Värmepump “vatten-vatten”: konstruktion, funktionsprincip, regler för att anordna uppvärmning baserad på den

För uppvärmning och varmvattenförsörjning i privata hus är det lämpligt att använda en vatten-till-vatten värmepump som drivs av naturliga källor – grundvatten, floder, sjöar etc. Systemet är helt miljövänligt, kräver inga regelbundna kostnader för förbrukningsmaterial och blir därför allt mer populärt.

Vi berättar om olika varianter av värmepumpen som använder vattnets miljöenergi för att överföra den till privata värmesystem. För nyfikna hemmafixare har vi beskrivit funktionsprinciperna för populära varianter och konstruktionstekniken. Här får du veta vilken utrustning som behövs för systemets drift.

Funktionsprincip för vatten-till-vatten värmepump

Värmepumpen förkroppsligar Carnot-cykelns princip. Den innebär att ett ämne som rör sig i ett slutet system och ändrar sitt aggregationstillstånd från vätska till gas under påverkan av kemiska, fysikaliska eller termiska faktorer frigör och absorberar enorma mängder termisk energi.

Arbetsämnet är en värmebärare – vatten från brunn eller vattendrag.

Även på vintern håller sig en positiv temperatur i naturliga källor på ett visst djup, så man kan utvinna termisk energi året runt. Den enda nackdelen med installationen är hög elförbrukning och behovet av att köpa extra utrustning.

Diagrammet visar cirkulationsmönstret för vatten och köldmedium. Systemet gör det möjligt att få termisk energi oavsett säsong

Huvudkomponenter i en vatten-till-vatten värmepump:

• kompressor;
• förångare;
• kondensor;
• expansionsinduktionsventil;
• automatiskt system som övervakar indikatorer;
• flera ledningar av kopparrör;
• arbetsmedium (köldmedium).

Med hjälp av en speciell pump kommer vattnet genom rör från källan till värmeanläggningen, där det sedan interagerar med gasen (freon) som kokar vid en temperatur på +2-3 grader. Freonet absorberar en del av värmen från vattnet och sugs in av kompressorn, där dess temperatur ökar under kompressionen.

Utrustningen för värmepumpen tar upp en hel del plats, men ger möjlighet att bli av med beroendet av kommunal service.

Därefter kommer köldmediet in i kondensorn, varefter det heta ämnet värmer upp vattnet till önskad temperatur (från +40 till +80 grader), som transporteras genom värmesystemets rör.

Det kylda vattnet kommer in i förångaren och töms sedan i mottagningsbrunnen. Efter att ha passerat kondensorn blir köldmediet flytande och samlas på botten av elementet, och återgår sedan genom strypventilen till ursprungspositionen. Därefter upprepas cykeln.

Vad ska man titta på när man installerar sådan uppvärmning?

Det finns ett stort antal olika modifikationer av värmepumpar avsedda för lokaler av alla ändamål och storlekar, samt som fungerar under olika förhållanden. Utrustningen är avsedd för uppvärmning av hus med en total yta på 50 till 150 kvadratmeter.

Riktmärke nr 1 – vattnets hårdhet

Vattenkvaliteten i brunnen eller vattendraget spelar en viktig roll vid val av utrustning. Alla modeller klarar inte av att arbeta med hårt vatten som innehåller stora mängder mangan och järn.

Hög koncentration av dessa element skadar systemet – korrosion bildas snabbare på rören, vilket leder till minskad verkningsgrad och kortare livslängd för utrustningen.

Därför tar man innan köp av en värmepump ett vattenprov och gör en analys på förekomst av dessa och andra mikroelement – svavelväte, ammoniak, klor, etc. Vanligtvis om temperaturen i dammen överstiger +13 grader, är det stor sannolikhet att vattnet innehåller mycket järn- och manganjoner.

Därför väljs en värmepump vatten-vatten med hänsyn till vattnets hårdhet. Det finns system vars komponenter är maximalt skyddade mot korrosion, men de är dyrare.

Riktmärke nr 2 – driftläge

En värmepump kan användas som enda värmekälla eller samverka med andra system. Därför är det viktigt att innan man väljer modell bestämma i vilket driftsätt enheten ska arbeta.

Det finns totalt två typer av systemfunktion:

• Monovalent. Apparaterna har hög effekt och är lämpliga för uppvärmning av hus.
• Bivalent. Mindre effektiva enheter som kompletterar den primära värmeutrustningen.

För att bygga ett autonomt system med en huvudsaklig värmepump vatten-vatten behövs en monovalent typ.

Riktmärke nr 3 – pumpens effekt

Effekten är en viktig faktor vid val av värmepump eftersom systemets prestanda beror på den. Ju högre effekt, desto högre verkningsgrad, men också högre elförbrukning.

Prestandan hos en värmepump vatten-vatten väljs utifrån verkliga behov

Om man väljer en enhet med för låg effekt kommer systemets effektivitet att minska om husets värmeförluster överstiger den energi som systemet kan avge. Värmepumpen kan arbeta dygnet runt, men det ger ingen effekt på grund av sänkt vattentemperatur.

När byggnadens värmeförluster är lägre än systemets värmeavgivning startar pumpen vanligtvis automatiskt i några minuter, värmer upp vattnet till inställd temperatur och transporterar det genom systemet. Därefter stängs den av tills temperaturen sjunker några grader. Sedan upprepas cykeln.

Riktmärke nr 4 – funktioner hos den specifika modellen

Värmepumpar kan ha extra funktioner, dessa är:

• Ett automatiskt styrsystem som gör det möjligt att reglera inomhusklimatet efter eget tycke. Styrningen sker vanligtvis med en fjärrkontroll.
• Funktion för uppvärmning av varmvatten.
• Ljudisolerande hölje.
• Möjlighet att ansluta till andra värmesystem, solfångare, vilket gör uppvärmningsutrustningen helt autonom.

Livslängden för värmepumpar vatten-vatten överstiger vanligtvis 30 år.

Lika viktigt vid val av utrustning anses installations- och monteringskostnaden.

Beräkning av erforderlig effekt för värmepumpen

Innan man köper systemet är det viktigt att i förväg göra en plan och beräkna nödvändig effekt. Prestandan beräknas med hänsyn till faktiska behov av värmeenergi. Man tar hänsyn till värmekostnader, husets värmeförluster och förekomst eller frånvaro av en VV-krets.

Beräkningsalgoritm:

1. Beräkna den totala arean av uppvärmda utrymmen.
2. Du bestämmer den nödvändiga mängden energi för uppvärmning. Det optimala värdet per kvadratmeter är 0,07 kW.
3. För att värma upp ett hus på N kvadratmeter behöver du N*0,07 kW.
4. För VV lägger du till ytterligare 15-20% till det erhållna talet, det vill säga N*0,07*0,85 eller N*0,07*0,80.

Denna beräkning är optimal för rum med takhöjd som inte överstiger 2,7 m. Mer exakta beräkningar görs av specialister under projekteringen.

Förberedande arbete före drift

Förberedelser för montering, anslutning och idrifttagning av värmepumpen från serien vatten-vatten omfattar en rad standardsteg, som du kommer att bekanta dig med nedan.

Val av optimal vattenkälla

Du bör notera att långt ifrån varje öppen källa eller vattenbrunn är lämplig för oavbruten funktion av värmepumpen. Vattenkvaliteten spelar en viktig roll, men filter kan hjälpa till att lösa problemet med föroreningar.

Du kan använda en vattenansamling eller damm belägen inom 100 meter från byggnaden. Om en sådan källa saknas uppstår behovet av att borra brunnar.

Valet av källa för värmepumpen bör du inrikta på enkelhet och användningskostnad. Om det finns en närliggande öppen vattenansamling är det förnuftigast att använda den.

Beteendet hos en öppen källa är mer förutsägbart än grundvatten, så om möjligt bör du föredra vattenansamlingar.

Installation av värmesystem med brunn

För installation av ett system med värmepump behövs två brunnar. Den ena brunnen kallas produktionsbrunn. I den sänks en speciell pump som används för att ta upp vatten för vidare bearbetning i systemet. Den andra brunnen är en mottagningsbrunn. Dit rinner det kylda vattnet.

Avlopps- och tillförselbrunnarna måste vara placerade minst 15 meter från varandra

Produktionsbrunnens djup får inte överstiga 50 meter. Ju djupare vattenkällan är, desto kraftfullare pump krävs för att leverera vattnet, vilket ökar energiförbrukningen.

Konstruktion av produktionsbrunn

Innan driftsättning av produktionsbrunnen är det viktigt att veta hur mycket vatten den kan ge och hur mycket vätska som behövs för att värma upp hela lokalen. Ju högre vattentemperatur, desto mindre vatten krävs för uppvärmning.

Det är viktigt att i förväg beräkna volymen V som måste pumpas ur brunnen under en timme för att värma upp lokalen. Antag att det finns en pump vars värmekapacitet är ett visst tal Q kW och effektförbrukning är P kW. Man måste också känna till grundvattentemperaturen (t1) och dess temperatur efter värmeväxling (t2).

Då ser formeln för beräkning av den nödvändiga vattenvolymen per timme ut så här:

V = (Q-P)/(t1-t2).

Det är omöjligt att analytiskt bestämma produktionsbrunnens förmåga att leverera erforderlig vattenvolym, därför testas den. Under 3 dagar pumpar pumpen oavbrutet vatten från brunnen. På så sätt kontrolleras även mottagningsbrunnens förmåga att ta emot nödvändig mängd vatten vid hög belastning.

Det är viktigt att förstå att grundvatten beter sig oförutsägbart, så vattenmängden från produktionsbrunnen kan minska med tiden. Till exempel på våren observeras högvatten och på vintern minskar vattnet tvärtom. Om vattnet i brunnen inte räcker till stängs systemet automatiskt av och uppvärmningen upphör.

Egenskaper för inloppsbrunn

Mottagningsbrunnen placeras nedströms grundvattnet. Det är analytiskt omöjligt att bestämma i vilken riktning vattnet rör sig. Därför väljer man i praktiken en godtycklig brunn som produktionsbrunn och sänker ner en dränkbar pump i den.

Om vattennivån inte sjunker under systemets drift, är valet korrekt. Om nivån sjunker och vattentemperaturen minskar, måste brunnarna byta plats – flytta den dränkbara pumpen till det andra hålet.

Avloppsröret i mottagningsbrunnen måste sänkas ned några centimeter i vattnet, utan att nå botten. Om man tömmer avfallsvätskan ovanifrån leder det till försumpning. Rörbrunnen kan sluta ta emot vatten och täppas igen.

Resultatet riskerar att leda till översvämning, och under vintertid möjlig isbildning. Det bästa alternativet för en mottagningskälla är en flod eller damm. Om sådana objekt inte finns i närheten, uppstår behovet att borra ytterligare en eller flera mottagningsbrunnar för att säkerställa vid översvämning.

På bilden visas ett exempel på användning av en brunn som både mottagnings- och debetbrunn

Det går inte att avgöra om brunnen kommer att ta emot vatten, varken med analytiska eller testmetoder. Erfarenheten visar att en avloppsbrunn kan absorbera vatten oavbrutet i många år, men kan också gå sönder inom en säsong.

Det finns tekniker som gör det möjligt att använda en enda brunn som både debet- och mottagningsbrunn, men denna metod är inte effektiv – driften kommer att åtföljas av svårigheter, möjlig sänkning av vattentemperaturen, försumpning och en rad andra problem.

Konstruktion av system med användning av vattendrag

Den valda dammen måste vara tillräckligt djup så att de nedre vattenlagren inte fryser under hård frost. I södra regioner är optimalt djup cirka 1 meter, i norra regioner krävs en källa med djup på minst 3 meter. Dammen måste också vara stabil – fluktuationer i vattennivån och minskning är inte acceptabla.

Till vattenkällan leder två rörledningar – en debetledning och en mottagningsledning. I mottagningsledningen installeras en dränkbar pump.

Som rör rekommenderas modeller av PND, som kännetecknas av hållbarhet och pålitlighet. Det är viktigt att skydda rören från frysning genom att ytterligare isolera dem, och från brott.

Förberedelse av huset för installation av värmepump

För att fungera med en vatten-vatten värmepump måste huset vara utrustat med ett vattenbaserat värmesystem, i form av rör och radiatorer. För bättre isolering är det också möjligt att installera värmeslingor i golv och väggar.

Om utrustningen ska användas för att leverera varmvatten, måste huset ha ett system för uppsamling. För pumpens drift krävs anslutning till elnätet med obegränsad strömförsörjning.

Utan ytterligare åtgärder för husets värmeisolering (utvändig isolering, installation av tvåglasfönster etc.) är det meningslöst att använda en värmepump.

Specialister rekommenderar att du även installerar ett tilluftssystem med luftvärmningsmekanism. Den freon som används i utrustningen är skadlig för människor. Om det uppstår mikrosprickor i systemets krets, kommer gasen att frigöras och tränga undan luften i rummet. Köldmediet kan orsaka försämring av lungsjukdomar och kvävningsanfall.

En värmepump är tung utrustning; dess vikt kan nå upp till ett ton (beroende på effekt och storlek). Därför kan det i vissa fall vara nödvändigt att bygga en separat grund, som inte är kopplad till husets grund.

Innan du installerar utrustningen måste du ta hänsyn till rummets tillåtna mått och hålla avståndet till väggarna enligt produktens specifikation.

Extra utrustning

Valet av tilläggsutrustning för värmepumpen är en ansvarsfull uppgift, vars lösning i hög grad avgör värmesystemets långsiktiga hållbarhet och frånvaro av driftproblem.

Dränkbar pump för brunnar och vattendrag

Om värmepumpen i systemet används för att leverera varmvatten kan en enhet med låg effekt sänka trycket i kranarna. En kraftfull pump löser problemet men förbrukar mer energi. Minsta tillåtna effekt vid drift av VV – 1 kW.

Det finns många olika varianter av dränkbara pumpar. Valet görs utifrån tre kriterier:

• Mängden vätska som används för pumpning (ju mer vatten som måste transporteras, desto högre måste pumpens effekt vara).
• Brunnens djup (ju djupare brunnen är, desto högre måste utrustningens effekt vara);
• Brunnens diameter (traditionellt föredras 4-tums schakt eftersom flest pumpar är konstruerade för dem, till skillnad från 3-tums).

För att bestämma brunnens djup måste du fästa en vikt på ett rep och sänka ned det i schaktet. Den våta delen av repet anger brunnens fulla djup, den torra delen anger avståndet från vattenytan till ytan.

Pumpen sänks ned i brunnsschaktet till det djup som anges av tillverkaren. Vanligtvis anges i databladet hur många meter det ska vara mellan vattenytan och pumpen, samt mellan botten av schaktet och pumpen.

För schakt kan både universella pumpar och utrustning speciellt framtagen för brunnar passa. Om schaktet har utvecklats av proffs, blir det mindre nedsandat, så man kan tryggt använda en universell pump.

Pumpar som är speciellt konstruerade för brunnar kostar mer, men de hanterar sand och smuts utmärkt och blir mindre igensatta. Universella pumpar är känsliga för höga halter av organiskt material, de måste rengöras regelbundet från smuts, vilket minskar deras livslängd.

Föredra pumpar med automatik, eftersom de vid överhettning av motorn, för mycket igensättning eller vattenbrist i brunnen stänger av sig själva, vilket förhindrar att motorn överhettas och går sönder.

Efter funktionsprincip skiljer man mellan 2 typer av dränkbara pumpar:

• Centrifugal.
• Vibrationspumpar.

För arbete i brunnar som utvinner vatten ur kalksten är centrifugala djupmodeller att föredra. De är känsliga för vatten med sandkorn och lerslam.

Om värmepumpen är ansluten till en öppen vattenkälla är det bättre att använda ytpumpningsutrustning avsedd för smutsigt vatten, eller en billig vibrationspump.

Värmeväxlare för värmepump

I värmepumpar kan freon under cirkulationen kylas otillräckligt, vilket leder till överhettning av kompressorn på grund av för hög temperatur vid utloppet. Därför är det viktigt att förbättra kylningen av mediet och därmed sänka trycket i kretsarna.

Det finns ytterligare ett problem som är typiskt för alla värmepumpar – köldmediet kan blandas med vattenånga. Om vätskan kommer in i kompressorn kan en vattenslag inträffa. I så fall krävs reparation eller utbyte av delen. Vatten kan också komma in i oljan, och det är svårt att få bort därifrån.

Alla ovan beskrivna problem löses genom installation av en mellanvärmeväxlare. Värmeväxlare finns i tre typer – öppen typ, skal- och rörvärmeväxlare och spiralvärmeväxlare.

Modifieringen av öppen typ neutraliserar vätska som kommit in i freonet under cirkulationen, vilket minimerar risken för vattenslag i kompressorn. Anordningen kännetecknas av hög prestanda med minimal effektförbrukning.

Vid installation av en värmeväxlare av öppen typ är det viktigt att korrekt välja storleken på vätskeledningen för att säkerställa minimal tryckkompression

Rätt valda rör gör det möjligt att neutralisera risken för vätskekokning. Ventilen måste ha tillräcklig kapacitet så att vätskan vid låg tryckskillnad kan tränga in i enheten.

Skal- och rörvärmeväxlaren är en sluten konstruktion. Värmeväxling sker genom rörväggarna, och vätska och köldmedium blandas inte, till skillnad från den öppna typen, vilket ger högt tryck för cirkulation av ånga och luft.

Spiralvärmeväxlare kännetecknas av närvaron av en flödesregulator som styr flödet av flytande freon. Enhetens storlek beror direkt på värmepumpens effekt. Valet av produkt måste göras med hänsyn till funktionalitet och tillgänglig budget. Det är önskvärt att föredra demonterbara modeller.

Filter för värmepump

Vatten från brunnar eller vattendrag kommer inte i ren form. Det kan innehålla sand, smuts, olika mikroelement – järn, svavelväte, mangan, klor, ammoniak m.m. Innan vattnet leds in i värmepumpen måste det filtreras.

Först och främst måste grova ämnen avlägsnas – stenar, sand, smuts, dy. För att få bort dem från vattnet krävs installation av en hydrocyklon.

Hydrocyklon – en anordning som krävs för grovrening av vatten. Den måste väljas med hänsyn till pumpens effekt.

Därefter är det viktigt att installera filter som avlägsnar järn, svavelväte, mangan och ammoniak. Dessa mikroelement förkortar utrustningens livslängd och orsakar korrosion.

Man kan använda omvänd osmos-filter, avhärdare, avjärningsfilter och deras modifieringar. För att säkerställa dricksvatten och varmvatten bör man dessutom utrusta med kolfilter och en UV-sterilisator som dödar bakterier och virus.

Elgenerator för reservkraft

Värmepumpar drivs av elnätet, så om strömmen går förlorad blir huset utan uppvärmning. Det är lämpligt att även köpa en elgenerator som drivs med bränsle.

Det är viktigt att elgeneratorn kan producera den nödvändiga effekten för pumpens kompressor.

Driftegenskaper för en sådan värmepump

En gång om året bör man göra en egen visuell inspektion av pumpens komponenter, följa underhållsrekommendationerna – smörja delar i tid, övervaka enhetens korrekta funktion vid pumpning av vatten.

Vissa typer av utrustning kräver regelbunden kontroll (vanligtvis 1-2 gånger per år) av servicecentrets specialister. Under kontrollen upptäcks:

• läckage av maskinolja genom sprickor i kretsen;
• kvaliteten på fästen och anslutningar;
• trycknivån i tankar och kretsar;
• fel i kraftledningens funktion.

Installation av värmepump vatten-vatten bör överlåtas till utbildade specialister. Systemets ineffektivitet är oftast kopplad till felaktig installation. Värmeutrustningen är lämplig för användning av både invånare i södra och norra regioner.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Videon presenterar funktionsprincipen och enhetens egenskaper:

Sammanfattningsvis kan man dra slutsatsen att en vatten-till-vatten värmepump anses vara en effektiv och miljösäker utrustning, avsedd för uppvärmning av hus upp till 150 kvadratmeter. För att utrusta en större yta kan det krävas ganska komplexa tekniska undersökningar.

Om du har frågor när du läser informationen, ställ dem gärna i rutan nedan. Vi ser fram emot dina kommentarer, frågor om ämnet, berättelser och foton om att bygga ett minikraftverk själv. Din åsikt är intressant för oss.