Тепловой насос для пруда

Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Тепловой насос типа вода – вода. Отбор тепла от водоема

В установках данного типа отбор низкопотенциальной тепловой энергии осуществляется из водоемов. Непосредственно теплосъем выполняется путем укладки коллектора, представляющего собой систему пластиковых трубопроводов. Укладка осуществляется на дно реки либо озера. Минимальная глубина укладки составляет от 2-х метров. Во избежание всплытия, к системе трубопроводов крепят грузы из расчета 5 кг на 1 метр длины, таким образом, коллекторы прижимаются ко дну водоема. Удельный теплосъем с такого коллектора в среднем составляет 30 Вт с 1 м длины трубопровода.

Из вышесказанного следует, что для теплового насоса теплопроизводительностью 10 кВт понадобится контур общей протяженностью около 220 м. Теплопроизводительность теплового насоса (она же производительность конденсации Q_к) равна сумме нагрузки на испаритель Q_и и потребляемой компрессором из электрической сети мощности N.

В качестве примера рассмотрим работу теплового насоса на базе компрессора Bitzer 4FES-5Y-40S серии Ecoline.

Технические характеристики установки на первом режиме работы (приведены в таблице 1.1 статьи о сравнении технических при изменении условий эксплуатации) говорят о том что, коллектор, укладываемый в водоем, должен обеспечить нагрузку 6,86 кВт для обеспечения производительности испарителя Q_и. Остальные 3,56 кВт – составляющая теплопроизводительности теплового насоса – это потребляемая компрессором мощность из электросети N.

Более подробно рассмотрим систему отопления с помощью теплового насоса с отбором низкопотенциального тепла закрытого типа. Тепловой насос обеспечивает систему теплоснабжения коттеджа базы отдыха на территории природного заповедника, находящегося неподалеку от природного водоема – озера.

Обозначения на рисунке ① – коттедж, ② – озеро, ③ – коллектор

Рисунок 5.1 Общий вид.

Описание работы установки. В зависимости от условий использования коэффициент COP может иметь различные значения. Для данного режима работы установки он составляет 3,1. Для отопления помещений общей площадью 450 м 2 , а также для бытовых нужд тепловому насосу необходимо обеспечить теплопроизводительность 48 кВт.

Расчетная средняя температура дна озера, на котором установлен коллектор 5°C. Температура кипения хладагента составит 1 °C. Расчетная общая длина трубопроводов, составляющих коллектор для укладки на дно озера, равна 1170 м.

Благодаря нижеприведенной схеме виден широкий спектр применения теплового насоса в рамках данного объекта – это горячая вода для кухонных нужд, ванная, душ, теплый пол, подогрев воды в бассейнах, а также различные нагревательные приборы, как например полотенцесушители.

Рисунок 5.2 Тепловой насос типа “вода-вода” с отбором тепла из водоема. Схема принципиальная.

Обозначения на схеме

① – компрессор поршневой полугерметичный

⑤ – насос хладоносителя центробежный

⑥ – насос теплоносителя (горячей воды) центробежный

⑦ – коллектор отбора тепла от водоема

⑨ – батареи системы отопления дома

⑩ – водонагреватель пластинчатый проточный

Таблица 5.1. Обозначения рабочих сред.

Позиционное обозначение среды	Наименование	Агрегатное состояние
ⓐ	Всасывание хладоносителя из коллектора	Жидкость
ⓑ	Подача хладоносителя в испаритель насосом центробежным
ⓒ	Возврат отдавшего тепло хладоносителя в коллектор
ⓓ	Подача нагретого теплоносителя (воды) в систему теплоснабжения объекта
ⓔ	Выход теплоносителя от потребителей системы теплоснабжения и поступление на всасывание насоса
ⓕ	Подача теплоносителя в конденсатор насосом центробежным
ⓖ	Всасывание хладагента компрессором	Газ
ⓗ	Нагнетание сжатого горячего хладагента в конденсатор	Газ
ⓚ	Подача сконденсировавшегося хладагента к вентилю терморегулирующему	Жидкость
ⓜ	Подача хладагента в испаритель	Парожидкостная смесь
ⓝ	Выход теплоносителя из бака-аккумулятора и подача его к потребителям	Жидкость
ⓟ	Вход воды из системы водоснабжения в водонагреватель проточный
ⓠ	Выход из нагревателя воды и подача к потребителям на бытовые нужды
ⓡ	Слив отработанной воды в канализацию

Описание принципа действия. Насос центробежный (поз. 5) выкачивает хладоноситель из коллектора (поз. 7), расположенного в водоеме (озере) и подает его в контур хладоносителя испарителя пластинчатого (поз. 4). Хладагент кипит в испарителе, отбирая целевое низкопотенциальное тепло от природного источника – в данном случае от водоема. Охладившись в испарителе (тем самым, отдав тепло хладагенту), хладоноситель возвращается в коллектор водоема. Далее испарившийся хладагент поступает в компрессор поршневой (поз. 1). Компрессор сжимает пары хладагента, тем самым нагревая их до температуры в пределах 90-130 °С и нагнетает их в конденсатор водяной (поз. 2). В водяном контуре конденсатора нагревается теплоноситель, охлаждая и конденсируя до жидкого состояния хладагент в хладоновой полости данного теплообменного аппарата. Теплоноситель (в качестве теплоносителя может быть использована как пресная вода, так и растворы этиленгликолей и пропиленгликолей) поступает в водяной контур конденсатора при помощи насоса (поз. 6). Далее, нагревшись, он поступает параллельно в бак-аккумулятор (поз. 8) и водонагреватель пластинчатый проточный (поз. 10). Из бака-аккумулятора теплоноситель, распределяясь, поступает к следующим потребителям системы теплоснабжения коттеджа: батареям (поз. 9) (либо фанкойлам или местным доводчикам), системе теплого пола (поз. 14), системе подогрева бассейна (поз. 15), различным бытовым нагревательным приборам, в частности полотенцесушителям (поз. 16). Водонагреватель служит для нагрева проточной водопроводной воды для нужд таких потребителей как кухня (поз. 11), ванная (поз. 12), душ (поз. 13). Отдав свою тепловую энергию во всех потребителях, теплоноситель возвращается на всасывание к насосу. Отдав свою тепловую энергию проточной водопроводной воде в водонагревателе проточном, теплоноситель возвращается, а отработанная вода после использования в бытовых целях, утилизируется в канализацию.

Также, на сегодняшний день применяются схемы, в которых тепловая энергия из сточных вод может быть использована непосредственно для получения горячей воды при помощи теплового насоса.

Жидкий хладагент направляется к терморасширительному вентилю (поз. 3), в котором происходит резкое понижение давления при расширении. После ТРВ хладагент поступает в испаритель и цикл повторяется.

Основное оборудование установки компрессор поршневой полугерметичный Bitzer 6JE-33Y-40P серии Ecoline, конденсатор кожухотрубный Bitzer K1353T, испаритель пластинчатый Danfoss EnFusion™ B3-052-90. Технические характеристики данного оборудования приведены в статье Тепловой насос типа вода – вода. Отбор тепла от водоема. Технические характеристики оборудования.

Источник

Устройство тепловых насосов вода-вода и их эффективность

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.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

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.

Первичный теплообменник в водоёме рядом с домом

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.

Скважина для теплового насоса

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.

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.

Что учесть при выборе? Производители и цены

Что обычно учитывается при выборе ТН типа вода-вода?

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

• 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.

Коллектор для погружения в водоём

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.

Тепловой насос вода-вода

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

Источник