„Víz-víz” hőszivattyú: felépítése, működési elve, a rá épülő fűtési rendszer kialakításának szabályai

Magánházak fűtésére és használati melegvíz-ellátására célszerű természetes forrásokból – talajvízből, folyókból, tavakból stb. – működő víz-víz hőszivattyút alkalmazni. A rendszer teljesen környezetbarát, nem igényel rendszeres kiadást fogyóanyagokra, ezért egyre keresettebb.

Bemutatjuk a víz ökoenergiáját hasznosító és azt a háztartási fűtési rendszerekbe továbbító hőszivattyús megoldásokat. A kíváncsi ezermesterek számára leírjuk a népszerű kiviteli változatok működési elvét és az építési technológiát. Megtudhatja, milyen berendezésekre lesz szükség a rendszer működtetéséhez.

A víz-víz hőszivattyú működési elve

A hőszivattyú a Carnot-ciklus elvét testesíti meg. Lényege, hogy a zárt rendszerben mozgó anyag, amely kémiai, fizikai vagy termikus hatásokra halmazállapotát folyadékból gázzá változtatja, hatalmas mennyiségű hőenergiát szabadít fel és nyel el.

A munkaközeg szerepét a hőhordozó – a kútból vagy víztestből származó víz – tölti be.

Télen is, a természetes források bizonyos mélységében pozitív hőmérséklet marad, így egész évben lehet belőlük hőenergiát kinyerni. A berendezés egyetlen hátránya a magas villamosenergia-fogyasztás és a kiegészítő berendezések beszerzésének szükségessége.

Az ábrán a víz és a hűtőközeg keringési útvonala látható. A rendszer az évszaktól függetlenül lehetővé teszi a hőenergia kinyerését.

A víz-víz hőszivattyú fő elemei:

• kompresszor;
• elpárologtató;
• kondenzátor;
• tágulási indukciós szelep;
• mutatók ellenőrzését végző autómata rendszer;
• töb rézcsőből álló vezeték;
• munka közeg (hűtőközeg).

Egy specális sziattyú segítségével a víz csöveken keresztül áramlik a forrásból a hőberendezésbe, ahol kölcsönhatásba lép a +2-3 fokon forrásban lévő gázzal (freonnal). A freon elényeli a víz hőjének egy részét, és a kompresszor beszívja, ahol a tömörítés során a hőmérséklete emelkedik.

A hősziattyú berendezése eég sők helt foglal, de leetőéget nyújt a közüi függőégtl való megszabadulásra.

Ezután a hűtőközeg a kondenzátorba kerül, ahol a forró közeg a beállított hőmérsékletre (40-80 fok között) felmelegíti a vizet, amelyet a fűtési rendszer csövein szállítanak tová

A lehűlt víz az elpárologatóba jut, majd a befogadó kútba folyik. A kondenzátoron való áthaládás után a hűtőközeg folyékony lesz és az elem alján gyűlik össze, majd a fojtószelepen keresztül visszakerül az eredit helére. Ezután a cilus megismétlődik.

Mire figyeljünk az ilyen fűtés kiépítésekor?

Számos küönböző hősziattyú-módosítás létezik, amelyek bármilyen rendeltetésű és méretű helyiséghez, valamint küönböző körülmények közötti működéshez készültek. A berendezés 50-150 négyetméter összterletű házak fűtésére szolgál.

1. tájékozódási pont – a víz keménysége

A kút vagy a víztest vízének minősége fontos szerepet játszik a berendezés kiválastásakor. Nem minden modell képes kemény vízon üzemelni, amely sok mangánt és vasat tartalamz.

Ezen elemek magas koncentrációja károsítja a rendszert – a csöveken gyorsabban képződik korrózió, ami a berendezés hatásokosságának és üzemidejének csökkenéséhez vezet.

Ezért a hőszivattyú vásárlása előtt vízmintát kell venni, és el kell végezni az elemzését ezeknek és más mikroelemeknek – hidógen-szulfid, ammónia, klór stb. Általában ha a tóban a hőmérséklet meghaladja a +13 fokot, akkor nagy valószínűséggel sok a vas- és mangánion a vízben.

Így a víz-víz hőszivattyú kiválasztásánál figyelembe kell venni a víz keménységét. Vannak olyan rendszerek, amelyek elemei maximálisan védettek a korrózió ellen, de drágábbak.

2. tájékozódási pont – az üzemmód

A hőszivattyú használható egyedüli hőforrásként, vagy más rendszerekkel együttműköve. Ezért a modell kiválasztása előtt fontos meghatározni, hogy az eszköz milyen üzemmódban fog működni.

A rendszer működésének két típusa van:

• Monovalens. A készülékek nagy teljesítményűek, alkalmasak a ház fűtésére.
• Bivalens. Kevesebb teljesítményű eszközök, kiegészítik a fő fűtőberendezést.

Egy autonóm rendszer kialakításához, ahol a fő fűtőegység víz-víz, monovalens típusra van szükség.

3. tájékozódási pont – a szivattyú teljesítménye

A teljesítmény fontos mutató a hőszivattyú kiválasztásánál, mivel ettől függ a rendszer hatékonysága. Minél nagyobb a teljesítmény, annál nagyobb a berendezés hatásfoka, de az áramfogyasztás is nagyobb.

A víz-víz hőszivattyú teljesítményét a valós igények alapján kell kiválasztani.

Ha a választott eszöz teljesítménye elégtelen, a rendszer hatékonysága csökken, ha a ház hővesztesége meghaladja a rendszer által leadott energia mennyiségét. A hőszivattyú működhet éjjel-nappal, de nem lesz hatása a víz hőmérsékletének csökknésée miatt.

Amikor az épltet hővesztesége kisebb, mint a rendszer hőleadása, a szivattyú álatában automatikusan néhány percre bekapcsol, felmelegíti a vizet a beállított hőmérsékletre, és továbbítja a rendszerbe. Ezután kikapcsol, amíg a hőmérséklet néhány fokkal le nem csökken. Ezután a ciklus megimétlödik.

4. tájékozódási pont – az adott modell funkcionalitása

A hőszivattyúk rendelkezhetnek tóvábbi funkciókal, ezek:

• Automatikus vezérlőrendszer, amely lehőtővé teszí a helyiség miklklímájának ízlés szerinti szabályozását. A vezérlés általában távirányítóval tőrténik.
• Vízmelegítés funkció a melegvíz-ellátáshoz.
• Hangszigetelt ház.
• Lehetőség más fűtés rendszerekhez, napkollektorokhoz való csatlakoztatásra, ami a fűtőberendezést teljesen automómmá tetszi.

A víz-víz hőszivattyúk élettartama általában meghaladja a 30 évet.

Nem kevésbé fontos a berendezés kiválasztásánál a telepítés és a beépítés költsége.

A szükséges hőszivattyú-teljesítmény kiszámítása

A rendszer megvásárlása előtt fontos előre elkészíteni a tervet és kiszámítani a szükséges berendezés teljesítményét. A teljesítményt a tényleges hőenergia-szükséglet figyelembevételével számítják ki. Figyelembe veszik a hőfogyasztást, a ház hőveszteségét, valamint a HMV kör jelenlétét vagy hiányát.

A számítás algoritmusa:

1. Kiszámítjuk a fűtött helyiségek teljes területét.
2. Meghatározzuk a fűtéshez szükséges energia mennyiségét. Az optimális mutató 1 négyzetméterre 0,07 kW.
3. Egy N négyzetméteres ház felfűtéséhez N*0,07 kW szükséges.
4. A HMV-hez a kapott számhoz további 15-20%-ot adnak, azaz N*0,07*0,85 vagy N*0,07*0,80.

Ez a számítás optimális lesz a 2,7 m magasságot meg nem haladó belmagasságú helyiségek esetében. Pontosabb számításokat a szakemberek végeznek el a terv elkészítése során.

Előkészítő munkák az üzembe helyezés előtt

A víz-víz sorozatú hőszivattyú összeszerelésének, csatlakoztatásának és üzembe helyezésének előkészítése számos szabványos lépést foglal magában, amelyekkel a továbbiakban megismerkedünk.

Az optimális vízforrás kiválasztása

Meg kell jegyezni, hogy nem minden nyílt vízforrás vagy vízkút alkalmas a hőszivattyú zavartalan működéséhez. A víz minősége fontos szerepet játszik, de a szennyezettség problémáját a szűrők segíthetnek megoldani.

Megengedett az épülettől 100 méteres sugarú körben elhelyezkedő víztározó vagy tó használata. Ha ilyen forrás nem áll rendelkezésre, akkor kutak fúrására van szükség.

A hőszivattyú forrásának kiválasztását a használat egyszerűségére és költségére kell összpontosítani. Ha a közelben nyílt víztest található, ésszerűbb azt használni.

A nyílt forrás viselkedése kiszámíthatóbb, mint a talajvízé, ezért ha lehetséges, érdemes a víztesteket előnyben részesíteni.

A termikus rendszer telepítése fúrt kút használatával

A hőszivattyús rendszer telepítéséhez két kútra lesz szükség. Az egyik kutat termelőkútnak szokták nevezni. Ebbe merül egy speciális szivattyú, amely segítségével a víz kinyerése történik a rendszerben történő későbbi feldolgozáshoz. A második kút a befogadókút. Ebbe kerül a lehűtött víz.

A befogadó- és a termelőkútnak egymástól legalább 15 méter távolságra kell lenniük.

A termelőkút mélysége nem haladhatja meg az 50 métert. Minél mélyebben helyezkedik el a vízforrás, annál erősebb szivattyúra lesz szükség a víz szállításához, ami növeli az elfogyasztott energia mennyiségét.

A termelő kút kialakítása

A termelőkút üzembe helyezése előtt fontos tudni, hogy mennyi vizet képes adni, és milyen mennyiségű folyadék szükséges az egész helyiség hőellátásához. Minél magasabb a víz hőmérséklete, annál kevesebbre lesz szükség a fűtéshez.

Fontos előre kiszámítani a V térfogatot, amelyet óránként ki kell szivattyúzni a kútból a helyiség fűtéséhez. Tegyük fel, hogy van egy szivattyú, amelynek hőteljesítménye egy bizonyos Q kW szám, a felvett teljesítménye pedig P kW. Szükség lesz továbbá a talajvíz hőmérsékletének (t1) és a hőcsere utáni hőmérsékletének (t2) ismeretére.

Akkor az óránként szükséges vízmennyiség kiszámításának képlete a következő:

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

A termelőkút szükséges vízmennyiség leadási képességét analitikusan lehetetlen meghatározni, ezért tesztelést végeznek. 3 napon keresztül a szivattyú megszakítás nélkül szivattyúzza a vizet a kútból. Így ellenőrzik a befogadókút azon képességét is, hogy nagy terhelés mellett fogadni tudja a szükséges vízmennyiséget.

Fontos megérteni, hogy a talajvizek kiszámíthatatlanul viselkednek, ezért a termelőkútból idővel kevesebb víz származhat. Tavasszal például dagály figyelhető meg, télen viszont a víz csökken. Ha a kútban nincs elegendő víz, a rendszer automatikusan kikapcsol, és a fűtés nem működik.

A fogadó kút sajátosságai

A befogadó csőkutat a talajvíz áramlásának irányában lejjebb helyezik el. Analitikusan lehetetlen meghatározni, hogy milyen irányban mozog a víz. Ezért a gyakorlatban egy tetszőleges kutat választanak termelőkútnak, és abba helyeznek el egy búvárszivattyút.

Ha a rendszer üzemeltetése során a vízszint nem csökken, akkor a választás helyes volt. Ha a szint csökkent, és a víz hőmérséklete is alacsonyabb lett, akkor ki kell cserélni a kutakat – át kell helyezni a búvárszivattyút egy másik nyílásba.

A leeresztő csövet a befogadó kútban néhány centiméterrel a vízbe kell meríteni, anélkül hogy elérné a feneket. Ha a hulladékfolyadékot felülről engedik le, az elmocsarasodáshoz vezet. A csőkút megszűnhet vizet fogadni és eltömődhet.

Az eredmény túlfolyással fenyeget, télen pedig jégképződéssel. A befogadó forrás legjobb választása egy folyó vagy tó. Ha ezek az objektumok nincsenek a közelben, akkor szükségessé válik egy vagy több további befogadó kút fúrása, hogy biztosítsák a túlfolyás esetét.

Az ábrán egy példa látható egyetlen kút befogadó és termelőkútként való használatára.

Nem lehet sem analitikus, sem teszt módszerrel megtudni, hogy a kút fog-e vizet fogadni. A gyakorlat azt mutatja, hogy a leeresztő kút évekig zavartalanul nyelheti el a vizet, de akár egy szezon alatt is tönkremehet.

Léteznek olyan technológiák, amelyek lehetővé teszik egyetlen kút termelő- és befogadókútként való használatát, de ez a módszer nem hatékony – a működtetést nehézségek kísérik, lehetséges a víz hőmérsékletének csökkenése, elmocsarasodás és számos egyéb probléma.

A rendszer kiépítése felszíni víztest használatával

A kiválasztott tónak elég mélynek kell lennie ahhoz, hogy az alsó vízrétegek ne fagyjanak be a kemény fagyok idején. A déli régiókban az optimális mélység körülbelül 1 méter, az északi régiókban legalább 3 méter mély forrásra van szükség. A tónak stabilnak kell lennie – a vízszint ingadozása és csökkenése nem megengedett.

A víztározóhoz két vezeték vezet – egy termelő és egy befogadó. A befogadóba egy búvárszivattyút helyeznek el.

Csövekként a PND-ből készült modellek használata javasolt, amelyek tartósságukról és megbízhatóságukról ismertek. Fontos megvédeni a csöveket a fagyástól, további szigeteléssel, valamint a törésektől.

A ház előkészítése a hőszivattyú telepítésére

A víz-víz hőszivattyúval való együttműködéshez a házban vízalapú fűtési rendszert kell kialakítani, amely csövekből és radiátorokból áll. A jobb szigetelés érdekében a padlóba és a falakba is lehet fűtőcsöveket szerelni.

Ha a berendezést melegvízellátásra használják, akkor a házban rendelkezésre kell állnia egy gyüjtőrendszernek. A szivattyú működéséhez korlátlan áramellátású elekromos hálózatra van szükség.

A hőszivattyú üzemeltetése értelmetlen a hőszigetelés további intézkedései nélkül (külső szigetelés

A szakemberek javasolják egy befúvó típusú szellőzőrendszert felszerelését légfűtő mehanizmussal. A berendezésben használt freon káros az emberre. Ha a rendszer körében mikroszakadások keletkeznek, a gáz felszabadul, és ezáltal kiszorítja a levegőt a helyiségből. A hűtőközeg súlyosbíthatja a tüdőbetegségeket, fulladásos rohamokat okozhat.

A hőszivattyú nehéz berendezés, súlya elérheti az egy tonnát (a teljesítménytől és mérettől függően), ezért telelpítéséhez bizonyos esetekben saját, a ház alapjától független alapozás szükséges.

A berendezés telelpítése előtt figyelembe kell venni a helyiség megengedett méreteit, be kell tartani a termék útlevelében megadott faltól való távolságot.

Kiegészítő berendezések

A hőszivattyú kiegészítő berendezéseinek kiválasztása felelősségteljes feladat, amelynek megoldása nagyban meghatározza a fűtési rendszer egészének hosszú távú élettartamát és a problémamentes üzemeltetést.

Merülő Kút- és tószivattyú

Ha a rendszerben a hőszivattyút melegvízellátásra használják, egy kis teljesítményű készülék csökkentheti a nyomást a csapokban. Egy erős szivattyú megoldja ezt a problémát, de több energiát fogyaszt. A minimális megengedett teljesítmény a HMV üzemeltetésekor – 1 kVT.

Számos különböző módosítás létezik a merülő szivattyúkból. A kiválasztás három szempont figyelembevételével történik, ezek:

• A folyadék mennyisége, amit szivattyúzásra használnak (minél több vízet kell szállítani, annál nagyobb szivattyú teljesítményre van szükség).
• A kút mélysége (minél mélyebb a kút, annál nagyobbnak kell lennie a berendezés teljesítményének);
• A kút átmérője (hagyományosan a 4 hüvelykes aknákat részesítik előnyben, mivel ezekhez készült a legtöbb szivattyú, ellentétben a 3 hüvelykesekkel).

A kút mélységének meghatározáshoz rögzítsen egy súlyt egy kötélre, és ereszsze le az aknába. A kötél nedves része megtatározza a kút teljes mélységét, a száraz rész pe dig megadja a víz kezdetétől a felszínig terjedő távolságot.

A szivattyút a gyártó által meghatározott mélységre merítik a kút aknájába. Általában a műszaki útlevélben feltüntetik, hogy hány méternyinkell lennie a víztükör és a szivattyú, valamint a kút feneke és a szivattyú közöt.

Aknákhoz egyaránt alkalmasak lehetnek az univerzális szivattyúk, valamint a kifejezetten kutakhoz tervezett berendezések. Ha a bánya fejlesztését szakemberek végezték, akkor kevésbé szennyeződik homokkal, ezért nyugodtan használható univerzális szivattyú.

A kifejezetten kutakhoz tervezett szivattyúk drágábbak, de kiválóan bánnak a homokkal és szennyeződéssel, kevésbé tömődnek el. Az univerzálisak érzékenyek a nagy szervesanyag-tartalomra, rendszeresen tisztítani kell őket a szennyeződéstől, aminek következtében élettartamuk csökken.

Érdemes az automatikával rendelkező szivattyúkat előnyben részesíteni, mivel motor túlmelegedése, túlzott eltömődés vagy a kútban lévő víz hiánya esetén maguktól kikapcsolnak, aminek következtében a motor nem melegszik túl és nem hibásodik meg.

Működési elv szerint 2 típusú merülő szivattyút különböztetünk meg:

• Centrifugális.
• Vibrációs.

A mészkőből vizet termelő kutakban való működéshez a centrifugális mélykúti modellek előnyösebbek. Érzékenyek a homokszemcséket és agyagiszapot tartalmazó vízre.

Ha a hőszivattyú nyílt vízfelülethez lesz csatlakoztatva, jobb a szennyvíz átpumpálására tervezett felszíni szivattyúberendezést vagy egy olcsó vibrációs eszközt használni.

A hőszivattyú közbenső hőcserélője

A hőszivattyúkban a keringés során a freon nem hűlhet le elég jól, ami a kompresszor túlmelegedéséhez vezet a túlzott nyomóhőmérséklet következtében. Ezért fontos javítani az anyag hűtését, ezáltal csökkentve a nyomást a körökben.

Létezik még egy probléma, amely minden hőszivattyúra jellemző: a hűtőközeg keveredhet vízgőzzel. Ha folyadék kerül a kompresszorba, akkor vízkalapács következhet be. Ebben az esetben javításra vagy alkatrészcserére lesz szükség. Továbbá a víz bejuthat az olajba, és onnan nehéz kivonni.

A fent leírt összes problémát a közbenső hőcserélő felszerelése oldja meg. A hőcserélők három típusúak lehetnek: nyitott típusú, csőköteges és tekercses.

A nyitott típusú módosítás semlegesíti a keringés során a freonba kerülő folyadékot, ami minimalizálja a kompresszor vízkalapácsának valószínűségét. A készülék nagy hatékonysággal rendelkezik minimális teljesítményfelvétel mellett.

Nyitott típusú hőcserélő felszerelésekor fontos a folyadékvezeték méretének helyes kiválasztása a minimális nyomásesés biztosítása érdekében.

A megfelelően kiválasztott csövek lehethővé teszik a folyadék forrásának elkevlését. Ezenkívöl a szelepnek elegendő áteresztőképeséggel kell rendelkeznie ahoz, hogy a folyadék kis nyomáskülönbség esetén be tudjon jutni a berendezésbe.

Csőköteges hőcserélő zárt kivitelben készül. A hőcsere a csövek falán keresztül történik, a folyadék és a hűtőközeg nem keveredik, ellentétben a nyitott típusúval, ami biztosítja a magas nyomást a gőz és levegő cirkulációjához.

Tekercses hőcserélő jellemzője a folyékony freon áramlását szabályozó áramlási sebesség szabályozó. A készülék mérete közvetlenül függ a hőszivattyú teljesítményétől. A termék kiválasztásánál figyelembe kell venni a funkciókat és a rendelkezésre álló összeget. Célszerű előnyben részesíteni a szétszerelhető modelleket.

Szűrők a hőszivattyúhoz

A kutakból vagy tavakból származó víz nem tiszta formában érkezik. Lehet benne homok, szennyeződés, különböző nyomelemek – vas, kénhidrogén, mangán, klór, ammónia stb. Mielőtt a hőszivattyúba kerül, a vizet szűrni kell.

Először is el kell távolítani a nagyobb anyagokat – kövek, homok, szennyeződés, iszap. Ahhoz, hogy ezeket eltávolítsuk a vízből, szükség van egy hidrociklon felszerelésére.

Hidrociklon – a víz durvaszűréséhez szükséges eszköz. Kiválasztásánál figyelembe kell venni a szivattyú teljesítményét.

Ezután fontos felszerelni a vasat, kénhidrogént, mangánt, ammóniát eltávolító szűrőket. Ezek a nyomelemek csökkentik a berendezés élettartamát, korróziónak teszik ki.

Használhat fordított ozmózisos szűrőket, vízlágyítókat, vastalanítókat és ezek módosításait. Az ivómelegvíz biztosításához további szénszűrőket és UV-sterilizálót kell felszerelni, amely elpusztítja a baktériumokat és vírusokat.

Áramfejlesztő tartalék energiaellátáshoz

A hőszivattyúk elektromos hálózatról működnek, ezért ha áramkimaradás történik, a ház fűtés nélkül marad. Célszerű kiegészítésképpen vásárolni egy tüzelőanyaggal működő elektromos generátort.

Fontos, hogy az elektromos generátor képes legyen biztosítani a szivattyú kompresszorának működéséhez szükséges teljesítményt.

Az ilyen hőszivattyú üzemeltetésének sajátosságai

Évente egyszer ajánlott elvégezni a szivattyú egységek szemrevételezését, betartani a karbantartási utasításokat – időben megkenni az alkatrészeket, ellenőrizni a készülék helyes működését vízátpumpálás közben.

Bizonyos típusú berendezések rendszeres ellenőrzést igényelnek (általában évente 1-2 alkalommal) a szervizközpont szakemberei által. Az ellenőrzés során feltárják:

• olajszivárgás a kör repedésein keresztül;
• a rögzítések és csatlakozások minősége;
• a nyomásszint a tartályokban és a körökben;
• a tápkábelezés meghibásodásai.

A víz-víz hőszivattyú telepítését képzett szakemberekre kell bízni. A rendszer hatékonyságának hiánya leggyakrabban a helytelen beszerelésből adódik. A hőberendezés mind a déli, mind az északi régiók lakói számára alkalmas.

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A videó bemutatja a működési elvet és a készülék jellemzőit:

Végeredményként levonható a következtetés, hogy a víz-víz hőszivattyú hatékony, környezetbarát berendezés, amelyet akár 150 négyzetméteres házak fűtésére terveztek. A nagyobb területű helyiségek kialakításához már meglehetősen összetett mérnöki feltárásokra lehet szükség.

Ha a bemutatott információ megismerése során kérdései merülnek fel, kérjük, tegye fel azokat az alábbi mezőben. Várjuk hozzászólásait, a témával kapcsolatos kérdéseit, valamint a saját építésű mini vízierőműről szóló történeteit és fotóit. Kíváncsiak vagyunk a véleményére.