Šilumos siurblys “vanduo-vanduo”: įranga, veikimo principas, šildymo jo pagrindu įrengimo taisyklės

Privatiems namams šildyti ir karštu vandeniu aprūpinti tikslinga naudoti vandens-vandens šilumos siurblį, kuris veikia iš gamtinių šaltinių – požeminio vandens, upių, vandens telkinių ir kt. Sistema pasižymi absoliučiu ekologiniu saugumu, nereikalauja reguliarių išlaidų eksploatacinėms medžiagoms, todėl tampa vis paklausesnė.

Papasakosime apie vandens šilumos siurblio įrengimo variantus, kai vandens eko-energija perduodama buitinėms šildymo sistemoms. Smalsiems namų meistrams aprašėme populiarių įrenginių variantų veikimo principus ir statybos technologiją. Pas mus sužinosite, kokios įrangos reikės sistemos darbui.

Vandens-vandens šilumos siurblio veikimo principas

Šilumos siurblys įkūnijo Karno ciklo principą. Jis susideda iš to, kad uždara sistema judanti medžiaga, dėl cheminių, fizinių ar terminų veiksnių keisdama savo agregatinę būseną iš skystos į dujinę, išskiria ir sugeria didžiulį šiluminės energijos kiekį.

Darbinės medžiagos vaidmenį atlieka šilumnešis – vanduo iš gręžinio ar vandens telkinio.

Net žiemą gamtiniuose šaltiniuose tam tikrame gylyje išlieka teigiama temperatūra, todėl iš jų ištisus metus galima išgauti šiluminės energijos. Vienintelis įrenginio trūkumas – didelis elektros energijos suvartojimas ir būtinybė įsigyti papildomą įrangą.

Schemoje pavaizduota vandens ir šaldymo agento cirkuliacijos trajektorija. Sistema leidžia gauti šiluminę energiją, nepriklausomai nuo sezono.

Pagrindiniai vandens-vandens šilumos siurblio elementai:

• kompresorius;
• garintuvas;
• kondensatorius;
• plėtimosi indukcinis vožtuvas;
• automatinė sistema, atliekanti rodiklių kontrolę;
• daugybinės magistralės iš varinių vamzdžių;
• darbinė medžiaga (šaltnešis).

Specialiu siurbliu vanduo teka vamzdeliais iš šaltinio į šildymo įrenginį, po to sąveikauja su dujomis (freonu), užverdančiomis esant +2-3 laipsnių temperatūrai. Freonas sugeria dalį vandens šilumos ir yra įsiurbiamas kompresoriaus, kur suspaudimo metu jo temperatūra pakyla.

Šilumos siurblio įranga užima nemažai vietos, tačiau suteikia galimybę atsikratyti komunalinės priklausomybės

Toliau šaltnešis patenka į kondensatorių, po to karšta medžiaga pašildo vandenį iki nustatytos temperatūros (nuo +40 iki +80 laipsnių), kuris transportuojamas šildymo sistemos vamzdžiais.

Atvėsęs vanduo patenka į garintuvą, vėliau išleidžiamas į priėmimo šulinį. Perėjęs kondensatorių šaltnešis tampa skystu ir kaupiasi elemento dugne, tada per droselį grįžta į pradinę vietą. Toliau ciklas kartojasi.

Į ką atkreipti dėmesį įrengiant tokį šildymą?

Egzistuoja daugybė skirtingų šilumos siurblių modifikacijų, skirtų bet kokios paskirties ir dydžio patalpoms, taip pat veikiančių skirtingomis sąlygomis. Įranga skirta namų, kurių bendras plotas nuo 50 iki 150 kvadratinių metrų, šildymui.

Orientyras Nr.1 – vandens kietumas

Gręžinio ar vandens telkinio vandens kokybė vaidina svarbų vaidmenį renkantis įrangą. Ne visi modeliai gali dirbti su kietu vandeniu, kuriame yra daug mangano ir geležies.

Didelė šių elementų koncentracija kenkia sistemai – ant vamzdžių greičiau susidaro korozija, o tai lemia įrangos naudingumo koeficiento ir jos eksploatavimo trukmės sumažėjimą.

Todėl prieš perkant šilumos siurblį imamas vandens mėginys ir atliekama jo analizė dėl šių ir kitų mikroelementų – sieros vandenilio, amoniako, chloro ir kt. Paprastai, jei tvenkinyje temperatūra viršija +13 laipsnių, tai su didele tikimybe vandenyje yra daug geležies ir mangano jonų.

Taigi, vandens-vandens šilumos siurblys parenkamas atsižvelgiant į vandens kietumą. Yra sistemų, kurių elementai yra maksimaliai apsaugoti nuo korozijos, tačiau jos yra brangesnės.

Orientyras Nr.2 – darbo režimas

Šilumos siurblys gali būti naudojamas kaip vienintelis šilumos šaltinis arba sąveikauti su kitomis sistemomis. Todėl prieš renkantis modelį svarbu nustatyti, kokiu režimu prietaisas veiks.

Iš viso yra du sistemos veikimo tipai:

• Monovalentinis. Prietaisai pasižymi didele galia, tinka namui šildyti.
• Bivalentinis. Mažiau našūs įrenginiai, papildo pagrindinę šildymo įrangą.

Norint sukurti autonominę sistemą su pagrindiniu vandens-vandens šildymo agregatu, reikalingas monovalentinis tipas.

Orientyras Nr.3 – siurblio galia

Galia – svarbus rodiklis renkantis šilumos siurblį, nes nuo jos priklauso sistemos našumas. Kuo didesnė galia, tuo didesnis įrangos efektyvumas, tačiau ir elektros energijos sąnaudos didesnės.

Vandens-vandens šilumos siurblio našumas parenkamas atsižvelgiant į realius poreikius

Renkantis nepakankamos galios įrenginį, sistemos efektyvumas sumažės, jei namo šilumos nuostoliai viršys sistemos teikiamos energijos kiekį. Šilumos siurblys gali veikti visą parą, tačiau efekto nebus dėl vandens temperatūros sumažėjimo.

Kai pastato šilumos nuostoliai yra mažesni nei sistemos šilumos atidavimas, siurblys paprastai automatiškai įsijungia kelioms minutėms, pašildo vandenį iki nustatytos temperatūros, transportuoja jį per sistemą. Po to išsijungia, kol temperatūra nukris keliais laipsniais. Tada ciklas kartojasi.

Orientyras Nr.4 – konkretaus modelio funkcionalumas

Šilumos siurbliai gali turėti papildomų funkcijų, tai:

• Automatinio valdymo sistema, leidžianti reguliuoti patalpos mikroklimatą pagal pageidavimą. Valdymas paprastai atliekamas nuotolinio valdymo pulteliu.
• Vandens šildymo funkcija karštam vandens tiekimui.
• Triukšmą izoliuojantis korpusas.
• Galimybė prijungti prie kitų šildymo sistemų, saulės kolektorių, kas padarys šildymo įrangą visiškai autonomiška.

Vandens-vandens šilumos siurblių eksploatavimo trukmė paprastai viršija 30 metų.

Ne mažiau svarbiu renkantis įrangą laikoma įrengimo ir montavimo kaina.

Reikalingos šilumos siurblio galios apskaičiavimas

Prieš perkant sistemą svarbu iš anksto parengti projektą ir apskaičiuoti reikalingą įrangos galią. Našumas apskaičiuojamas atsižvelgiant į faktinius šilumos energijos poreikius. Atsižvelgiama į šilumos sąnaudas, namo šilumos nuostolius ir karšto vandens kontūro buvimą ar nebuvimą KV.

Skaičiavimo algoritmas:

1. Apskaičiuojame bendrą šildomų patalpų plotą.
2. Nustatome reikiamą energijos kiekį šildymui. Optimalus rodiklis 1 kvadratiniam metrui – 0,07 kW.
3. Norint apšildyti N kvadratinių metrų namą, reikės N*0,07 kW.
4. Karštam vandeniui KVT prie gauto skaičiaus pridedama papildomai 15-20%, t.y. N*0,07*0,85 arba N*0,07*0,80.

Šis skaičiavimas bus optimalus patalpoms su lubomis, neviršijančiomis 2,7 m aukščio. Tikslesnius skaičiavimus atliks specialistai rengiant projektą.

Parengiamieji darbai prieš eksploataciją

Pasiruošimas šilumos siurblio iš serijos vanduo-vanduo surinkimui, prijungimui ir paleidimui apima keletą standartinių etapų, su kuriais toliau susipažinsime.

Optimalaus vandens šaltinio parinkimas

Reikia pažymėti, kad toli gražu ne kiekvienas atviras šaltinis ar vandens gręžinys tinka nepertraukiamam šilumos siurblio veikimui. Vandens kokybė vaidina svarbų vaidmenį, tačiau užterštumo problemą padės išspręsti filtrai.

Leidžiama naudoti vandens telkinį ar tvenkinį, esantį 100 metrų spinduliu nuo pastato. Jei tokio šaltinio nėra, atsiranda būtinybė gręžti gręžinius.

Renkantis šilumos siurblio šaltinį, reikia orientuotis į naudojimo paprastumą ir kainą. Jei šalia yra atviras vandens telkinys, protingiau naudoti jį.

Atviro šaltinio elgsena yra labiau nuspėjama nei gruntinio vandens, todėl esant galimybei geriau teikti pirmenybę vandens telkiniams.

Šiluminės sistemos įrengimas naudojant gręžinį

Norint įrengti sistemą su šilumos siurbliu, reikės dviejų gręžinių. Vieną iš gręžinių įprasta vadinti debetiniu. Būtent į jį panardinamas specialus siurblys, kuriuo išgaunamas vanduo, skirtas vėlesniam apdorojimui sistemoje. Antrasis gręžinys yra priimamasis. Į jį nuleidžiamas atvėsęs vanduo.

Nuleidimo ir tiekimo gręžiniai turi būti vienas nuo kito nutolę mažiausiai 15 metrų

Debetinio gręžinio gylis neturi viršyti 50 metrų. Kuo giliau yra vandens šaltinis, tuo galingesnio siurblio reikės vandeniui tiekti, o tai padidins sunaudojamos energijos kiekį.

Debitinio gręžinio įrengimas

Prieš pradedant eksploatuoti debetinį gręžinį, svarbu sužinoti, kiek vandens jis gali duoti ir kiek skysčio reikia, kad būtų šildomos visos patalpos. Kuo aukštesnė vandens temperatūra, tuo mažiau jo reikės šildymui.

Svarbu iš anksto apskaičiuoti tūrį V, kurį per valandą reikia išsiurbti iš gręžinio norint apšildyti patalpą. Tarkime, yra siurblys, kurio šiluminė galia lygi skaičiui Q kW, o suvartojama galia – skaičiui P kW. Taip pat reikės sužinoti gruntinio vandens temperatūrą (t1) ir jo temperatūrą po šilumos mainų (t2).

Tuomet tūrio, reikalingo vandens kiekiui per valandą apskaičiuoti, formulė atrodo taip:

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

Nustatyti debetinio gręžinio gebėjimą duoti reikiamą vandens kiekį analitiškai neįmanoma, todėl atliekamas jo testavimas. 3 dienas siurblys nepertraukiamai pumpuoja vandenį iš gręžinio. Taip tikrinamas ir priimamasis gręžinys, ar jis gali priimti reikiamą vandens kiekį esant didelei apkrovai.

Svarbu suprasti, kad gruntiniai vandenys elgiasi nenuspėjamai, todėl vandens iš debetinio gręžinio laikui bėgant gali sumažėti. Pavyzdžiui, pavasarį stebimi potvyniai, o žiemą, priešingai, vandens sumažėja. Jei gręžinyje vandens nepakanka, sistema automatiškai išsijungia, šildymas nevyksta.

Priėmimo gręžinio ypatumai

Priimamasis vamzdinis šulinys įrengiamas žemiau požeminio vandens tėkmės. Nustatyti, kuria kryptimi vanduo juda, analitiškai neįmanoma. Todėl praktikoje pasirenkamas atsitiktinis gręžinys kaip debetinis ir į jį paleidžiamas panardinamasis siurblys.

Jei sistemos eksploatacijos metu vandens lygis nenukrenta, pasirinkimas teisingas. Jei lygis nukrenta, o vandens temperatūra sumažėja, reikia sukeisti gręžinius vietomis – perkelti panardinamąjį siurblį į kitą angą.

Išleidimo vamzdį į priėmimo šulinį reikia panardinti kelis centimetrus į vandenį, nepasiekiant dugno. Jei išleidžiate atliekinį skystį iš viršaus, tai sukels užpelkėjimą. Vamzdinis šulinys gali nustoti priimti vandenį ir užsikimšti.

Rezultatas gresia perpildymu, o žiemą galimu apledėjimu. Geriausias variantas priėmimo šaltiniui yra upė ar tvenkinys. Jei šių objektų šalia nėra, tada atsiranda būtinybė gręžti dar vieną ar kelis priėmimo šulinius, kad būtų apsidrausta nuo perpildymo.

Paveiksle parodytas pavyzdys, kaip vienas šulinys naudojamas kaip priėmimo ir gavybos šulinys.

Sužinoti, ar šulinys priims vandenį, neįmanoma nei analitiniu, nei testiniu būdu. Praktika rodo, kad išleidimo šulinys gali nepertraukiamai sugerti vandenį ilgus metus, o gali visiškai sugesti per vieną sezoną.

Egzistuoja technologijos, leidžiančios naudoti vieną šulinį kaip gavybos ir priėmimo, tačiau šis metodas nėra efektyvus – eksploataciją lydės sunkumai, galimas vandens temperatūros sumažėjimas, užpelkėjimas ir daugybė kitų problemų.

Sistemos įrengimas naudojant vandens telkinį

Pasirinktas tvenkinys turi būti pakankamai gilus, kad apatiniai vandens sluoksniai neužšaltų per stiprius šalčius. Pietiniuose regionuose optimalus gylis bus maždaug 1 metras, Šiauriniuose reikės šaltinio, kurio gylis nuo 3 metrų. Taip pat tvenkinys turi būti stabilus – neleistini vandens lygio svyravimai, jo mažėjimas.

Prie vandens telkinio veda du vamzdynai – gavybos ir priėmimo. Į priėmimo vamzdyną įrengiamas panardinamasis siurblys.

Vamzdžiams rekomenduojama naudoti modelius iš PND, pasižyminčius ilgaamžiškumu ir patikimumu. Svarbu apsaugoti vamzdžius nuo užšalimo, papildomai juos izoliuojant, ir nuo plyšimų.

Namo paruošimas šilumos siurblio montavimui

Norint sąveikauti su vandens-vandens šilumos siurbliu, name turi būti įrengta vandens pagrindu veikianti šildymo sistema, sudaryta iš vamzdžių, radiatorių baterijų. Siekiant geresnės izoliacijos, į grindis ir sienas taip pat galima montuoti šildymo vamzdžius.

Jei įranga bus naudojama karšto vandens tiekimui, tai name turi būti jo surinkimo sistema. Siurblio darbui reikės prijungimo prie elektros tinklo su neribotu maitinimu.

Be papildomų namo šilumos izoliacijos priemonių (išorinio apšiltinimo, dvigubo stiklo langų montavimo ir t. t.) šilumos siurblio eksploatacija neturi prasmės.

Specialistai rekomenduoja papildomai įrengti tiekiamojo vėdinimo sistemą su oro šildymo mechanizmu. Įrangoje naudojamas freonas yra kenksmingas žmogui. Jei sistemos kontūre įvyktų mikroįtrūkimai, dujos išsiskirtų ir taip išstumtų iš patalpos orą. Šaltnešis gali sukelti žmogui plaučių ligų paūmėjimą, uždusimo priepuolius.

Šilumos siurblys yra sunki įranga, jo svoris gali siekti toną (priklauso nuo galios ir matmenų), todėl jo įrengimui kai kuriais atvejais būtina pastatyti atskirą pamatą, nesusijusį su kotedžo pamatu.

Prieš įrengiant įrangą reikia atsižvelgti į leistinus patalpos matmenis, išlaikyti atstumą iki sienų, nurodytą gaminio pase.

Papildoma įranga

Papildomos įrangos pasirinkimas šilumos siurbliui – atsakinga užduotis, kurios sprendimas iš esmės lemia visos šildymo sistemos ilgaamžiškumą ir problemų nebuvimą eksploatuojant.

Panardinamasis siurblys šuliniams ir vandens telkiniams

Jei sistemoje šilumos siurblys naudojamas karštam vandeniui tiekti, mažos galios įrenginys gali sumažinti slėgį čiaupuose. Galingas siurblys išspręs šią problemą, tačiau jis sunaudoja daugiau energijos. Mažiausia leistina galia eksploatuojant GSV – 1 kW.

Egzistuoja daugybė įvairių panardinamųjų siurblių modifikacijų. Pasirinkimas atliekamas atsižvelgiant į tris kriterijus, tai:

• Skysčio kiekis, naudojamo perpumpavimui (kuo daugiau vandens reikės transportuoti, tuo didesnė turi būti siurblio galia).
• Šulinio gylis (kuo gilesnis šulinys, tuo didesnė turi būti įrangos galia);
• Šulinio skersmuo (tradiciškai pirmenybė teikiama 4 colių šachtoms, nes joms sukurta daugiausiai siurblių, skirtingai nei 3 colių).

Norint nustatyti šulinio gylį, reikia prie virvės pritvirtinti svarelį ir nuleisti į šachtą. Šlapia virvės dalis parodys visą šulinio gylį, sausa – atstumą nuo vandens pradžios iki paviršiaus.

Siurblys panardinamas į šulinio kamieną iki įrenginio gamintojo nurodyto gylio. Paprastai techniniame pase nurodyta, kiek metrų turi būti tarp vandens veidrodžio ir siurblio, tarp dugno ir siurblio

Šachtoms gali tikti tiek universalūs siurbliai, tiek specialiai šuliniams sukurta įranga. Jei šachtos įrengimu užsiėmė profesionalai, ji mažiau užsiteršia smėliu, todėl galima drąsiai naudoti universalų siurblį.

Siurbliai, specialiai suprojektuoti šuliniams, kainuoja brangiau, tačiau jie puikiai susidoroja su smėliu ir purvu, mažiau užsikimša. Universalūs yra jautrūs dideliam organinių medžiagų kiekiui, juos reikia reguliariai valyti nuo purvo, dėl ko jų eksploatacijos laikas sutrumpėja.

Pirmenybę verta teikti siurbliams su automatika, nes perkaitus varikliui, pernelyg užsikimšus arba nesant vandens šulinyje, jie išsijungia savarankiškai, dėl ko variklis neperkaista ir nesugenda.

Pagal veikimo principą skiriami 2 tipai povandeninių siurblių:

• Išcentriniai.
• Vibraciniai.

Darbui šuliniuose, išgaunančiuose vandenį iš klinties, labiau tinka išcentriniai giluminiai modeliai. Jie yra jautrūs vandeniui su smėlio grūdeliais ir molio suspensija.

Jei šilumos siurblys bus prijungtas prie atviro vandens telkinio, geriau naudoti paviršinę siurbimo įrangą, skirtą nešvariam vandeniui siurbti, arba nebrangų vibracinį įrenginį.

Tarpinis šilumos siurblio šilumokaitis

Šilumos siurbliuose cirkuliacijos metu freonas gali nepakankamai gerai vėsti, dėl to kompresorius perkaista dėl per didelės slėgio temperatūros. Todėl svarbu pagerinti medžiagos aušinimą, taip sumažinant slėgį kontūruose.

Egzistuoja dar viena problema, būdinga visiems šilumos siurbliams – šaltnešis gali susimaišyti su vandens garais. Jei skystis pateks į kompresorių, gali įvykti hidraulinis smūgis. Tokiu atveju reikės remonto arba detalės keitimo. Be to, vanduo gali patekti į alyvą, o iš ten jį išgauti sudėtinga.

Visas aukščiau aprašytas problemas išsprendžia tarpinio šilumokaičio įrengimas. Šilumokaičiai būna trijų tipų – atviro tipo, korpusiniai ir gyvatukiniai.

Atviro tipo modifikacija neutralizuoja skystį, patekusį į freoną cirkuliacijos metu, taip sumažinant hidraulinio smūgio tikimybę kompresoriuje. Įrenginys pasižymi dideliu našumu, esant minimalioms galios sąnaudoms.

Montuojant atviro tipo šilumokaitį, svarbu teisingai parinkti skysčio vamzdyno dydį, kad būtų užtikrintas minimalus slėgio suspaudimas.

Tinkamai parinkti vamzdžiai leis neutralizuoti skysčio užvirimo galimybę. Tuo tarpu vožtuvas turi turėti pakankamą pralaidumą, kad skystis, esant mažam slėgio skirtumui, galėtų patekti į įrenginį.

Korpusinis vamzdinis šilumokaitis pateikiamas kaip uždara konstrukcija. Šilumos mainai vyksta per vamzdžių sieneles, o skystis ir šaltnešis jame nesimaišo, skirtingai nei atvirame, kas užtikrina aukštą slėgį garo ir oro cirkuliacijai.

Ritininis šilumokaitis pasižymi debito reguliatoriumi, valdančiu skysto freono srautą. Prietaiso dydis tiesiogiai priklauso nuo šilumos siurblio galios. Gaminį reikia pasirinkti atsižvelgiant į funkcionalumą ir turimą sumą. Pageidautina teikti pirmenybę išardomiems modeliams.

Filtrai šilumos siurbliui

Vanduo iš gręžinių ar vandens telkinių patenka ne švarus. Jame gali būti smėlio, purvo, įvairių mikroelementų – geležies, vandenilio sulfido, mangano, chloro, amoniako ir kt. Prieš patekdamas į šilumos siurblį, vanduo turi būti filtruojamas.

Pirmiausia reikia pašalinti stambias medžiagas – akmenis, smėlį, purvą, dumblą. Norint juos pašalinti iš vandens, būtina įrengti hidrocikloną.

Hidrociklonas – prietaisas, reikalingas grubiam vandens valymui. Jį reikia pasirinkti atsižvelgiant į siurblio galią.

Toliau svarbu įrengti filtrus, kurie pašalina geležį, vandenilio sulfidą, manganą, amoniaką. Šie mikroelementai sumažina įrangos eksploatavimo laiką, sukelia jos koroziją.

Galima naudoti atvirkštinio osmoso filtrus, minkštiklius, geležies šalintuvus ir jų modifikacijas. Norint užtikrinti geriamo karšto vandens tiekimą, papildomai reikia įrengti anglinius filtrus ir UV sterilizatorių, kuris naikina bakterijas ir virusus.

Elektros generatorius rezerviniam maitinimui

Šilumos siurbliai veikia iš elektros tinklo, todėl, jei nutrūks elektros tiekimas, namas liks be šildymo. Tikslinga papildomai įsigyti elektros generatorių, veikiantį degiomis medžiagomis.

Svarbu, kad elektros generatorius galėtų pagaminti reikiamą galią siurblio kompresoriaus darbui.

Tokio šilumos siurblio eksploatavimo ypatumai

Vieną kartą per metus reikia atlikti savarankišką vizualinį siurblio mazgų patikrinimą, vykdyti techninės priežiūros rekomendacijas – laiku sutepti dalis, stebėti prietaiso darbo teisingumą perpumpuojant vandenį.

Kai kurių tipų įrangą būtina reguliariai tikrinti (paprastai 1-2 kartus per metus) serviso centro specialistams. Patikros metu nustatoma:

• mašininės alyvos nuotėkiai per įtrūkimus kontūre;
• tvirtinimų ir jungčių kokybė;
• slėgio lygis bakuose ir kontūruose;
• maitinimo laidų veikimo sutrikimai;

Vandens-vandens šilumos siurblio montavimą reikėtų patikėti apmokytiems specialistams. Sistemos neefektyvumas dažniausiai susijęs su netinkamu jos įrengimu. Šilumos įranga tinkama naudoti tiek pietinių regionų, tiek šiaurinių regionų gyventojams.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įrašas supažindins su veikimo principu ir įrenginio ypatumais:

Apibendrinant galima padaryti išvadą, kad vanduo-vanduo šilumos siurblys laikomas efektyvia, ekologiškai saugia įranga, skirta šildyti namus, kurių plotas iki 150 kvadratinių metrų. Didesnio ploto patalpų įrengimui jau gali prireikti gana sudėtingų inžinerinių tyrimų.

Jei susipažinimo su pateikta informacija metu kilo klausimų, prašome užduoti juos žemiau esančiame bloke. Laukime jūsų komentarų, klausimų tema, pasakojimų ir nuotraukų apie savo rankomis pastatytą mini hidroelektrinę. Mums įdomi jūsų nuomonė.