Pro vytápění a zásobování teplou vodou pro domácnosti je vhodné použít tepelné čerpadlo voda-voda, které pracuje z přírodních zdrojů - podzemních vod, řek, nádrží atd. Systém se vyznačuje absolutní ekologickou bezpečností, nevyžaduje pravidelné výdaje na spotřební materiál, a proto se stává stále populárnějším.
Budeme hovořit o možnostech zařízení tepelného čerpadla, které využívá ekologickou energii vody k jejímu přenesení do domácích topných systémů. Pro zvídavé domácí řemeslníky jsme popsali principy fungování populárních možností zařízení a technologie výstavby. Zjistíte se u nás, jaké vybavení je nutné pro provoz systému.
Princip činnosti tepelného čerpadla voda-voda
Tepelné čerpadlo představuje princip Carnotova cyklu. Spočívá v tom, že pohybující se látka v uzavřeném systému a měnící svůj chemický stav, pod vlivem chemických, fyzikálních nebo tepelných faktorů, z kapalného do plynného stavu, uvolňuje a absorbuje obrovské množství tepelné energie.
Úlohou pracovní látky je tepelné médium - voda ze studny nebo nádrž.
I v zimě se v přírodních zdrojích v určité hloubce udržuje pozitivní teplota, proto je možné z nich po celý rok získávat tepelnou energii. Jedinou nevýhodou instalace je vysoká spotřeba energie a potřeba zakoupení dalšího vybavení.
Diagram ukazuje trajektorii cirkulace vody a chladiva. Systém umožňuje příjem tepelné energie bez ohledu na sezónu.
Hlavní prvky tepelného čerpadla voda-voda:
- kompresor;
- výparník;
- kondenzátor;
- expanzní indukční ventil;
- automatický systém, který monitoruje výkon;
- vícenásobné dálnice z měděných trubek;
- pracovní látka (chladivo).
Pomocí speciálního čerpadla vstupuje voda do potrubí od zdroje do tepelného zařízení a poté spolupůsobí s plynem (freonem), varem při teplotě + 2-3 stupně. Freon absorbuje část tepla z vody a je nasáván kompresorem, kde jeho teplota stoupá během komprese.
Zařízení tepelného čerpadla zabere spoustu místa, ale poskytuje příležitost, jak se zbavit komunální závislosti
Potom chladivo vstupuje do kondenzátoru, po kterém horká látka ohřívá vodu na předem stanovenou teplotu (od +40 do +80 stupňů), která je transportována potrubím topného systému.
Ochlazená voda vstupuje do výparníku a odtéká do jímky. Po průchodu kondenzátorem se chladivo stává kapalným a shromažďuje se na dně prvku, poté se vrací zpět do svého původního místa pomocí sytiče. Pak se cyklus opakuje.
Podle konstrukčního principu je tepelné čerpadlo invertovanou chladničkou. Pouze její výparník je ponořen do vody a vyhřívaná část je na zemi a produkuje teplo. 
Práce vnitřní jednotky geosystému vodních vod je zaměřena na ohřev chladiva pro topné okruhy a vodu pro zásobování teplou vodou 
Tepelná čerpadla, vyráběná pro stavbu nízkopodlažních budov, s malými rozměry. Používají vodu z otevřených nádrží, studní a nemrznoucí směsi z uzavřených systémů, položených v zemi 
V závislosti na konstrukčním a technickém vybavení spotřebovávají tepelná čerpadla 5 až 25% energie, zbytek energie směřuje na poskytování inženýrských systémů
Na co se dívat při pořádání takového vytápění?
Existuje velké množství různých modifikací tepelných čerpadel, určených pro prostory jakéhokoliv účelu a velikosti, stejně jako práce v různých podmínkách. Zařízení je určeno pro vytápění domů o celkové rozloze 50 - 150 m2.
Mezník číslo 1 - tvrdost vody
Kvalita vody ve studni nebo nádrži hraje důležitou roli při výběru zařízení. Ne všechny modely jsou schopny pracovat na tvrdé vodě obsahující velké množství manganu a železa.
Vysoká koncentrace těchto prvků poškozuje systém - koroze se vytváří rychleji na potrubí, což vede ke snížení účinnosti zařízení a jeho životnosti.
Před nákupem tepelného čerpadla se odebírá vzorek vody a analyzuje se přítomnost těchto a dalších stopových prvků - sirovodíku, amoniaku, chloru atd. Obvykle, pokud teplota v rybníku přesáhne +13 stupňů, pak je více pravděpodobné, že ve vodě je mnoho iontů železa a manganu.
Tepelné čerpadlo voda-voda je tedy vybíráno na základě tvrdosti vody. Existují systémy, jejichž prvky jsou nejvíce chráněny před korozí, ale jsou dražší.
Mezník číslo 2 - režim provozu
Tepelné čerpadlo může být použito jako jediný zdroj tepla nebo může spolupracovat s jinými systémy. Před volbou modelu je proto důležité určit, v jakém režimu bude zařízení pracovat.
Celkem existují dva typy fungování systému:
- Monovalentní. Zařízení mají velký výkon, vhodný pro vytápění domu.
- Bivalentní. Méně produktivní zařízení, která doplňují hlavní topná zařízení.
Pro konstrukci autonomního systému s hlavní topnou jednotkou voda-voda je zapotřebí monovalentní typ.
Mezník číslo 3 - výkon čerpadla
Výkon je důležitým ukazatelem při volbě tepelného čerpadla, protože výkon systému závisí na něm. Čím vyšší je výkon, tím vyšší je účinnost zařízení, ale také vyšší spotřeba energie.
Výkon tepelného čerpadla voda-voda je vybrán na základě skutečných potřeb.
Při volbě zařízení s nedostatečným výkonem bude účinnost systému klesat, pokud tepelná ztráta z domu překročí množství energie vrácené systémem. Tepelné čerpadlo může pracovat nepřetržitě, ale jeho účinek nebude způsoben snížením teploty vody.
Je-li tepelná ztráta budovy nižší než přenos tepla systému, čerpadlo se obvykle automaticky spustí na několik minut, ohřívá vodu na nastavenou teplotu, transportuje ji systémem. Pak se vypne až do okamžiku, kdy teplota klesne o několik stupňů. Pak se cyklus opakuje.
Orientační bod 4 - funkčně specifický model
Tepelná čerpadla mohou mít další funkce, například:
- Automatický řídící systém, který vám umožní upravit mikroklima místnosti podle chuti. Ovládání se obvykle provádí dálkovým ovládáním.
- Funkce ohřevu vody pro ohřev teplé vody.
- Zvukotěsné pouzdro.
- Schopnost připojení k jiným topným systémům, solárním kolektorům, díky kterým bude zařízení pro vytápění plně autonomní.
Doba provozu tepelných čerpadel voda-voda obvykle přesahuje 30 let.
Neméně důležité při výběru zařízení berte v úvahu náklady na instalaci a instalaci.
Výpočet požadovaného výkonu tepelného čerpadla
Před zakoupením systému je důležité předběžný návrh a výpočet požadované kapacity zařízení. Produktivita se počítá s ohledem na skutečné potřeby tepelné energie. Vezměte v úvahu náklady na teplo, tepelné ztráty doma a přítomnost nebo nepřítomnost okruhu TUV.
Algoritmus výpočtu:
- Vypočítejte celkovou plochu vytápěných prostor.
- Stanovíme potřebné množství energie pro vytápění. Optimální rychlost na 1 m2 je 0, 07 kW.
- Pro vytápění domu na Nm2 potřebujete N * 0, 07 kW.
- Pro TUV se k výslednému číslu přidá dalších 15-20%, tj. N * 0, 07 * 0, 85 nebo N * 0, 07 * 0, 80.
Tento výpočet bude optimální pro místnosti se stropem nepřesahujícím výšku 2, 7 m. Odborníci provedou přesnější výpočty při přípravě projektu.
Tepelná čerpadla u nás zatím nejsou příliš populární. To je způsobeno levným modrým palivem, které nemá v současné době žádnou alternativu. 
V oblastech, které nemají přístup k centralizovanému přívodu plynu, je však instalace tepelného čerpadla výhodná a účelná. 
Na 1 kW vynaložené energie generuje tepelné čerpadlo 5-6 kW. Na rozdíl od elektrických ohřívačů, které produkují teplo stejně jako spotřebovaná energie 
Nové úpravy tepelných čerpadel nevyžadují uspořádání samostatné místnosti. Jsou prakticky tiché a kompaktní, mohou být umístěny v chodbách, halách, kuchyních
Přípravné práce před zahájením provozu
Příprava pro montáž, připojení a uvedení do provozu tepelného čerpadla ze série voda-voda zahrnuje řadu standardních kroků, které budeme dále zkoumat.
Výběr optimálního zdroje vody
Je třeba poznamenat, že ne každý otevřený zdroj nebo vodní studna je vhodný pro hladký provoz tepelného čerpadla. Kvalita vody hraje důležitou roli, ale filtry mohou vyřešit problém znečištění.
Je povoleno používat rybník nebo rybník v okruhu 100 metrů od budovy. Pokud takový zdroj neexistuje, je nutné vrtat studny.
Volba zdroje tepelného čerpadla by se měla zaměřit na jednoduchost a náklady na použití. V případě nedalekého otevřeného rybníka je vhodnější ho používat.
Chování otevřeného zdroje je předvídatelnější než podzemní voda, takže pokud je to možné, je lepší dát přednost vodním útvarům.
Vrtání a rozvoj geotermální studny používané v systému tepelných čerpadel ne vždy ospravedlňuje investice 
Nejjednodušší a nejlevnější varianta výparníku - opakovaně válcované roury uložené v nejbližší nádrži 
Vážnou výhodou použití rezervoáru jsou minimální náklady na instalaci systému, který využívá volné přírodní energie. 
Když výkon tepelného čerpadla klesá, jsou trubky vytahovány na povrch, kontrolují a opravují poškození.
Instalace tepelného systému pomocí studny
Pro instalaci systému pomocí tepelného čerpadla budou zapotřebí dvě studny. Jedna ze studní se nazývá debet. Je to v tom, že je ponořeno speciální čerpadlo, kterým je odebírána voda pro následné zpracování v systému. Druhá studna je přijímající. Do něj se nalije chlazená voda.
Odtokové a přívodní studny by měly být umístěny nejméně 15 metrů od sebe
Hloubka debetní studny by neměla překročit 50 metrů. Čím hlouběji je zdroj vody umístěn, tím výkonnější bude čerpadlo, které jej dodává, což zvýší spotřebu energie.
Debit well device
Před použitím debetní studny je důležité vědět, kolik vody je schopna poskytnout a kolik kapaliny je zapotřebí k udržení celého prostoru v teple. Čím vyšší je teplota vody, tím méně bude potřebovat topení.
Je důležité předběžně vypočítat objem V, který musí být do hodiny vytápěn z vrtu, aby se místnost ohřála. Předpokládejme, že existuje čerpadlo, jehož tepelný výkon se rovná určitému počtu Q kW a spotřeba energie je číslo P kW. Také je třeba znát teplotu podzemní vody ( t1 ) a jejich teplotu po výměně tepla ( t2 ).
Pak vzorec pro výpočet objemu požadovaného množství vody za hodinu je následující:
V = (QP) / (t1-t2).
Je analyticky nemožné stanovit schopnost debetního vrtu vyrábět požadovaný objem vody, proto je testován. Do 3 dnů čerpadlo nepřetržitě čerpá vodu ze studny. Z tohoto důvodu se testovací jamka provádí s možností získání požadovaného množství vody za vysokého zatížení.
Je důležité si uvědomit, že podzemní vody se chovají nepředvídatelně, takže voda z debetní studny se může stát méně. Například na jaře jsou přílivy a v zimě naopak voda klesá. Pokud není v nádobě dostatek vody, systém se automaticky vypne, k topení nedojde.
Vlastnosti přijímací studny
Přijímací trubková studna je umístěna za spodní vodou. Je analyticky nemožné určit, kterým směrem se voda pohybuje. V praxi je proto jako debet vybrána libovolná studna a do ní je spuštěno ponorné čerpadlo.
Pokud během provozu systému hladina vody neklesne, pak je volba provedena správně. Pokud hladina klesla a teplota vody klesla, je nutné v některých místech studny měnit - ponořte ponorné čerpadlo do jiného otvoru.
Odtokové potrubí v přijímací šachtě musí být ponořeno do vody o několik centimetrů, aby nedosáhlo dna. Pokud vypustíte odpadní kapalinu shora, povede to k zamokření. Trubkovitá jamka může přestat užívat vodu a ucpat.
Výsledek hrozí přetečením a v zimě možnou námrazou. Nejlepší možností pro příjem zdroje je řeka nebo rybník. Pokud tyto objekty nejsou blízko, pak je třeba vyvrtat jednu nebo více přijímacích jamek, aby se zabránilo přetečení.
Na obrázku je příklad použití jedné z nich jako příjem a debet
Není možné zjistit, zda studna přijímá vodu analytickým nebo testovacím způsobem. Praxe ukazuje, že odtok může hladce absorbovat vodu po mnoho let, a může dokonce selhat vůbec v jedné sezóně.
Existují technologie, které umožňují jedno použití jako debet a přijímání, ale tato metoda není efektivní - provoz bude doprovázen obtížemi, případně snížením teploty vody, zamokřením a řadou dalších problémů.
Systém zařízení používající zásobník
Vybraný rybník by měl být dostatečně hluboký, aby spodní vrstvy vody při silných mrazech nezamrzly. V jižních oblastech bude optimální hloubka přibližně 1 metr, v severních oblastech bude vyžadován zdroj s hloubkou 3 metry nebo více. Také jezírko musí být stabilní - výkyvy hladiny vody a její pokles jsou nepřijatelné.
K nádrži jsou dvě potrubí - debet a příjem. V sacím potrubí je instalováno ponorné čerpadlo.
Jako potrubí se doporučuje používat modely HDPE, které se vyznačují trvanlivostí a spolehlivostí. Je důležité chránit trubky před zamrznutím, dodatečně je ohřát a před průlomem.
Příprava domu na instalaci tepelného čerpadla
Pro interakci s tepelným čerpadlem by voda-voda v domě měla být vybavena vodním topným systémem, prezentovaným ve formě trubek, baterií radiátorů. Pro lepší izolaci podlahy a stěn je také přípustné instalovat topné trubky.
Pokud bude zařízení použito pro zásobování teplou vodou, musí být v domě přítomen sběrný systém. Pro provoz čerpadla potřebujete elektrické připojení s neomezeným výkonem.
Bez dodatečných opatření pro tepelnou izolaci domu (izolace vně, instalace dvoukomorových oken apod.) Nemá provoz tepelné čerpadlo smysl.
Odborníci doporučují dodatečně instalovat systém větrání čerstvého typu s mechanismem ohřevu vzduchu. Freon používaný v zařízení je škodlivý pro člověka. Pokud se v okruhu systému vyskytnou mikroexploze, plyn se uvolní a tím se vzduch z místnosti přemístí. Chladivo může způsobit zhoršení plicního onemocnění, záchvaty asfyxie.
Tepelné čerpadlo je těžké zařízení, jeho váha může dosáhnout tuny (záleží na výkonu a velikosti), takže pro jeho instalaci v některých případech je nutné vybudovat vlastní nadaci, která není spojena se založením chaty.
Před instalací zařízení je nutné vzít v úvahu přípustné rozměry místnosti, udržovat odstup od stěn uvedených v pasu výrobku.
Doplňkové vybavení
Výběr doplňkového vybavení pro tepelné čerpadlo je klíčovým úkolem, jehož řešení v mnoha ohledech určuje dlouhodobou životnost topného systému jako celku a absenci provozních problémů.
Ponorné čerpadlo pro studny a rybníky
Pokud je tepelné čerpadlo v systému použito pro zásobování teplou vodou, může zařízení s malou kapacitou snížit tlak v kohoutcích. Výkonné čerpadlo tento problém vyřeší, ale spotřebuje více energie. Minimální přípustný výkon při provozu FGP - 1 kW.
Existuje mnoho různých modifikací ponorných čerpadel. Výběr se provádí podle tří kritérií:
- Množství kapaliny použité pro čerpání (čím více vody bude třeba přepravovat, tím vyšší musí být výkon čerpadla).
- Hloubka studny (čím hlouběji studna, tím větší musí být kapacita zařízení);
- Průměr vrtu (tradičně upřednostňují 4-palcové hřídele, protože vytvořily největší počet čerpadel, na rozdíl od 3 palců).
Pro určení hloubky studny je nutné zajistit náklad na laně a spustit ho do dolu. Vlhká část lana udává plnou hloubku studny, suchá část určuje vzdálenost od začátku vody k povrchu.
Čerpadlo je ponořeno do vrtu do hloubky určené výrobcem zařízení. Obvykle je v datovém listu uvedeno, kolik metrů by mělo být mezi zrcadlem vody a čerpadlem, spodní částí generátoru a čerpadlem.
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
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.
Závěry a užitečné video na toto téma
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. Máme zájem o váš názor.