Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Тепловой насос вода-вода представляет собой механизм, собирающий низкопотенциальную энергию подземных и грунтовых вод, и преобразующий её в тепло. Работа этой схемы основывается на том, что температура подземных и грунтовых вод постоянно находится на одном уровне. Эффективность установки достаточно высокая, но и цена немаленькая. В то же время есть немало примеров, когда тепловые насосы типа вода-вода собираются людьми самостоятельно. Это позволяет существенно сэкономить. Тепловые насосы этого типа наилучшим образом подходят для отопления дома среди прочих низкопотенциальных возобновляемых источников энергии. Они имеют самый высокий КПД и производительность. Подобные установки могут применяться для обогрева как частного дома, так промышленных помещений круглый год. Насос называется вода-вода, поскольку его конструкция предусматривает передачу тепла от подземных или грунтовых вод жидкому теплоносителю.

 

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Тепловой насос типа вода-вода имеет в основе своей работы преобразование низкопотенциальной энергии воды в тепло. Помимо основных элементов системы, отвечающих за преобразование энергии, есть ещё дополнительное оборудование, обеспечивающее обогрев помещений.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Давайте рассмотрим основные этапы работы теплового насоса вода-вода. На дне водоёма находится первичный теплообменник. Этот контур расположен на глубине не менее 3 метров. На таком уровне вода сохраняет положительную температуру и не замерзает даже зимой.

Во время циркуляции хладагент нагревается до температуры воды (около 6─8 градусов) и подаётся в контур теплового насоса. Есть разновидность таких систем, в которых используется скважина. При такой схеме вода берётся из одной скважины, а возвращается скважину, находящуюся неподалёку.

Антифриз здесь не используется, а через теплообменник перекачивается вода и отдаёт тепловую энергии при непосредственном контакте.

В тепловом насосе вода-вода имеются две основных зоны, испаритель и конденсатор. В испарителе хладагент переходит в газообразное состояние и поглощает низкопотенциальную энергию воды.

Далее он в виде газа поступает в компрессор. В нём низкопотенциальная энергия переходит в тепло, с помощью которого нагревается теплоноситель.

В компрессоре под давлением хладагент разогревается и переходит во второй контур, называемый конденсатором.

При испарении хладагент поглотил тепло, которое в конденсаторе он отдаёт. Выделяется энергия и температура поднимается до 40─70 градусов Цельсия. Для перевода фреона из газообразного в жидкое состояние используется конденсатор. На стенках накопительной ёмкости происходит конденсация хладагента. Эта ёмкость подключена к системе отопления, благодаря чему нагревается вода для ГВС и отопления.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Первичный теплообменник в водоёме рядом с домом

Тепловой насос вода-вода работоспособен круглый год, поскольку водоёмы не замерзают полностью. Лёд образуется лишь на поверхности и создаёт теплоизоляцию для слоя воды. Так, что тепловые насосы этого типа вполне могут использоваться даже в северных регионах России.

Вернуться к содержанию
 

Предварительный расчёт теплового насоса

Перед тем как изготовить насос типа вода-вода, проводится расчёт проекта и определяется необходимая мощность оборудования.

Ведь такой проект в каждом конкретном случае будет отличаться исполнением. При расчёте должны быть учтены потери тепла зданием, контур горячего водоснабжения, дополнительный расходы тепловой энергии и т.

п. Всё это можно сделать только индивидуально в каждом конкретном случае.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Скважина для теплового насоса

Примерный расчёт теплового насоса вода-вода можно выполнить самостоятельно. Как это сделать? Для начала нужно подсчитать площадь помещения, которое вы собираетесь отапливать.

Связь между площадью и требуемым количеством тепла описывается соотношение: на 10 квадратных метров требуется 0,7 киловатт тепловой энергии. Нетрудно подсчитать, что дом площадью 100 квадратных метров потребует установки мощностью 7 киловатт.

Если помимо отопления, насос у вас будет обеспечивать ещё и горячее водоснабжение, то к полученной цифре нужно добавить запас примерно 20 процентов.

Вышеописанная формула расчёта справедлива для домов со средней степенью теплоизоляции. Высота потолков в помещениях до 2,7 метра. Более точный и окончательный расчёт насоса вода-вода выполняется специалистами, которые будут изготавливать и монтировать оборудование. В нём они учитывают все дополнительные нюансы.
Вернуться к содержанию
 

Монтаж

Стоит отметить, что от грамотного монтажа оборудования во многом будет зависеть КПД теплового насоса.

Основная проблема заключается в корректной укладке контура в артезианской скважине или на дне водоёма, если таковой имеется рядом с домом. Есть примеры, когда для этого первичного контура создаётся искусственный водоём.

При проведении монтажа насоса типа вода-вода нужно помнить о выполнении ряда требований. Они изложены далее:

  • Если вы используете открытый водоём, то он должен быть расположен не далее ста метров от дома или производственного помещения. Минимальная глубина водоёма должна быть не менее 3 метров. В противном случае он может промёрзнуть. Причём площади на дне водоёма должно хватить для размещения там коллектора целиком;
  • Коллектор тоже должен быть сделан по правилам. Его метраж определяется из расчёта: 1 погонный метр – это 30 ватт тепловой энергии. Для примера, который рассматривался выше (дом 100 квадратных метров), тепловой насос мощностью 7 киловатт требует примерно 250 метров трубопровода. Укладывается труба кольцами или в форме змейки;
  • В случае артезианской скважины тепловая энергия передаётся посредством забора из неё воды, а не циркуляции антифриза. К таким заборным колодцам также предъявляется ряд требования, чтобы не происходило изменений давления в слоях грунта. Для отвода воды должна быть обязательно сделана сливная скважина и расстояние до неё от колодца должно быть как минимум 20 метров;
  • Качество воды оказывает непосредственное воздействие на срок службы теплового насоса вода-вода. Поэтому нужно в обязательном порядке устанавливать систему фильтрации.

Конструкция насоса для отопления помещений типа вода-вода во многом похожа на геотермальные установки.

Отличия заключаются в том, что тепловая энергия в случае насоса берётся из внешнего контура в водоёме или скважине. Бывают варианты с забором воды и пропусканием её (а не антифриза) через испаритель.

Стоит отметить, что установки вода-вода хорошо показали себя в средней полосе России, где водоёмы не промерзают полностью.

Вернуться к содержанию
 

Что учесть при выборе? Производители и цены

Что обычно учитывается при выборе ТН типа вода-вода?

  • Производительность;
  • Фирма-производитель;
  • Цена оборудования и монтажа.

Кроме того, следует обратить внимание ещё на ряд возможностей насоса.

  • Наличие функции подогрева воды для ГВС. Стоит обратить на это внимание, поскольку горячее водоснабжение присутствует далеко не во всех моделях тепловых насосов;
  • Ещё одна важная функция – это возможность управления отоплением в автоматическом режиме. Это позволяет сделать управление более комфортным. Для этого в системе устанавливается контроллер. В современных системах управление может выполняться с пульта дистанционного управления или смартфона;
  • При расчёте, изготовлении и установке тепловых насосов вода-вода не обойтись без помощи специалистов. Но основы всего этого вам лучше знать, чтобы понимать, что вам предлагают фирмы-производители.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Коллектор для погружения в водоём

У разных производителей тепловых насосов вода-вода могут существенно отличаться такие показатели, как срок службы, производительность, коэффициент СОР и т. п. Поэтому выбор фирмы-изготовителя следует уделить самое серьёзное внимание.

Ниже приводятся некоторые наиболее популярные компании, занимающиеся выпуском тепловых насосов:

  • Фирма из Германии, занимающаяся выпуском установок geoTHERM для горячего водоснабжения и отопления. Модели этой компании отличаются высокими коэффициентами СОР. Их можно использовать в жилых и производственных помещениях. Температура теплоносителя на выходе обеспечивается примерно 55─65 градусов Цельсия. Модельный ряд Vaillant geoTHERM изготавливается с качественной звукоизоляцией. То есть, оборудование можно установить прямо в жилом помещении;
  • Этот производитель из Швеции специализируется на выпуске отопительного оборудования. Причём всё это оборудование функционирует на базе возобновляемой энергии. Они выпускают качественное, экономичное и производительное оборудование, которое хорошо встраивается в имеющиеся системы отопления. В частности, его можно подключить к солнечным коллекторам. Nibe выпускают и их тоже. В результате предлагаются автономные системы отопления только с использованием альтернативной энергии;
  • Эта фирма из США появилась на российском рынке примерно 10 лет назад. Основное направление деятельности – это проектирование, производство и установка климатических установок. Это тепловые насосы, которые используют тепловую энергию воздуха, воды, земли и солнца. Модели линейки Mammoth три в одном совмещают такие функции, как охлаждение и нагрев воздуха в помещении, а также обеспечение горячего водоснабжения. Производительность установки может доходить до 46 киловатт.

Установки типа вода-вода являются наиболее эффективными для обогрева помещений из всех типов тепловых насосов. Погодные условия практически не виляют на эффективность их работы.

Они стоят немалых денег, но через некоторое время окупаются и тепло в доме будет бесплатным. Естественно, что они потребляют электричество, но всё равно выходит дешевле, нежели платить за отопление.

Монтаж насосов типа вода-вода, делается достаточно быстро, если рядом есть водоём. Если будет использоваться скважина, то стоимость значительно возрастает.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Тепловой насос вода-вода

Многие производители заранее указывают цену оборудования, а также работы по установке и запуску. Примерная цена с установкой для теплового насоса мощностью 5 кВт составляет 350─500 тысяч рублей. Хотя этот интервал достаточно условный и может меняться в зависимости от места установки и ценовой политики компании.

Вернуться к содержанию
 

Есть ли смысл в установке теплового насоса вода-вода?

В результате эксплуатации тепловых систем вода-вода в нашей стране уже определён ряд сильных и слабых сторон таких установок.

Пользователи таких систем в основном жалуются на снижение эффективности в сильные морозы и высокую цену. Что касается эффективной работы в морозы, то при квалифицированном монтаже системы она работает до минус 30 без проблем.

По цене, как заявляют производители, удешевления в ближайшей перспективе не предвидится.

Что касается окупаемости, то в большинстве случаев тепловой насос такого типа окупается примерно за 3─5 лет. Так, что расходы большие только поначалу.

Но, конечно, широкого распространения таких систем можно ожидать только после подъёма цен на энергию, извлекаемую из традиционных источников энергии. Основное преимущество насоса вода-вода заключается в экономичности.

Читайте также:  Углеродистая сталь: состав, свойства, применение, гост

В частности, это высокий коэффициент СОР, по которому оценивается энергоэффективности обогревательных установок.

СОР показывает, какое количество тепловой энергии вырабатывается при затратах одного киловатта энергии. В большинстве современных установок этот показатель находится на уровне 3─5. Это означает, что с одного затраченного киловатта получается тепловой энергии в 3─5 раз больше.

В целом можно заключить, что тепловые насосы энергоэффективны и экономически целесообразны. Но при нынешнем уровне цен на энергоносители они не получат широкого распространения. Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта.

Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения оставляйте в х.

Вернуться к содержанию

Источник: https://akbinfo.ru/alternativa/teplovoj-nasos-voda-voda.html

Тепловой насос вода-вода (открытая схема установки)

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетВ этой статье мы расскажем все тонкости обустройства внешнего контура, который называется открытая схема или как часто выражаются – из скважины в скважину.

Это самый простой и дешевый способ обустройства внешнего геотермального контура для теплового насоса. В большинстве частных домов воду для бытовых нужд берут из пробуренной скважины. Ее же можно использовать и для теплового насоса.

Что важно знать о дебетовой скважине?

Дебетовая – это скважина, из которой забирается вода и поступает в теплообменник теплового насоса, где происходит отбор тепла от этой воды. Перед тем, как использовать такую скважину для теплового насоса, необходимо выяснить сколько она дает воды, т.е. её дебет. Давайте разберемся, зачем нам необходима эта информация.

Вода из скважины идет в теплообменник теплового насоса. С одной стороны пластин, который проходит вода из нашей скважины, с другой фреон, который забирает тепло от нее. Допустим пришло в теплообменник теплового насоса 10С, а выходит 6С. Т.е. фреон забрал 4С.

Прокачивая 1м3 воды через теплообменник, мы получим 4,65 кВт тепла.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетПроизведем расчет дебета скважины. Для примера возьмем тепловой насос производительностью 12 кВт и потребление 2,7 кВт. Для того чтобы определить количество воды, прокачиваемой через теплообменник, необходимо рассчитать холодопроизводительность теплового насоса. Это разность между тепловой мощностью и потребляемой мощностью. 12-2,7=9,3 кВт

Теперь рассчитываем объем прокачиваемой воды. 9,3/4,65=2 м3. Т.е. дебет нашей скважины должен быть больше процентов на 20-30. Например, в Краснодаре, температура воды из скважины почти круглогодично идет 13-14С. Охлаждать воду в теплообменнике, без риска для его размораживания, мы можем до +3С. Соответственно производим расчет.

  • 13-3=10С
  • 10*1,163=11,63
  • 9,3/11,63=0,8 м3/ч

Из расчетов видно, как температура воды влияет на необходимый дебет из скважины. Еще один пример. Московская область. Зимой вода из скважины может опускаться до 8С. Считаем:

  1. 8-3=5
  2. 5*1,163=5,81
  3. 9,3/5,83=1,6 м3/ч

Постоянно ли должен быть такой дебет? Нет, но обеспечить его нужно не менее расчетного.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетКогда тепловой насос потребует расчетного дебета? Тогда, когда будет целый час работать без остановки, а такой момент наступит, если теплопотери дома будут равны или больше, чем та тепловая мощность, которую дает насос. Происходит следующий процесс. Допустим у нас есть «умный контроллер», который управляет тепловым насосом или человек, который выставил определенную температуру подачи в систему отопления. Пусть это будет 40С. Когда наступает момент, что теплопотери выше, чем мощность теплового насоса, то вода, приходящая в теплообменник отопительного контура (обратка), сильно холодная и мощности теплового насоса не хватает, чтобы нагреть воду до установленной температуры подачи и остановиться на «перекур». Если насос будет работать сутки, то и вода из скважины будет забираться такое же время с расчетным дебетом или больше. Если дебет будет недостаточный, уровень в скважине упадет и погружной насос не сможет забирать воду. Отсутствие ее в скважине приведет к остановке теплового насоса. Сработает защита. Когда теплопотери ниже, чем мощность насоса, то он будет включаться на несколько минут, нагревать воду до определенной температуры и выключаться до того момента, пока температура не упадет на 1-2С или на другое значение, выставленное оператором.

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.Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

  • 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:

  1. 5*24*149=17880 кВт
  2. В первом случае с КОПом 3,75 тепловой насос «съест» 4768 кВт (17880/3,75=4768).
  3. 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.

Скважина приемная

Самая большая проблема при установке теплового насоса по открытой схеме – это, когда вода сбрасывается сверху в скважину. Так неправильно. Труба должна идти практически до самого дна скважины и приподниматься от него на 0,5-1 метр. Внизу все должно бурлить.

При сбросе воды сверху скважина может быстро заилиться и перестать принимать воду. Происходит перелив. Если это произойдет при хорошем минусе на улице, то каток вам обеспечен.

Поэтому, если рядом имеется река или какой-нибудь водоем, ливневка или дренажная траншея, то лучше приемную скважину соединить с ними переливной трубкой, на случай перелива. Если ничего рядом нет, то придется бурить не одну, а две или более скважин на прием.

Ответа на вопрос, на сколько хватит приемной скважины, не знает никто. Она может принимать много лет, а может забиться через один отопительный сезон. Поэтому самый большой недостаток открытой схемы – непредсказуемость.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Еще один важный момент. Приемная скважина должна располагаться от дебетовой ниже по течению, на расстоянии не менее 6 метров. Это еще одна неясность. Как определить, в каком направлении течет подземная река. Ответ на этот вопрос даст только эксперимент.

Если в дебетовой скважине после запуска теплового насоса вода не будет опускаться, все нормально, угадали. Если она начнет падать по температуре, то скважины нужно менять местами, а погружной насос переносить. Трубопроводы дебетовой и сливной скважины лучше выполнять из ПНД трубы, как более дешевого материала.

Надежности и долговечности таких труб тоже достаточно.

Идеальный вариант, когда скважины расположены поперек подземного течения. Тогда достаточно сделать в колодце скважины разъемное соединение трубопровода, прокинуть в оба колодца питание с разъемным водонепроницаемым штекером и можно раз в год делать реверс скважин, меняя дебетовую и приемную местами.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

При реализации проекта по установке теплового насоса по открытой схеме рекомендуется установка промежуточного теплообменника. Он нужен, чтобы защитить фреоновую часть и, самое главное, компрессор теплового насоса от попадания воды.

При размораживании теплообменника вода может попасть в систему с фреоном, компрессор закачает эту воду и произойдет гидроудар, который выведет из строя компрессор. Вода перемешается с маслом и достать ее оттуда будет очень проблематично. Такой теплообменник устанавливается между скважиной и тепловым насосом.

Участок теплового насоса и промежуточный теплообменник заполняется рассолом с температурой замерзания     -10 -15С. Соответственно, если защита не сработает, и вода замерзнет в теплообменнике, то рассол не замерзнет и не разморозит теплообменник теплового насоса.

Стоимость промежуточного теплообменника зависит от его конструкции и размера. А последний зависит от мощности теплового насоса.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Лучше всего в качестве промежуточного теплообменника использовать разборный вариант. Но его стоимость в 2-4 раза выше, чем у паянного.

Если скважина чистая, дебет скважины хороший, то можно обойтись и без промежуточного теплообменника, но лучше с ним.

Фильтры для теплового насоса

Фильтры конечно нужны, но стоит помнить, что на них идет очень сильное сопротивление и погружной насос необходимо подбирать большей мощностью. Если из скважины поступает вода с песком, целесообразней в качестве фильтра использовать гидроциклон.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Как видно из написанного выше, установка теплового насоса по открытой схеме проста, но следует учитывать много факторов и тщательно подбирать оборудование.

Источник: https://geo-comfort.ru/teplovye-nasosy/156-tn-voda-voda

Тепловой насос вода-вода

Тепловой насос вода-вода – это самый дешевый агрегат подобного типа. Ведь в качестве низкоэффективного источника энергии в данном случае используется самая распространенная среда – вода. А сам монтаж первичного контура с испарителем выглядит как обычное погружение до сравнительно неглубокой отметки.

Читайте также:  Станок для заточки сверл: изготовление заточного станка для сверл своими руками

При этом тепловые насосы вода — вода не только дешевы, но и эффективны. Поскольку на глубине затопления испарителя плюсовая температура окружающей среды сохраняется буквально круглый год (на 4-5 градусов по Цельсию можно рассчитывать даже в зимнее время).

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Тепловой насос вода-вода

К тому же, тепловой насос типа вода — вода легко собрать даже своими руками. Поэтому в данной статье мы рассмотрим не только схему работы и типовые разновидности таких насосов, но и схему сборки подобного агрегата, рассчитанную на обустройство энергоэффективной системы отопления своими силами.

Схема теплового насоса вода — вода

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

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

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Альтернативные источники энергии

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

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

Где монтируют испаритель

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Испаритель теплового насоса

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

В итоге, площадкой для размещения испарителя может быть любой водоем с глубиной более 1,5 метров и постоянным уровнем жидкости.

Ну а если такового водоема нет, то в качестве источника низкоэффективного тепла можно использовать обычный колодец или скважину.

Причем сам испаритель можно погрузить даже не в колодец, а в особый бак, заполняемый проточной водой, которую качают из источника и сливают туда же.

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

Самодельный тепловой насос: схема сборки

Вышеприведенная  схема работы указывает, что конструкция теплового насоса состоит из четырех узлов: испарителя, конденсатора, компрессора и циклического трубопровода. Поэтому в процесс самостоятельного строительства теплового насоса заключается в изготовлении всех вышеупомянутых узлов с последующей сборкой конструкции.

И далее по тексту мы рассмотрим все этапы производственных и сборочных процессов,  проводимых своими руками. Причем вначале будут даны рекомендации по расчетам системы, направленные на оптимизацию энергопотребления и усиление теплоотдачи.

Этап первый: расчет теплового насоса вода — вода

Расчет насоса выполняется на особом «калькуляторе» — программе, соизмеряющей отапливаемую площадь с мощностью системы отопления. Причем в качестве исходных данных программа использует объем помещения (площадь и высота потолков). А на выходе дается рекомендация относительно мощности насоса.

Этап второй: выбор компрессора

Компрессор для теплового насоса подбирается по предполагаемой мощности системы отопления. Причем мощность самого компрессора должна составлять 20-30 процентов от показателей теплоотдачи насоса.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Тепловой насос с винтовым компрессором

То есть, если на обогрев строения уходит 10 кВт, то для обслуживания насоса используется 3-киловаттный  компрессор. Словом, пропорция между мощностью нагнетательного оборудования и теплоотдачей насоса рассчитывается по соотношению 1:3.

Причем в качестве компрессора для теплового насоса используют как стандартные агрегаты для сплит-систем, так и специальное оборудование. И в самодельную систему придется интегрировать только «заводской» компрессор, поскольку «самопальные» аналоги в данном случае неуместны – они поставят под угрозу саму эффективность работы собираемого насоса.

Этап третий: строительство испарителя

Испаритель собирают на основе полимерного бака, с большой крышкой. Причем минимальная емкость бака равна 120-130 литрам. Во внутренней полости бака размещают медный змеевик, согнутый из трубы определенной длины и диаметра.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Испаритель для теплового насоса вода-вода

  • Для определения этих величин нам придется вычислить площадь поверхности змеевика.
  • Как правило, ее  рассчитывают по формуле:
  • Р=M/0,8ΔT,
  • где М – это предполагаемая мощность насоса, а  ΔT— это разница температур на входе и выходе (в градусах Цельсия).
  • Полученную площадь соизмеряют с площадью одного погонного метра трубы нужного диаметра, вычисляя длину заготовки для змеевика.

Ну а само изготовление сердцевины испарителя предполагает ручную гибку медной трубы вокруг калибра, в качестве которого можно использовать кислородный или газовый баллон. Изготовленный таким образом змеевик вкладывают в бочку, выводя сквозь дно и крышку два выпуска – верхний и нижний.

Далее нужно вмонтировать в бочку пару отводов, изготовленных из металлических штуцеров – их вводят в отверстия у дна и крышки и поджимают с внешней и внутренней стороны контргайками.

К нижнему штуцеру монтируют напорный шланг насоса, а к верхнему – отводной шланг, по которому вода будет сливаться в колодец самотеком. С помощью такой конструкции мы обеспечим непрерывную циркуляцию низкоэффективной среды в испарителе.

Этап четвертый: создание конденсатора

Конденсатор собирают на основе металлического бака из нержавейки, в который монтируют медный змеевик, рассчитанный по тем же формулам, что и аналогичная деталь испарителя. Причем для изготовления змеевика используется все та же технология ручной гибки.

Сам змеевик размешается в баке вертикально, а его отводы выходят из дна и крышки бака. Причем помимо отводов в бак врезают еще и два штуцера.

Словом, вся схема скопирована с испарителя, только с учетом того, что вместо низкоэффективной среды сквозь  конденсатор циркулирует разогреваемая вода – теплоноситель системы отопления.

С помощью особого насоса ее выводят сквозь верхний штуцер, направляя на радиаторы, и вводят в бак сквозь нижний штуцер, соединенный с обраткой.

Этап пятый: сборочные работы

Сборка системы производится в следующем порядке:

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Принцип работы

  • На платформе или кронштейне монтируют компрессор.
  • К нагнетательному патрубку компрессора подключают (медной трубой) верхний отвод конденсатора.
  • Нижний отвод конденсатора связывают с нижним отводом испарителя, прокладывая между ними медный трубопровод, диаметр которого должен совпадать с габаритами трубок, использованных при изготовлении змеевиков. Причем в произвольном месте этого трубопровода можно смонтировать дроссельную заслонку, которую подключают к системе автоматического управления.
  • Верхний отвод испарителя соединяют (медной трубкой) с всасывающим патрубком компрессора. Монтажные работы с медными трубками выполняют с помощью пайки, а в финале в систему заливают хладагент (около пары килограмм).

В итоге, получается замкнутая система, в которой циркулирует хладагент, переносящий тепло из установленной на землю бочки-испарителя в подвешенный на кронштейне бак с конденсатором.

Тепловой насос для нагрева воды: монтаж в систему отопления

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Самодельный тепловой насос вода-вода

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

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

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

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

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

Источник: https://canalizator-pro.ru/teplovoj-nasos-voda-voda.html

Тепловой насос для отопления дома вода вода своими руками

Использование низкопотенциального тепла окружающей среды для подогрева воды и отопления становится экономически выгодным при длительном использовании системы.

Преградой широкому распространению подобных устройств является высокая начальная стоимость оборудования и его установки.

Поэтому всегда актуален полный или частичный монтаж теплового насоса своими руками, позволяющий сэкономить значительные средства.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетРис. 1 Тепловой насос вода-вода в доме

Принцип работы и схема теплового насоса вода-вода

При создании тепловых насосов для отопления используется природное низкопотенциальное тепло воздушных масс, почвы и воды. Водяные виды поглощают тепловую энергию из скважин, колодцев, прудов и других открытых водоемов. Тепловой насос работает подобно холодильнику, который забирает тепло из холодильной камеры и выводит его наружу через внешний радиатор.

При монтаже первичный теплообменник с циркулирующим теплоносителем помещают в емкость с водой, из которой забирается тепло.

Вода всасывается водяной помпой, проходит по системе труб и далее поступает в испаритель — в устройстве при нагреве жидкости происходит ее испарение.

В испарителе теплоноситель передает тепло фреону, для которого небольшая положительная температура 6 — 8 С является точкой кипения, и газообразный хладагент поступает в компрессор.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетРис.2.Схема теплового насоса вода-вода

Там происходит его сжатие, приводящее к повышению температуры газа, и дальнейшая подача в конденсатор.

В конденсаторе тепловая энергия от газа с температурой 40 — 70 С передается воде в системе отопления, охлажденный газ конденсируется и попадает в редукционный клапан (дроссель).

Его давление понижается — это приводит к большему охлаждению газа до жидкообразного состояния, в котором он снова подается в испаритель. Система работает в круговом замкнутом циклическом режиме.

Расчет теплового насоса

Для конструкции системы своими руками в первую очередь необходимо выполнить расчет с учетом потребностей в тепловой энергии (насосы могут дополнительно использоваться для обеспечения горячего водоснабжения дома) и возможных потерь. Алгоритм расчета состоит из следующих операций.

  1. Вычисляется площадь отапливаемого помещения.
  2. Основываясь на полученных значениях определяется общее количество энергии, необходимой для отопления исходя из расчета 70 — 100 ватт на квадратный метр. Параметр зависит от высоты потолков, материала изготовления и степени теплопроводности дома.
  3. При обеспечении горячего водоснабжения полученное значение увеличивают на 15 — 20 %.
  4. Исходя из полученной мощности выбирается компрессор, производится расчет и проектирование основных узлов системы: трубопроводной магистрали, испарителя, конденсатора, электрической помпы и других узлов.
Читайте также:  Высоколегированная сталь – марки, свойства, применение

Комплектующие для системы отопления с тепловым насосом при самостоятельном изготовлении

Обычному домовладельцу довольно сложно конкурировать с промышленными тепловыми насосами отечественного и зарубежного производителя, тем не менее его монтаж и изготовление отдельных узлов не являются невыполнимыми работами. Основной задачей при устройстве теплового насоса остается правильность расчетов, ведь при ошибке система может иметь низкий КПД и стать неэффективной.

Компрессор

Для монтажа понадобится новый или б.у. компрессор в рабочем состоянии с невыработанным ресурсом подходящей мощности. Обычная мощность компрессора должна составлять 20 — 30% от расчетной, можно использовать стандартные заводские агрегаты для холодильников или кондиционеров спирального принципа действия, обладающие более высоким КПД по сравнению с поршневыми устройствами.

Испаритель и конденсатор

Для охлаждения и нагрева жидкостей их обычно пропускают через медные трубы, помещенные в емкость с теплообменником.

Для увеличения площади охлаждения медная труба располагается в виде спирали, необходимая длина рассчитывается по формуле вычисления площади с делением на сечение.

Объем теплообменного бака рассчитывается исходя из реализации эффективного теплообмена, обычное среднее значение — около 120 л. Для теплового насоса рационально использовать трубы для кондиционеров, которые изначально имеют спиральную форму и реализуются в бухтах.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетРис. З Медная труба и бак для теплообменника

Данный способ конструкции теплообменников многие изготовители тепловых насосов своими руками заменили на более компактный, используя теплообмен по принципу «труба в трубе».

Стандартный диаметр пластиковой трубы для испарителя — 32 мм., в нее помещается медная труба диаметром 19 мм., испаритель термоизолируется, общая длина теплообменника около 10 — 12 м.

Для конденсатора можно использовать 25 мм. металлопластиковую трубу и 12,7 мм. медную.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетРис 4. Сборка и внешний вид теплообменника из медных и пластиковых труб

Для увеличения площади и эффективности работы теплообменника некоторые умельцы скручивают косу из нескольких медных труб малого диаметра, перекладывают их тонкой проволокой и помещают конструкцию в пластик. Это позволяет получить на 10-метровом отрезке площадь теплообмена около 1 кубического метра.

Терморегулирующий вентиль

Правильно подобранное  устройство регулирует степень заполнения испарителя и в большой степени отвечает за производительность всей системы.

К примеру, если поступление хладагента слишком велико, он не успеет полностью испариться, и в компрессор будут попадать капли жидкости, приводящие к нарушению его работы и понижению температуры газа на выходе.

Слишком малое количество фреона в испарителе после увеличения температуры в компрессоре будет недостаточно для прогрева необходимого объема воды.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетРис. 5 Основное оборудование для теплонасоса

Датчики

Для удобства пользования, контроля работы, обнаружения неисправностей и настройки системы необходимо наличие встроенных температурных датчиков. Информация важна на всех этапах функционирования системы, только с ее помощью по формулам можно установить важнейший параметр смонтированного оборудования для водяных тепловых насосов — показатель эффективности СОР.

Насосное оборудование

При работе тепловых насосов забор и подача воды из скважины, колодца или открытого водоема происходит при помощи водяных помп. Могут использоваться погружные или поверхностные виды, обычно их мощность невелика, для подачи воды достаточно 100 — 200 Вт. Для контроля работы, защиты насосов и системы дополнительно монтируются фильтры, манометр, водяные счетчики и простейшая автоматика.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчетРис. 6 Внешний вид собранного своими руками теплонасоса

Сборка теплового насосного оборудования своими руками не представляет больших трудностей при умении обращаться со специальным инструментом для сварки и пайки меди.

Выполненная работа поможет сэкономить значительные средства – затраты на комплектующие составят около 600 у. е., покупка промышленного оборудования обойдется в 10 раз дороже (около 6000 у. е.).

Собранная своими руками конструкция при правильном расчете и настройке имеет эффективность (СОР) около 4, что соответствует промышленным образцам.

Советуем почитать: Тепловой насос своими руками рабочие варианты

Возможно вам также будет интересно почитать: Пользуясь сайтом oBurenie.ru вы автоматически соглашаетесь с политикой конфиденциальности для использования любых доступных средств коммуникации таких как: комментарии, чат, форма обратной связи и т.д.

Источник: https://oburenie.ru/nasosy/teplovoi-nasos-voda-voda.html

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, компоненты, особенности установки

1 апреля 2019

Организовать эффективную отопительную систему для частного дома можно разными способами. Одно из лучших решений – конструкция с тепловым насосом вода-вода. Устройство позволяет построить безопасную с экологической точки зрения систему с высоким КПД.

Достаточно внушительные первоначальные затраты на покупку комплектующих и монтажные работы окупаются в течение нескольких лет. Учитывая рост цен на энергоносители, этот срок постоянно сокращается.

Применение теплового насоса типа вода-вода позволяет обеспечить стабильную комфортную температуру в помещениях там, где отсутствуют соответствующие муниципальные коммуникации.

Принципы работы теплонасоса вода-вода

Конструкция подходит для организации теплоснабжения дома или хозяйственной постройки, бесперебойного поступления горячей воды.

При этом забор тепла осуществляется из источников естественного происхождения: рек, озер, подземных вод. Даже в зимний период времени на глубине жидкость сохраняет положительную температуру.

Есть возможность извлекать и использовать тепло, получаемое от воды, даже в лютые морозы.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

У теплового насоса вода-вода принцип работы связан с циклом Карно. Суть его в следующем: перемещающееся в закрытом контуре вещество под воздействием факторов физического и термического характера меняет агрегатное состояние. Оно становится жидким, после чего снова преобразуется в газ. При этом происходит высвобождение и поглощение большого объема тепла.

Комплектующие, из которых состоит теплонасос вода-вода:

  • компрессорная установка;
  • испаритель;
  • конденсатор;
  • расширительный клапан индукционного типа;
  • система, контролирующая в автоматическом режиме главные параметры;
  • многочисленные медные трубные магистрали;
  • хладагент.

Разберем подробнее, как работает тепловой насос вода-вода. Жидкость закачивается в трубки из источника в систему, где происходит ее взаимодействие с газом (фреоном). Он закипает при +2-3 градусах по Цельсию. Происходит поглощение части тепла фреоном и всасывание его компрессорной установкой. Там газ сжимается, вследствие чего нагревается.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

На следующем этапе хладагент передается в конденсатор для нагрева воды. Жидкость может разогреваться до +80 градусов. Далее она движется по трубам отопительной конструкции.

После охлаждения вода направляется в испаритель, затем происходит слив жидкости в приемной скважине. Фреон после пребывания в конденсационном устройстве переходит в жидкое состояние.

Затем он направляется в дроссель, откуда возвращается в изначальный пункт. Далее происходит возобновление цикла.

Что учесть при монтаже теплового насоса своими силами

Имея хорошую теоретическую подготовку, можно выполнить монтаж теплового насоса вода-вода своими силами. Есть разные варианты реализации агрегата, которые подходят для организации отопления как в жилых домах, так и в хозяйственных сооружениях. Оборудование эффективно при работе с площадями 50-150 кв м.

При выборе теплонасоса важно учесть следующие нюансы:

  • степень жесткости воды,
  • наличие дополнительных функций,
  • режим работы агрегата,
  • мощность насосной установки,
  • дополнительное оборудование.

Качество жидкости, поступающей из открытого источника, колодца или подземной скважины, напрямую влияет на стабильность работы системы.

Далеко не каждый заводской или самодельный тепловой насос вода-вода способен эффективно функционировать при использовании жесткой воды, в которой содержится много железа и марганца. Важно также присутствие таких веществ, как аммиак, хлор, сероводород.

Если вода жесткая, лучше приобрести более дорогие комплектующие. Они будут дополнительно защищены от коррозии.

Режим работы и мощность установки

Насос вода-вода может быть единственным источником тепловой энергии или работать параллельно с другими системами.

В первом случае выполняется установка теплового насоса вода-вода, поддерживающего моновалентный режим функционирования.

Только с помощью таких агрегатов можно создать систему отопления, которая будет работать на 100% автономно. Во втором случае годятся приборы меньшей производительности, поддерживающие бивалентный режим.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

Важно грамотно подобрать насосную установку по уровню мощности, исходя из потребностей. Если этот показатель избыточен, то электроэнергия будет расходоваться впустую, что влечет ненужные траты. Теплонасос также может иметь ряд дополнительных функций: систему автоматического управления, функцию подогрева воды, корпус с улучшенной изоляцией от шума и другие опции.

Дополнительные функции и оборудование

Схема теплового насоса вода-вода предполагает применение дополнительного оснащения. В системе могут использоваться:

  • погружной насос;
  • промежуточный теплообменник (позволяет предотвратить такое явление, как гидроудар);
  • насосные фильтры;
  • генератор электроэнергии для организации аварийного питания.

Фильтры очищают воду от грязевых частиц, камней, излишков марганца и железа, других элементов. Электрогенератор обеспечивает работоспособность техники при отключении центрального электроснабжения.

Монтаж теплового насоса вода-вода своими руками

На монтаже отопительной системы автономного типа можно сэкономить, если устанавливать тепловой насос вода-вода своими руками. В первую очередь необходимо приобрести компрессор, после чего прикрепить его к стене посредством кронштейна L-300.

Далее требуется отыскать бак из нержавейки емкостью минимум 100 л, который подойдет для изготовления конденсатора. Он разрезается пополам, после чего внутрь помещается змеевик (можно взять медную трубку от холодильника со стенками толщиной от 1 мм).

Изогнутое изделие подготавливают путем наматывания трубки из меди вокруг газового либо кислородного баллона.

Тепловой насос вода-вода: принцип работы, устройство, монтаж, расчет

На следующем этапе две части бака соединяют посредством сварки. Предварительно подготавливаются резьбовые соединения. Эксплуатация геотермального теплового насоса вода-вода невозможна без применения испарителя. Его можно изготовить из пластиковой емкости на 60-80 литров. Внутри нее также должен находиться змеевик. Испаритель крепится к стене посредством L-кронштейна подходящего размера.

Необходимо позаботиться о доставке и сливе воды. С этой целью можно использовать трубы, применяемые при обустройстве водопровода. После предварительной подготовки следует обратиться к специалисту по холодильному оборудованию для финальной сборки системы, проведения сварочных работ и закачки фреона.

Источник: https://altenergiya.ru/termal/teplovoj-nasos-voda.html

Ссылка на основную публикацию