Dizalica topline “voda-voda”: uređaj, princip rada, pravila uređenja grijanja na njegovoj osnovi

Za grijanje i opskrbu toplom vodom privatnih kuća preporučljivo je koristiti toplinsku pumpu voda-voda koja radi na prirodne izvore – podzemne vode, rijeke, vodena tijela itd. Sustav se odlikuje apsolutnom ekološkom sigurnošću, ne zahtijeva redovite troškove potrošnog materijala, stoga postaje sve traženiji.

Mi ćemo vam ispričati o varijantama uređaja toplinske pumpe koja koristi eko-energiju vode za prijenos u kućne sustave grijanja. Za radoznale kućne majstore opisali smo principe rada popularnih varijanti uređaja i tehnologiju izgradnje. Kod nas ćete saznati koja je oprema potrebna za rad sustava.

Princip rada toplinske pumpe voda-voda

Toplinska pumpa utjelovila je princip Carnotovog ciklusa. On se sastoji u tome da pokretna tvar u zatvorenom sustavu, mijenjajući pod utjecajem kemijskih, fizičkih ili toplinskih čimbenika svoje agregatno stanje iz tekućeg u plinovito, oslobađa i apsorbira ogromnu količinu toplinske energije.

U ulozi radne tvari nastupa toplinski nositelj – voda iz bušotine ili vodnog tijela.

Čak i zimi u prirodnim izvorima na određenoj dubini zadržava se pozitivna temperatura, pa se iz njih tijekom cijele godine može izvlačiti toplinska energija. Jedini nedostatak instalacije – visoka potrošnja električne energije i potreba za kupnjom dodatne opreme.

Na shemi je prikazana putanja cirkulacije vode i rashladnog sredstva. Sustav omogućuje dobivanje toplinske energije, neovisno o sezoni

Osnovni elementi toplinske pumpe voda-voda:

• kompresor;
• isparivač;
• kondenzator;
• ekspanzijskog indukcijskog ventila;
• automatski sustav koji obavlja nadzor pokazatelja;
• višestruki vodovi od bakrenih cijevi;
• radna tvar (rashladno sredstvo).

Pomoću posebne pumpe voda kroz cijevi dolazi iz izvora u toplinsku jedinicu, nakon čega reagira s plinom (freonom) koji ključa na temperaturi od +2-3 stupnja. Freon apsorbira dio topline vode i usisava ga kompresor, gdje se tijekom kompresije njegova temperatura povećava.

Oprema toplinske pumpe zauzima dosta prostora, ali pruža mogućnost oslobađanja od komunalne ovisnosti

Zatim rashladno sredstvo ulazi u kondenzator, nakon čega vruća tvar zagrijava vodu do zadane temperature (od +40 do +80 stupnjeva), koja se transportira kroz cijevi sustava grijanja.

Ohlađena voda ulazi u isparivač, zatim se ispušta u prijemni bunar. Nakon prolaska kroz kondenzator rashladno sredstvo postaje tekuće i skuplja se na dnu elementa, zatim se kroz prigušni ventil vraća na početno mjesto. Zatim se ciklus ponavlja.

Na što obratiti pažnju pri uređenju takvog grijanja?

Postoji veliki broj različitih modifikacija toplinskih pumpi namijenjenih prostorijama bilo koje namjene i veličine, a također rade u različitim uvjetima. Oprema je namijenjena za grijanje kuća ukupne površine od 50 do 150 četvornih metara.

Orijentir br. 1 – tvrdoća vode

Kvaliteta vode iz bunara ili vodenog tijela igra važnu ulogu pri odabiru opreme. Nisu svi modeli sposobni raditi s tvrdom vodom koja sadrži velike količine mangana i željeza.

Visoka koncentracija ovih elemenata šteti sustavu – na cijevima se brže stvara korozija, što dovodi do smanjenja učinkovitosti opreme i njezinog vijeka trajanja.

Stoga prije kupnje toplinske pumpe uzimaju uzorak vode i rade njegovu analizu na prisutnost ovih i drugih mikroelemenata – sumporovodika, amonijaka, klora itd. Obično ako temperatura u ribnjaku prelazi +13 stupnjeva, tada s velikom vjerojatnošću u vodi ima mnogo iona željeza i mangana.

Dakle, toplinska pumpa voda-voda odabire se uzimajući u obzir tvrdoću vode. Postoje sustavi čiji su elementi maksimalno zaštićeni od korozije, ali su skuplji.

Orijentir br. 2 – režim rada

Toplinska pumpa može se koristiti kao jedini izvor topline ili u interakciji s drugim sustavima. Stoga je prije odabira modela važno odrediti u kojem će načinu uređaj raditi.

Ukupno postoje dva tipa funkcioniranja sustava:

• Monovalentni. Uređaji imaju veliku snagu, prikladni su za grijanje kuće.
• Bivalentni. Manje učinkoviti uređaji, nadopunjuju glavnu opremu za grijanje.

Za izgradnju autonomnog sustava s glavnim grijaćim agregatom voda-voda, potreban je monovalentni tip.

Orijentir br. 3 – snaga pumpe

Snaga je važan pokazatelj pri odabiru toplinske pumpe, jer o njoj ovisi učinkovitost sustava. Što je veća snaga, veća je i učinkovitost opreme, ali i veća potrošnja električne energije.

Kapacitet toplinske pumpe voda-voda odabire se na temelju stvarnih potreba

Pri odabiru uređaja s nedovoljnom snagom, učinkovitost sustava će pasti u slučaju da toplinski gubici kuće premaše količinu energije koju sustav daje. Toplinska pumpa može raditi 24 sata dnevno, ali neće biti učinka zbog smanjenja temperature vode.

Kada su toplinski gubici zgrade manji od toplinske snage sustava, pumpa se obično automatski pokreće na nekoliko minuta, zagrijava vodu do zadane temperature, transportira je kroz sustav. Zatim se isključuje dok temperatura ne padne za nekoliko stupnjeva. Tada se ciklus ponavlja.

Orijentir br. 4 – funkcionalnost konkretnog modela

Toplinske pumpe mogu imati dodatne funkcije, a to su:

• Sustav automatskog upravljanja, koji omogućuje regulaciju mikroklime prostorije po želji. Upravljanje se obično obavlja pomoću daljinskog upravljača.
• Funkcija zagrijavanja vode za opskrbu toplom vodom.
• Zvučno izolirano kućište.
• Mogućnost povezivanja s drugim sustavima grijanja, solarnim kolektorima, što će opremu za grijanje učiniti potpuno autonomnom.

Vijek trajanja toplinskih pumpi voda-voda obično prelazi 30 godina.

Jednako važnim pri odabiru opreme smatra se trošak instalacije i montaže.

Izračun potrebne snage toplinske pumpe

Prije kupnje sustava važno je prethodno izraditi projekt i izračunati potrebnu snagu opreme. Kapacitet se izračunava uzimajući u obzir stvarne potrebe za toplinskom energijom. U obzir se uzimaju troškovi topline, toplinski gubici kuće i postojanje ili odsutnost kruga PTHV.

Algoritam izračuna:

1. Izračunava se ukupna površina grijanih prostorija.
2. Određujemo potrebnu količinu energije za grijanje. Optimalna vrijednost po kvadratnom metru iznosi 0,07 kW.
3. Za zagrijavanje kuće od N kvadratnih metara bit će potrebno N*0,07 kW.
4. Za PTV se dobivenom broju dodaje dodatnih 15-20%, odnosno N*0,07*0,85 ili N*0,07*0,80.

Ovaj izračun bit će optimalan za prostorije sa stropovima koji ne prelaze visinu od 2,7 m. Preciznije izračune izvršit će stručnjaci tijekom izrade projekta.

Pripremni radovi prije eksploatacije

Priprema za sastavljanje, spajanje i puštanje u rad toplinske crpke iz serije voda-voda uključuje niz standardnih koraka s kojima ćemo se dalje upoznati.

Odabir optimalnog izvora vode

Treba napomenuti da nije svaki otvoreni izvor ili vodena bušotina prikladan za nesmetan rad toplinske crpke. Kvaliteta vode igra važnu ulogu, ali problem onečišćenja pomoći će riješiti filteri.

Dopušteno je koristiti vodenu površinu ili ribnjak smješten u radijusu od 100 metara od građevine. Ako takvog izvora nema, javlja se potreba za bušenjem bušotina.

Odabir izvora za toplinsku crpku treba usmjeriti na jednostavnost i trošak korištenja. U slučaju obližnjeg otvorenog vodotoka razumnije je koristiti njega.

Ponašanje otvorenog izvora predvidljivije je od podzemnih voda, stoga je, kada je moguće, prednost bolje dati vodenim površinama.

Instalacija toplinskog sustava korištenjem bušotine

Da biste instalirali sustav s toplinskom pumpom, trebat će vam dvije bušotine. Jedna od bušotina se obično naziva proizvodnom. U nju se uranja posebna pumpa koja crpi vodu za daljnju obradu u sustavu. Druga bušotina je prihvatna. U nju se ulijeva ohlađena voda.

Odvodna i dovodna bušotina moraju biti udaljene jedna od druge najmanje 15 metara

Dubina proizvodne bušotine ne smije prelaziti 50 metara. Što je izvor vode dublji, to će biti potrebna snažnija pumpa za njezino dopremanje, što će povećati potrošnju energije.

Uređaj debitne bušotine

Prije početka korištenja proizvodne bušotine važno je saznati koliko vode može dati i koliko je tekućine potrebno za grijanje cijelog prostora. Što je temperatura vode viša, to će je manje biti potrebno za grijanje.

Važno je unaprijed izračunati volumen V koji treba ispumpati iz bušotine u jednom satu za grijanje prostora. Pretpostavimo da postoji pumpa čija je toplinska snaga jednaka nekoj vrijednosti Q kW, a potrošnja snage jednaka P kW. Također je potrebno saznati temperaturu podzemne vode (t1) i njezinu temperaturu nakon izmijene topline (t2).

Tada formula za izračun volumena potrebne količine vode po satu glasi:

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

Analitički nije moguće odrediti sposobnost proizvodne bušotine da daje potreban volumen vode, stoga se provodi njezino testiranje. Tijekom 3 dana pumpa neprekidno crpi vodu iz bušotine. Na taj se način provjerava i prihvatna bušotina, njezina mogućnost da primi potrebnu količinu vode pri visokom opterećenju.

Važno je razumjeti da se podzemne vode ponašaju nepredvidivo, stoga vode iz proizvodne bušotine može s vremenom biti manje. Na primjer, u proljeće dolazi do porasta, a zimi, naprotiv, voda opada. Ako u bušotini nema dovoljno vode, sustav se automatski isključuje i grijanje ne radi.

Značajke prijemne bušotine

Prihvatna cijevna bušotina postavlja se nizvodno od podzemnih voda. Analitički nije moguće odrediti u kojem se smjeru voda kreće. Stoga se u praksi odabire proizvoljna bušotina kao proizvodna i u nju se spušta potopna pumpa.

Ako se tijekom rada sustava razina vode ne spušta, odabir je ispravan. Ako se razina spustila i temperatura vode se snizila, tada je potrebno zamijeniti bušotine – premjestiti potopnu pumpu u drugi otvor.

Odvodnu cijev u prijamnu bušotinu potrebno je uroniti nekoliko centimetara u vodu, ne dosežući dno. Ako se otpadna tekućina izbacuje odozgo, to će dovesti do zamočvarenja. Cjevasti bunar može prestati primati vodu i začepiti se.

Rezultat prijeti prelijevanjem, a zimi mogućim zaleđivanjem. Najbolja opcija za prijamni izvor je rijeka ili ribnjak. Ako tih objekata nema u blizini, postoji potreba za bušenjem još jedne ili više prijamnih bušotina kako bi se osigurali u slučaju prelijevanja.

Na slici je prikazan primjer korištenja jedne bušotine kao prijamne i debitne.

Saznati hoće li bušotina primati vodu nemoguće je ni analitičkim ni ispitnim načinom. Praksa pokazuje da odvodna bušotina može neprekidno upijati vodu dugi niz godina, a može i potpuno otkazati u jednoj sezoni.

Postoje tehnologije koje omogućuju korištenje jedne bušotine kao debitne i prijamne, ali ova metoda nije učinkovita – eksploatacija će biti popraćena poteškoćama, moguće je sniženje temperature vode, zamočvarenje i niz drugih problema.

Uređaj sustava korištenjem vodnog tijela

Odabrani ribnjak mora biti dovoljno dubok kako donji slojevi vode ne bi smrzli tijekom jakih mrazova. U južnim regijama optimalna dubina iznosit će otprilike 1 metar, u sjevernim će biti potreban ribnjak dubine od 3 metra. Također, ribnjak mora biti stabilan – nedopustive su oscilacije razine vode, njeno smanjenje.

Do vodnog tijela vode dva cjevovoda – debitni i prijamni. U prijamni se ugrađuje potopna pumpa.

Kao cijevi preporučuje se korištenje modela od HDPE, koji se odlikuju trajnošću i pouzdanošću. Važno je zaštititi cijevi od smrzavanja, dodatno ih izolirajući, i od puknuća.

Priprema kuće za ugradnju toplinske pumpe

Za interakciju s toplinskom pumpom voda-voda u kući mora biti opremljen sustav grijanja na bazi vode, predstavljen u obliku cijevi, radijatorskih baterija. Za bolju izolaciju u pod i zidove također je dopušteno montirati cijevi za grijanje.

Ako će se oprema koristiti za opskrbu toplom vodom, tada u kući mora postojati sustav njezinog prikupljanja. Za rad pumpe bit će potrebno priključenje na električnu mrežu s neograničenim napajanjem.

Bez dodatnih mjera toplinske izolacije kuće (vanjske izolacije, ugradnje dvostrukih prozora i sl.) rad toplinske pumpe nema smisla.

Stručnjaci preporučuju da dodatno instalirate sustav ventilacije dovodnog tipa s mehanizmom za grijanje zraka. Freon koji se koristi u opremi štetan je za ljude. Ako u krugu sustava dođe do mikro-pukotina, plin će se osloboditi i time istisnuti zrak iz prostorije. Rashladno sredstvo može kod osobe izazvati pogoršanje plućnih bolesti i napade gušenja.

Toplinska pumpa je teška oprema, njezina težina može doseći tonu (ovisi o snazi i veličini), stoga je za njezinu ugradnju u nekim slučajevima potrebno izgraditi vlastiti temelj, koji nije povezan s temeljem vikendice.

Prije ugradnje opreme potrebno je uzeti u obzir dopuštene dimenzije prostorije, održati udaljenost do zidova navedenu u putovnici proizvoda.

Dodatna oprema

Odabir dodatne opreme za toplinsku pumpu odgovoran je zadatak, čije rješenje uvelike određuje dugoročnost rada sustava grijanja u cjelini i nepostojanje problema u eksploataciji.

Uronjeni pumpa za bušotine i vodene površine

Ako se u sustavu toplinska pumpa koristi za opskrbu toplom vodom, uređaj male snage može smanjiti tlak u slavinama. Snažna crpka riješit će ovaj problem, ali troši više energije. Minimalna dopuštena snaga pri radu PTV-a – 1 kW.

Postoji mnogo različitih modifikacija uronjenih crpki. Odabir se provodi uzimajući u obzir tri kriterija:

• Količina tekućine koja se koristi za crpljenje (što više vode treba transportirati, to veća mora biti snaga crpke).
• Dubina bušotine (što je bušotina dublja, to veća mora biti snaga opreme);
• Promjer bušotine (tradicionalno se daje prednost bušotinama od 4 inča, jer je za njih stvoreno najviše crpki, za razliku od onih od 3 inča).

Kako bi se odredila dubina bušotine, potrebno je na konopac pričvrstiti uteg i spustiti ga u šaht. Mokri dio konopca pokazat će punu dubinu bušotine, a suhi dio odredit će udaljenost od početka vode do površine.

Crpka se uranja u okno bušotine na dubinu koju je naveo proizvođač uređaja. Obično je u tehničkoj putovnici navedeno koliko metara treba biti između zrcala vode i crpke, dna iskopa i crpke.

Za šahtove mogu odgovarati i univerzalne crpke i oprema posebno stvorena za bušotine. Ako su se profesionalci bavili izradom šahta, on se manje začepljuje pijeskom, pa se može slobodno koristiti univerzalna crpka.

Pumpe posebno projektirane za bušotine su skuplje, ali izvrsno rade s pijeskom i prljavštinom te se manje začepljuju. Univerzalne su osjetljive na visok sadržaj organskih tvari, potrebno ih je redovito čistiti od prljavštine, zbog čega im se smanjuje radni vijek.

Prednost treba dati pumpama s automatizacijom, jer se u slučaju pregrijavanja motora, prekomjernog začepljenja ili nedostatka vode u bušotini same isključuju, čime se motor ne pregrijava i ne dolazi do kvara.

Prema načelu rada razlikuju se 2 vrste potopnih pumpi:

• Centrifugalne.
• Vibracijske.

Za rad u bušotinama koje crpe vodu iz vapnenca, poželjniji su centrifugalni dubinski modeli. Oni su osjetljivi na vodu s pijeskom i glinovitim suspenzijama.

Ako je toplinska pumpa spojena na otvoreno vodeno tijelo, bolje je koristiti površinsku pumpnu opremu namijenjenu za crpljenje prljave vode ili jeftin vibracijski uređaj.

Međuizmjenjivač topline toplinske pumpe

U toplinskim pumpama tijekom cirkulacije freon se može nedovoljno dobro hladiti, što dovodi do pregrijavanja kompresora uslijed prekomjerne temperature potiska. Stoga je važno poboljšati hlađenje tvari, čime se snižava tlak u krugovima.

Postoji još jedan problem karakterističan za sve toplinske pumpe – rashladno sredstvo može se miješati s parom vode. Ako tekućina dospije u kompresor, može doći do vodenog udara. U tom slučaju bit će potreban popravak ili zamjena dijela. Također, voda može dospjeti u ulje, a izvlačenje odatle je otežano.

Sve gore opisane probleme rješava ugradnja međuizmjenjivača topline. Izmjenjivači topline su tri vrste – otvorenog tipa, cijevni u plaštu i spiralni.

Modifikacija otvorenog tipa neutralizira tekućinu koja je dospjela u freon tijekom cirkulacije, čime se minimalizira vjerojatnost vodenog udara kompresora. Uređaj se odlikuje visokom učinkovitošću uz minimalnu potrošnju snage.

Prilikom ugradnje izmjenjivača topline otvorenog tipa važno je pravilno odabrati veličinu cjevovoda za tekućinu kako bi se osigurala minimalna kompresija tlaka.

Pravilno odabrane cijevi omogućit će neutraliziranje mogućnosti vrenja tekućine. Pritom ventil treba imati dovoljan protok kako bi tekućina pri maloj razlici tlaka mogla prodrijeti u uređaj.

Cijevni izmjenjivač topline u plaštu prikazan je kao zatvorena konstrukcija. Izmjena topline odvija se kroz stijenke cijevi, a tekućina i rashladno sredstvo se u njemu ne miješaju, za razliku od otvorenog tipa, što osigurava visok tlak za cirkulaciju pare i zraka.

Spiralni izmjenjivač topline odlikuje se prisutnošću regulatora protoka koji upravlja protokom tekućeg freona. Veličina uređaja izravno ovisi o snazi toplinske pumpe. Proizvod je potrebno odabrati uzimajući u obzir funkcionalnost i raspoloživi iznos. Preporučljivo je dati prednost rastavljivim modelima.

Filteri za toplinsku pumpu

Voda iz bunara ili vodenih tijela ne dolazi u čistom obliku. U njoj se mogu nalaziti pijesak, prljavština, različiti mikroelementi – željezo, sumporovodik, mangan, klor, amonijak i dr. Prije ulaska u toplinsku pumpu voda mora biti filtrirana.

Najprije je potrebno ukloniti krupne tvari – kamenje, pijesak, prljavštinu, mulj. Da bi se uklonili iz vode, potrebna je instalacija hidrociklona.

Hidrociklon – uređaj potreban za grubu obradu vode. Potrebno ga je odabrati uzimajući u obzir snagu pumpe.

Dalje je važno instalirati filtere koji uklanjaju željezo, sumporovodik, mangan, amonijak. Ovi mikroelementi skraćuju vijek trajanja opreme i uzrokuju koroziju.

Mogu se koristiti filteri obrnute osmoze, omekšivači, odželjezivači i njihove modifikacije. Za osiguranje pitke tople vode dodatno treba opremiti ugljene filtere i UV sterilizator koji uništava bakterije i viruse.

Električni generator za rezervno napajanje

Toplinske pumpe rade na električnu mrežu, stoga, ako dođe do nestanka električne energije, kuća će ostati bez grijanja. Preporučljivo je dodatno nabaviti električni generator koji radi na gorive tvari.

Važno je da električni generator može proizvoditi potrebnu snagu za rad kompresora pumpe.

Značajke eksploatacije takve toplinske pumpe

Jednom godišnje potrebno je provesti samostalni vizualni pregled dijelova pumpe, slijediti preporuke za tehničko održavanje – pravovremeno podmazivati dijelove, pratiti ispravnost rada uređaja prilikom pumpanja vode.

Neke vrste opreme zahtijevaju redovitu provjeru (obično 1-2 puta godišnje) od strane stručnjaka servisnog centra. Tijekom provjere otkrivaju se:

• curenje strojnog ulja kroz pukotine u krugu;
• kvaliteta pričvršćenja i spojeva;
• razina tlaka u spremnicima i krugovima;
• kvarovi u radu napojnog ožičenja.

Montažu toplinske pumpe voda-voda treba povjeriti obučenim stručnjacima. Neučinkovitost sustava najčešće je povezana s njegovom nepravilnom instalacijom. Toplinska oprema prikladna je za korištenje kako od strane stanovnika južnih regija, tako i sjevernih.

Zaključci i koristan video na temu

Video će vas upoznati s principom rada i značajkama uređaja:

Zaključno, može se reći da se toplinska pumpa voda-voda smatra učinkovitom i ekološki prihvatljivom opremom namijenjenom grijanju kuća površine do 150 četvornih metara. Za uređenje prostora veće površine već bi mogla biti potrebna prilično složena inženjerska istraživanja.

Ako imate pitanja tijekom upoznavanja s prikazanim informacijama, molimo Vas da ih postavite u bloku koji se nalazi ispod. Očekujemo Vaše komentare, pitanja o temi, priče i fotografije o samostalnoj izgradnji mini-hidroelektrane. Zanima nas Vaše mišljenje.