Тепловой насос вода-вода

Тепловой насос, предназначенный для нагрева теплоносителя за счет тепловой энергии грунтовых вод или вод водоема, называется тепловым насосом «вода-вода». Насосы этого вида ориентированы на  передачу тепла от жидкой среды  (грунтовых вод) к жидкой среде (теплоносителю).

Тепловой насос вода-вода

Тепловой насос вода-вода может быть двух видов:

  • Горизонтальный, рассчитанный на использование тепла придонного слоя воды в близлежащем водоеме. В этом случае теплообменник укладывается кольцами на дно водоема
  • Вертикальный, рассчитанный на использование запаса тепловой энергии подземных вод и расположение теплообменника вертикально в скважине

Особенности отбора тепла от водоема
 
Основной особенностью водоемов является наличие незамерзающего слоя, расположенного в непосредственной близости ко дну. Его глубина зависит от географического положения водоема и на большей части нашей страны составляет в среднем 2 метра. В северных районах глубина промерзания водоемов больше, в южных районах, напротив, она меньше.

Теплообменник теплового насоса укладывают непосредственно на дно и закрепляют его с помощью грузов. Как правило, для предотвращения всплытия 1 погонного метра теплообменника требуется приблизительно груз весом 5 кг.

Теплообменник теплового насоса

Температура воды в водоеме зимой составляет 8-10 С, а во время сильных морозов может опускаться  до 4 С. Расчетным путем установлено, что при такой температуре воды с одного метра теплообменника можно получать приблизительно 30 Вт тепловой мощности. Соответственно с  помощью горизонтального теплообменника длиной 200 м можно получить тепловую мощность равную 6кВт, что вполне достаточно для отопления дома  со средним уровнем тепловых потерь площадью 60 м2.

Много это или мало?

О рациональном использовании тепловой энергии

Тепловые насосы  эффективны только при обогреве хорошо утепленных строений с минимальным уровнем тепловых потерь. Еще больший эффект можно получить при расположении дома окнами на юг, а также при устройстве вентиляционной системы с предварительным подогревом свежего воздуха за счет тепла удаляемых из помещения воздушных масс.

Считается, что нет смысла собирать тепло по капле и «выкачивать» его из холодных водоемов, чтобы затем использовать его для нагрева окружающей среды.

Действительно, при качественно выполненной тепловой изоляции строения для его отопления требуется значительно меньшая тепловая мощность. Именно по этой причине в паспорте тепловых насосов, например, мощностью 5кВт, говорится, что он предназначен для отопления дома площадью от 50 до 150 м2. При этом первая цифра (50 м2) относится к обычному строению, например, со стенами из кирпича и окнами с двойным остеклением.

Цифра 150 м2 справедлива для зданий и сооружений, построенных по современным технологиям, с использованием новых теплоизоляционных материалов, таких как каменная вата или теплоизоляционные плиты на основе экструзионного пенополистирола, с утеплением цоколя, всех перекрытий и с установкой двухкамерных стеклопакетов.

Тепловой насос, использующий энергию подземных вод

Температура подземных вод всегда постоянна и составляет 8-10 С, что обеспечивает более эффективную работу тепловых насосов (по сравнению с тепловой энергией водоемов).
 
Для использования тепловой энергии подземных вод бурят 2 скважины. Из первой скважины осуществляется забор воды и прохождение ее через теплообменник с последующим сливанием во вторую скважину, расположенную по направлению движения грунтовых вод. Правильное расположение скважин выше и ниже течения подземных вод предотвращает от застоя воды: ситуации, во время которой скважина просто не принимает сливаемую воду.

Использование тепловой энергии

Все системы труб, проложенные на поверхности, должны быть надежно защищены от замерзания. При этом трубопровод прокладывается с наклоном в сторону возвратной скважины, а сливная труба в нее должна быть опущена ниже уровня грунтовых вод. Скважины следует располагать друг от друга на расстоянии не менее 5 метров. Еще лучше, если расстояние между ними будет 10, а то и 20 метров.

Для получения мощности  5 кВт  в среднем необходимо перекачивать 1,5-2 м3 воды в час при снижении ее температуры на 3-4 градуса.

Однако стоимость бурения скважины, особенно при глубоком залегании водоносных пластов, может стать серьезным препятствием на пути к установке теплового насоса.  В принципе можно ограничиться уже имеющейся одной скважиной, например, предназначенной для водоснабжения.

В этом случае она используется как нагнетающая и приемная скважина одновременно. Насос располагается в ее  верхней части, а вода, поступающая из системы, сливается в нижнюю часть скважины. Однако эффективной она будет только при постоянной подпитке, обеспечивающей один и тот же уровень температуры воды. Если этого нет, скважина может перемерзнуть.

Ниже приведена схема подключения теплового насоса при использовании одной скважины.

Схема установки теплового насоса
 
От теории к практике

Тепловые насосы широко используются для отопления жилых домов в европейских странах, где отсутствие энергоносителей заставило искать источники альтернативного отопления намного раньше, чем это произошло в нашей стране.

Более того, именно насосы вода-вода считаются наиболее перспективными и эффективными теплотехническими устройствами. Сегодня практически все известные производители теплотехнического оборудования предлагают потребителям различные модели тепловых насосов с высокими эксплуатационными характеристиками и длительным сроком службы.

Отличительной особенностью тепловых насосов вода-вода является защита от коррозии, системы фильтрации воды, а также устойчивость оборудования к различным факторам внешней среды, в том числе и к перемерзанию.

О чем следует помнить при выборе теплового насоса вода-вода

Тепловой насос вода-вода будет эффективен только при соблюдении всех требований к скважине, поэтому без консультации грамотного специалиста гидрогеолога вряд ли удастся оценить реальную ситуацию с расположением и движением подземных вод.

Если температура воды в скважине выше 13 С велика вероятность повышенного содержания в воде железа и марганца, что может привести к ускоренной коррозии и быстрому выходу оборудования из строя. В этом случае нужно выполнить ряд мероприятий, направленных на дополнительную защиту от коррозии.

Если все мероприятия выполнены правильно и скважины обеспечивают бесперебойную циркуляцию воды, настоящей наградой потребителю станет надежная и удобная система отопления, рассчитанная на долгие годы подачи бесплатного тепла зимой и охлаждения дома летом.
 

Вопросы пользователей: