkce ohřevu vody pro dodávku teplé vody.
• Zvukově izolační pouzdro.
• Možnost napojení na další topné systémy, solární kolektory, které učiní topné zařízení zcela autonomní.

Životnost tepelných čerpadel voda-voda běžně přesahuje 30 let.

Neméně důležité při výběru zařízení jsou náklady na instalaci a montáž.

Výpočet požadovaného výkonu tepelného čerpadla

Před nákupem systému je důležité nejprve vypracovat projekt a vypočítat požadovaný výkon zařízení. Produktivita je vypočítána s přihlédnutím ke skutečné potřebě tepelné energie. Zohledňuje se spotřeba tepla, tepelné ztráty v domácnosti a přítomnost nebo nepřítomnost okruhu TUV.

Algoritmus výpočtu:

1. Vypočítáme celkovou plochu vytápěných prostor.
2. Určíme potřebné množství energie na vytápění. Optimální ukazatel na 1 metr čtvereční je 0,07 kW.
3. K vytápění domu o velikosti N metrů čtverečních budete potřebovat N*0,07 kW.
4. Pro TUV k výslednému číslu se přidá dalších 15-20 %, to znamená N*0,07*0,85 nebo N*0,07*0,80.

Tento výpočet bude optimální pro místnosti se stropy nepřesahujícími výšku 2,7 m. Přesnější výpočty provedou specialisté při přípravě projektu.

Přípravné práce před provozem

Příprava na montáž, připojení a zprovoznění tepelného čerpadla z řady voda-voda zahrnuje řadu standardních kroků, se kterými se seznámíme později.

Výběr optimálního zdroje vody

Nutno podotknout, že ne každý open source resp studna vhodné pro nepřetržitý provoz tepelného čerpadla. Kvalita vody hraje důležitou roli, ale filtry pomohou vyřešit problém s kontaminací.

Je přípustné používat nádrž nebo rybník umístěný v okruhu 100 metrů od objektu. Pokud takový zdroj neexistuje, vyvstává potřeba vrtat studny.

Výběr zdroje pro tepelné čerpadlo by měl vycházet z jednoduchosti použití a nákladů na používání. Pokud je poblíž otevřená nádrž, je rozumnější ji použít

Chování otevřeného zdroje je předvídatelnější než podzemní voda, takže pokud je to možné, je lepší dát přednost nádržím.

Instalace tepelného systému pomocí studny

Pro instalaci systému pomocí tepelného čerpadla budete potřebovat dvě studny. Jeden z vrtů se obvykle nazývá debetní. Právě do toho je ponořeno speciální čerpadlo, pomocí kterého se odebírá voda pro následné zpracování v systému. Druhá studna je přijímací studna. Do ní se odvádí ochlazená voda.

Odtokové a přívodní jímky musí být umístěny ve vzdálenosti nejméně 15 metrů od sebe.

Hloubka debetní studny by neměla přesáhnout 50 metrů. Čím hlouběji je zdroj vody, tím výkonnější čerpadlo potřebuje k jeho zásobování, což zvýší množství spotřebované energie.

Výstavba debetní studny

Před zahájením provozu debetní studny je důležité zjistit, kolik vody dokáže vyrobit a kolik kapaliny je potřeba k zajištění tepla pro celou místnost. Čím vyšší je teplota vody, tím méně bude potřeba na vytápění.

Je důležité předem vypočítat objem PROTI, který je nutné do hodiny odčerpat ze studny, aby se místnost vytopila. Řekněme, že existuje čerpadlo, jehož tepelný výkon se rovná určitému číslu Q kW a příkon - k číslu P kW. Budete také muset zjistit teplotu spodní vody (t1) a jejich teplota po výměna teploty (t2).

Potom vzorec pro výpočet objemu požadovaného množství vody za hodinu vypadá takto:

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

Stanovit schopnost debetní studny produkovat požadovaný objem vody je analyticky nemožné, proto se testuje. Po dobu 3 dnů čerpadlo nepřetržitě čerpá vodu ze studny. Tímto způsobem se také kontroluje jímací studna na schopnost přijímat potřebné množství vody při vysokém zatížení.

Je důležité pochopit, že podzemní voda se chová nepředvídatelně, takže množství vody z debetní studny se může časem zmenšit. Například na jaře jsou přílivy, ale v zimě naopak vody ubývá. Pokud není ve studni dostatek vody, systém se automaticky vypne a k vytápění nedochází.

Vlastnosti přijímací studny

Přijímací trubková studna je umístěna po proudu podzemní vody. Analyticky není možné určit, kterým směrem se voda pohybuje. Proto se v praxi vybere libovolný vrt jako debetní vrt a spustí se do něj ponorný čerpadlo.

Pokud hladina vody během provozu systému neklesne, byla volba provedena správně.Pokud hladina klesla a teplota vody klesla, pak je nutné změnit polohy vrtů - přesunout ponorný pumpujte do jiné díry.

Odtokové potrubí do přijímací studny musí být ponořeno několik centimetrů do vody, aniž by sahalo na dno. Pokud vypustíte odpadní kapalinu shora, povede to k podmáčení. Trubková jímka může přestat přijímat vodu a ucpat se.

Výsledkem hrozí přelití a v zimě možná námraza. Nejlepšími možnostmi pro přijímací zdroj jsou řeka nebo rybník. Pokud se tyto objekty nenacházejí v blízkosti, je potřeba vyvrtat jednu nebo více přijímacích studní, aby se zajistilo proti přetečení.

Obrázek ukazuje příklad použití jedné studny jako přijímací a debetní studny

Není možné zjistit, zda studna bude přijímat vodu analyticky nebo testem. Praxe ukazuje, že drenážní studna může nepřetržitě absorbovat vodu po mnoho let nebo může zcela selhat během jedné sezóny.

Existují technologie, které umožňují používat jednu studnu jako debetní a přijímací, ale tato metoda není účinná - provoz bude provázet potíže, pokles teploty vody, zamokření a řada dalších problémů.

Návrh systému s využitím rezervoáru

Vybrané jezírko musí být dostatečně hluboké, aby spodní vrstvy vody při velkých mrazech nezamrzly. V jižních oblastech bude optimální hloubka přibližně 1 metr, v severních oblastech bude vyžadován zdroj s hloubkou 3 metry. Také jezírko musí být stabilní – kolísání hladiny a její pokles jsou nepřijatelné.

Do vodojemu vedou dvě potrubí – debetní a přijímací.V přijímacím prostoru je instalováno ponorné čerpadlo

Doporučuje se používat modely vyrobené z HDPE, vyznačující se odolností a spolehlivostí. Je důležité chránit potrubí před zamrznutím dodatečnou izolací a před průrazy.

Příprava vašeho domu na instalaci tepelného čerpadla

Pro interakci s tepelným čerpadlem voda-voda musí být dům vybaven systémem vytápění na bázi vody ve formě trubek a radiátorových baterií. Pro lepší izolaci je také přípustné instalovat topné trubky do podlahy a stěn.

Pokud bude zařízení sloužit k zásobování teplou vodou, pak dům musí mít sběrný systém. Pro provoz čerpadla je potřeba připojení k elektrické síti s neomezeným výkonem.

Bez dalších opatření pro tepelnou izolaci domu (izolace z venku, montáž dvoukomorových oken apod.) provozování tepelného čerpadla nedává smysl.

Odborníci doporučují dodatečnou instalaci přívod ventilačního systému s mechanismem ohřevu vzduchu. Freon použitý v zařízení je pro člověka škodlivý. Pokud v okruhu systému existují mikrofraktury, plyn se uvolní a tím vytlačí vzduch z místnosti. Chladivo může u lidí způsobit exacerbaci plicních onemocnění a astmatické záchvaty.

Tepelné čerpadlo je těžké zařízení, jeho hmotnost může dosahovat až tuny (záleží na výkonu a velikosti), takže v některých případech jeho instalace vyžaduje vybudování vlastního základu, nespojeného se základem chaty.

Před instalací zařízení je třeba vzít v úvahu přípustné rozměry místnosti a zachovat vzdálenost od stěn specifikovanou v pasu produktu.

Volitelná výbava

Výběr přídavné zařízení pro tepelné čerpadlo - odpovědný úkol, jehož řešení do značné míry určuje dlouhodobou životnost topného systému jako celku a absenci problémů v provozu.

Ponorný čerpadlo pro studny a nádrže

Pokud systém používá k zásobování teplou vodou tepelné čerpadlo, pak zařízení s nízkým výkonem může snížit tlak v kohoutcích. Výkonné čerpadlo tento problém vyřeší, ale spotřebuje více energie. Minimální přípustný výkon během provozu FGP - 1 kW.

Existuje mnoho různých modifikací ponorný čerpadla Výběr se provádí na základě tří kritérií, kterými jsou:

• Kapalné množstvíslouží k čerpání (čím více vody musí být dopravováno, tím vyšší musí být výkon čerpadla).
• Hloubka studny (čím hlubší je studna, tím větší by měl být výkon zařízení);
• Průměr studny (tradičně jsou preferovány 4palcové hřídele, protože mají největší počet čerpadel, na rozdíl od 3palcových).

Pro určení hloubky studny je nutné připevnit závaží na lano a spustit jej do šachty. Mokrá část lana bude udávat celou hloubku studny, suchá část určí vzdálenost od začátku vody k povrchu.

Čerpadlo je ponořeno do vrtu do hloubky stanovené výrobcem zařízení. Obvykle technický pas uvádí, kolik metrů by mělo být mezi vodní hladinou a čerpadlem, dnem výkopu a čerpadlem

Pro doly mohou být vhodná jak univerzální čerpadla, tak zařízení speciálně určená pro studny. Pokud byl důl vyvinut profesionály, pak se méně zanáší pískem, takže můžete bezpečně použít univerzální čerpadlo.

Čerpadla určená přímo pro studny jsou dražší, ale dobře si poradí s pískem a nečistotami a méně se zanášejí. Univerzální jsou citlivé na vysoký obsah organických látek, je nutné je pravidelně čistit od nečistot, čímž se snižuje jejich životnost.

Přednost by měla být dána čerpadlům s automatizací, protože pokud se motor přehřeje, dojde k nadměrnému zablokování nebo ve studni není žádná voda, sama se vypnou, v důsledku čehož se motor nepřehřívá a selhává.

Na základě principu fungování existují 2 typy ponorný čerpadla:

• Odstředivý.
• Vibrační.

Pro práci ve studních produkujících vodu ve vápenci jsou vhodnější odstředivé hluboké modely. Jsou citlivé na vodu se zrnky písku a jílové suspenze.

Pokud bude tepelné čerpadlo připojeno k otevřené nádrži, je lepší použít povrchové čerpací zařízení určené pro čerpání špinavé vody nebo levné vibrační zařízení.

Mezivýměník tepelného čerpadla

U tepelných čerpadel nemusí být freon během cirkulace dostatečně chlazen, což způsobí přehřátí kompresoru v důsledku příliš vysokých teplot na výtlaku. Proto je důležité zlepšit chlazení látky, a tím snížit tlak v okruzích.

Je zde ještě jeden problém, který je společný všem tepelným čerpadlům – chladivo se může mísit s vodní párou. Pokud se do kompresoru dostane kapalina, může k tomu dojít vodní kladivo. V tomto případě bude nutná oprava nebo výměna dílu. Do oleje se také může dostat voda a je těžké ji odtud odstranit.

Všechny výše popsané problémy jsou vyřešeny instalací mezivýměníku tepla.Existují tři typy výměníků tepla – otevřený typ, trubkový a spirálový.

Modifikace otevřeného typu neutralizuje kapalinu, která se dostane do freonu během cirkulace, což minimalizuje pravděpodobnost vodní kladivo kompresor. Zařízení se vyznačuje vysokým výkonem s minimální spotřebou energie.

Při instalaci výměníku tepla otevřeného typu je důležité zvolit správnou velikost potrubí kapaliny, aby byla zajištěna minimální tlaková komprese

Správně zvolené potrubí neutralizuje možnost varu kapaliny. V tomto případě musí mít ventil dostatečnou průchodnost, aby kapalina mohla proniknout do zařízení při nízkém tlakovém rozdílu.

Plášťový výměník tepla je prezentován ve formě uzavřené konstrukce. K výměně tepla dochází přes stěny potrubí a kapalina a chladivo se v něm nemísí, na rozdíl od otevřených, což zajišťuje vysoký tlak pro cirkulaci páry a vzduchu.

Spirálový výměník tepla se vyznačuje přítomností regulátoru průtoku, který řídí průtok kapalného freonu. Velikost zařízení přímo závisí na výkonu tepelného čerpadla. Je nutné vybrat produkt s ohledem na funkčnost a dostupné množství. Je vhodné dát přednost skládacím modelům.

Filtry tepelných čerpadel

Voda ze studní nebo nádrží nepřichází v čisté formě. Může obsahovat písek, nečistoty, různé stopové prvky – železo, sirovodík, mangan, chlór, čpavek atd. Před vstupem do tepelného čerpadla je nutné vodu přefiltrovat.

Nejprve je nutné odstranit velké látky - kameny, písek, nečistoty, bahno. K jejich odstranění z vody je nutná instalace hydrocyklon.

Hydrocyklon je zařízení potřebné pro čištění hrubé vody.Musí být zvolen s ohledem na výkon čerpadla

Dále je důležité nainstalovat filtry, které eliminují železo, sirovodík, mangan a čpavek. Tyto mikroprvky zkracují životnost zařízení a vystavují je korozi.

Můžete použít filtry reverzní osmóza, změkčovadla, odstraňovače železa a jejich modifikace. Pro zajištění pitné teplé vody byste ji měli dodatečně vybavit uhlíkovými filtry a UV sterilizátorem, který ničí bakterie a viry.

Elektrický generátor pro záložní napájení

Tepelná čerpadla fungují z elektrické sítě, takže pokud dojde k výpadku proudu, dům zůstane bez vytápění. Je vhodné dodatečně zakoupit elektrický generátor, který běží na hořlavé látky.

Je důležité, aby elektrický generátor mohl generovat potřebnou energii pro provoz kompresoru čerpadla

Vlastnosti provozu takového tepelného čerpadla

Jednou ročně je nutné provést nezávislou vizuální kontrolu součástí čerpadla, dodržovat doporučení pro údržbu - včas promazat díly, sledovat správný chod zařízení při čerpání vody.

Některé typy zařízení vyžadují pravidelnou kontrolu (obvykle 1-2x ročně) odborníky servisního střediska. Během kontroly se zjistí následující:

• motorový olej uniká trhlinami v okruhu;
• kvalita upevnění a spojů;
• úroveň tlaku v nádržích a okruzích;
• poruchy v elektrickém vedení.

Instalaci tepelného čerpadla voda-voda by měli provádět vyškolení odborníci. Neefektivnost systému je nejčastěji způsobena jeho nesprávnou instalací. Tepelné zařízení je vhodné pro použití jak obyvateli jižních, tak severních regionů.

Závěry a užitečné video k tématu

Video vám představí princip fungování a vlastnosti zařízení:

Ve výsledku můžeme konstatovat, že tepelné čerpadlo voda-voda je považováno za efektivní ekologické zařízení určené k vytápění domů do 150 metrů čtverečních. Uspořádání větší plochy může vyžadovat poměrně složité inženýrské průzkumy.

Máte-li při čtení uvedených informací nějaké dotazy, zeptejte se je prosím v bloku níže. Čekáme na vaše komentáře, otázky k tématu, příběhy a fotografie o výstavbě mini-vodní elektrárny vlastními rukama. Váš názor nás zajímá.