Pompa di calore acqua-acqua: dispositivo, principio di funzionamento, regole per organizzare il riscaldamento in base ad esso

Per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda alle abitazioni private, è consigliabile utilizzare una pompa di calore acqua-acqua alimentata da fonti naturali: falde acquifere, fiumi, bacini artificiali, ecc. Il sistema è assolutamente sicuro per l'ambiente e non richiede costi regolari per i materiali di consumo, motivo per cui sta diventando sempre più richiesto.

Parleremo delle opzioni per una pompa di calore che utilizza l'ecoenergia dell'acqua per trasferirla ai sistemi di riscaldamento domestico. Per gli artigiani domestici curiosi, abbiamo descritto i principi di funzionamento delle opzioni di dispositivi e della tecnologia di costruzione più diffusi. Qui scoprirai quali apparecchiature sono necessarie per il funzionamento del sistema.

Principio di funzionamento di una pompa di calore acqua-acqua

La pompa di calore incarna il principio del ciclo di Carnot.Sta nel fatto che una sostanza che si muove attraverso un sistema chiuso e cambia il suo stato di aggregazione da liquido a gassoso sotto l'influenza di fattori chimici, fisici o termici rilascia e assorbe un'enorme quantità di energia termica.

La sostanza di lavoro è un vettore termico: l'acqua proveniente da un pozzo o da un serbatoio.

Anche in inverno le sorgenti naturali ad una certa profondità mantengono una temperatura positiva, quindi da esse è possibile estrarre energia termica tutto l'anno. L'unico inconveniente dell'installazione è l'elevato consumo energetico e la necessità di acquistare apparecchiature aggiuntive.

Il diagramma mostra il percorso di circolazione dell'acqua e del refrigerante. Il sistema consente di ricevere energia termica, indipendentemente dalla stagione

Gli elementi principali di una pompa di calore acqua-acqua:

• compressore;
• evaporatore;
• condensatore;
• valvola di espansione di induzione;
• sistema automatico che monitora gli indicatori;
• più linee di tubi di rame;
• sostanza di lavoro (refrigerante).

Utilizzando una pompa speciale, l'acqua scorre attraverso i tubi dalla sorgente all'unità di riscaldamento, dopodiché interagisce con il gas (freon), che bolle ad una temperatura di +2-3 gradi. Il freon assorbe parte del calore dall'acqua e viene risucchiato nel compressore, dove la sua temperatura aumenta durante la compressione.

Le apparecchiature della pompa di calore occupano molto spazio, ma offrono l'opportunità di eliminare la dipendenza dalle utenze

Successivamente, il refrigerante entra nel condensatore, dopodiché la sostanza calda riscalda l'acqua ad una determinata temperatura (da +40 a +80 gradi), che viene trasportata attraverso i tubi dell'impianto di riscaldamento.

L'acqua raffreddata entra nell'evaporatore e poi viene scaricata nel pozzo ricevente.Dopo aver attraversato il condensatore, il refrigerante diventa liquido e si raccoglie sul fondo dell'elemento, quindi ritorna attraverso la valvola a farfalla nella sua posizione originale. Quindi il ciclo si ripete.

Cosa cercare quando si organizza tale riscaldamento?

Esistono numerose modifiche diverse delle pompe di calore progettate per locali di qualsiasi scopo e dimensione, nonché per il funzionamento in condizioni diverse. L'apparecchiatura è destinata al riscaldamento di case con una superficie totale compresa tra 50 e 150 metri quadrati.

Linea guida n. 1: durezza dell'acqua

La qualità dell'acqua di un pozzo o di un serbatoio gioca un ruolo importante nella scelta dell'attrezzatura. Non tutti i modelli sono in grado di funzionare con acque dure contenenti grandi quantità di manganese e ferro.

Un'alta concentrazione di questi elementi danneggia il sistema: la corrosione si forma più velocemente sui tubi, il che porta a una diminuzione dell'efficienza dell'apparecchiatura e della sua durata.

Pertanto, prima di acquistare una pompa di calore, prendila campione d'acqua e analizzarlo per la presenza di questi e altri oligoelementi: idrogeno solforato, ammoniaca, cloro, ecc. Di solito, se la temperatura nello stagno supera i +13 gradi, è molto probabile che ci siano molti ioni di ferro e manganese nell'acqua.

Pertanto, la pompa di calore acqua-acqua viene scelta tenendo conto della durezza dell'acqua. Esistono sistemi i cui elementi sono protetti al massimo dalla corrosione, ma sono più costosi.

Linea guida n. 2 - modalità operativa

La pompa di calore può essere utilizzata come unica fonte di calore o in combinazione con altri sistemi. Pertanto, prima di scegliere un modello, è importante determinare in quale modalità funzionerà il dispositivo.

Esistono due tipi di funzionamento del sistema:

• Monovalente. I dispositivi hanno una grande potenza e sono adatti per il riscaldamento di una casa.
• Bivalente. Dispositivi meno efficienti completano le principali apparecchiature di riscaldamento.

Per realizzare un impianto autonomo con gruppo principale di riscaldamento acqua-acqua è necessaria una tipologia monovalente.

Linea guida n. 3: potenza della pompa

La potenza è un indicatore importante quando si sceglie una pompa di calore, poiché da essa dipendono le prestazioni del sistema. Maggiore è la potenza, maggiore è l'efficienza dell'apparecchiatura, ma maggiore è il consumo di energia.

Le prestazioni della pompa di calore acqua-acqua vengono selezionate in base alle reali esigenze

Se si sceglie un dispositivo con potenza insufficiente, l'efficienza del sistema diminuirà se la perdita di calore in casa supera la quantità di energia fornita dal sistema.La pompa di calore può funzionare 24 ore su 24, ma non avrà alcun effetto a causa del calo della temperatura dell'acqua.

Quando la perdita di calore di un edificio è inferiore al trasferimento di calore del sistema, la pompa solitamente si avvia automaticamente per alcuni minuti, riscalda l'acqua alla temperatura impostata e la trasporta attraverso il sistema. Poi si spegne finché la temperatura non scende di qualche grado. Quindi il ciclo si ripete.

Linea guida n. 4 - funzionalità di un modello specifico

Le pompe di calore possono avere funzioni aggiuntive, queste sono:

• Un sistema di controllo automatico che ti permetterà di regolare il microclima della stanza secondo i tuoi gusti. Il controllo viene solitamente effettuato utilizzando un telecomando.
• Funzione di riscaldamento dell'acqua per la fornitura di acqua calda.
• Custodia insonorizzata.
• Possibilità di collegamento ad altri sistemi di riscaldamento, collettori solari, che renderanno gli apparecchi di riscaldamento completamente autonomi.

La durata utile delle pompe di calore acqua-acqua supera solitamente i 30 anni.

Altrettanto importante nella scelta dell'attrezzatura è il costo di installazione e assemblaggio.

Calcolo della potenza necessaria della pompa di calore

Prima di acquistare un sistema è importante elaborare un progetto e calcolare la potenza necessaria dell'apparecchiatura. La produttività viene calcolata tenendo conto del reale fabbisogno di energia termica. Vengono presi in considerazione il consumo di calore, la perdita di calore in casa e la presenza o l'assenza di un circuito ACS.

Algoritmo di calcolo:

1. Calcoliamo l'area totale dei locali riscaldati.
2. Determiniamo la quantità di energia richiesta per il riscaldamento. L'indicatore ottimale per 1 metro quadrato è 0,07 kW.
3. Per riscaldare una casa di N metri quadrati serviranno N*0,07 kW.
4. Per ACS al numero risultante viene aggiunto un ulteriore 15-20%, ovvero N*0,07*0,85 o N*0,07*0,80.

Questo calcolo sarà ottimale per ambienti con soffitti non superiori a 2,7 M. Calcoli più accurati verranno effettuati dagli specialisti durante la preparazione del progetto.

Lavoro preparatorio prima dell'operazione

La preparazione per il montaggio, il collegamento e la messa in servizio di una pompa di calore della serie acqua-acqua comprende una serie di passaggi standard, di cui parleremo più avanti.

Scelta della fonte d'acqua ottimale

Va notato che non tutti gli open source o Pozzo d'acqua adatto per il funzionamento ininterrotto della pompa di calore. La qualità dell'acqua gioca un ruolo importante, ma i filtri aiuteranno a risolvere il problema della contaminazione.

È consentito utilizzare un bacino idrico o uno stagno situato entro un raggio di 100 metri dall'edificio. Se non esiste tale fonte, sorge la necessità di perforare pozzi.

La scelta della fonte per una pompa di calore dovrebbe essere basata sulla facilità d'uso e sul costo di utilizzo. Se c'è un bacino idrico aperto nelle vicinanze, è più saggio utilizzarlo

Il comportamento di una fonte aperta è più prevedibile di quello delle acque sotterranee, quindi, se possibile, è meglio dare la preferenza ai bacini idrici.

Installazione di un impianto termico tramite pozzo

Per installare un sistema che utilizza una pompa di calore, avrai bisogno di due pozzi. Uno dei pozzi viene solitamente chiamato debito. È in questo che è immersa una pompa speciale, con l'aiuto della quale viene prelevata l'acqua per la successiva lavorazione nel sistema. Il secondo pozzo è un pozzo ricevente. L'acqua raffreddata viene scaricata al suo interno.

I pozzetti di scarico e di adduzione devono essere ubicati ad almeno 15 metri di distanza l'uno dall'altro.

La profondità del pozzo di addebito non deve superare i 50 metri. Più profonda è la fonte d'acqua, più potente è la pompa necessaria per fornirla, il che aumenterà la quantità di energia consumata.

Costruzione di un pozzo di addebito

Prima di iniziare a far funzionare bene un addebito, è importante scoprire quanta acqua può produrre e quanto liquido è necessario per fornire calore all'intera stanza. Più alta è la temperatura dell'acqua, meno sarà necessaria per il riscaldamento.

È importante precalcolare il volume V, che deve essere pompato fuori dal pozzo entro un'ora per riscaldare la stanza. Diciamo che esiste una pompa la cui potenza termica è pari a un certo numero Q kW e consumo energetico - al numero P kW. Dovrai anche scoprire la temperatura delle acque sotterranee (t1) e la loro temperatura dopo scambio di temperatura (t2).

Quindi la formula per calcolare il volume della quantità di acqua richiesta all'ora è simile alla seguente:

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

È analiticamente impossibile determinare la capacità di un pozzo di debito di produrre il volume d'acqua richiesto, quindi viene testato. Per 3 giorni, la pompa pompa ininterrottamente l'acqua dal pozzo. In questo modo viene controllata anche la capacità del pozzo ricevente di ricevere la quantità d'acqua richiesta in caso di carico elevato.

È importante comprendere che le acque sotterranee si comportano in modo imprevedibile, pertanto la quantità di acqua proveniente da un pozzo di addebito potrebbe diminuire nel tempo. Ad esempio, in primavera ci sono le alte maree, ma in inverno, al contrario, l'acqua diminuisce. Se non c'è abbastanza acqua nel pozzo, il sistema si spegne automaticamente e il riscaldamento non avviene.

Caratteristiche del pozzo di ricezione

Il pozzo tubolare ricevente è situato a valle della falda freatica. È analiticamente impossibile determinare in quale direzione si muove l'acqua. Pertanto, in pratica, un pozzo arbitrario viene selezionato come pozzo di debito e vi viene lanciato sommergibile pompa.

Se il livello dell'acqua non scende durante il funzionamento del sistema, la scelta è stata effettuata correttamente.Se il livello è sceso e la temperatura dell'acqua è scesa, è necessario modificare la posizione dei pozzi: spostarsi sommergibile pompare in un altro foro.

Il tubo di scarico nel pozzetto di ricezione deve essere immerso per qualche centimetro nell'acqua, senza raggiungere il fondo. Se si scarica il liquido di scarto dall'alto, si creerà un ristagno idrico. Il pozzo del tubo potrebbe smettere di ricevere acqua e ostruirsi.

Il risultato è il rischio di traboccamento e, in inverno, di possibile formazione di ghiaccio. Le migliori opzioni per una fonte ricevente sono un fiume o uno stagno. Se questi oggetti non si trovano nelle vicinanze, è necessario perforare uno o più pozzi riceventi per assicurarsi contro il trabocco.

La figura mostra un esempio di utilizzo di un pozzo come pozzo di ricezione e addebito

È impossibile scoprire se un pozzo riceverà acqua né analiticamente né mediante test. La pratica dimostra che un pozzo di drenaggio può assorbire ininterrottamente l'acqua per molti anni, oppure può fallire completamente in una stagione.

Esistono tecnologie che consentono di utilizzare un pozzo come debito e pozzo di ricezione, ma questo metodo non è efficace: l'operazione sarà accompagnata da difficoltà, sono possibili una diminuzione della temperatura dell'acqua, ristagni idrici e una serie di altri problemi.

Progetto di un sistema che utilizza un serbatoio

Lo stagno selezionato deve essere sufficientemente profondo in modo che gli strati inferiori dell'acqua non si congelino durante forti gelate. Nelle regioni del Sud la profondità ottimale sarà di circa 1 metro, nelle regioni del Nord sarà necessaria una sorgente con una profondità di 3 metri. Inoltre, lo stagno deve essere stabile: le fluttuazioni del livello dell'acqua e la sua diminuzione sono inaccettabili.

Ci sono due condutture verso il serbatoio: addebito e ricezione.Nella zona ricevente è installata una pompa sommersa

Si consiglia di utilizzare modelli realizzati in HDPE, caratterizzato da durata e affidabilità. È importante proteggere i tubi dal congelamento isolandoli ulteriormente e dalle rotture.

Preparare la vostra casa per l'installazione di una pompa di calore

Per interagire con una pompa di calore acqua-acqua, la casa deve essere dotata di un sistema di riscaldamento ad acqua, presentato sotto forma di tubi e batterie di radiatori. Per un migliore isolamento è consentito anche installare tubi di riscaldamento nel pavimento e nelle pareti.

Se l'apparecchiatura verrà utilizzata per fornire acqua calda, la casa dovrà disporre di un sistema di raccolta. Per far funzionare la pompa è necessario essere collegati ad una rete elettrica con potenza illimitata.

Senza misure aggiuntive per l'isolamento termico della casa (isolamento dall'esterno, installazione di finestre a doppia camera, ecc.) il funzionamento di una pompa di calore non ha senso.

Gli esperti consigliano inoltre l'installazione sistema di ventilazione di alimentazione con un meccanismo di riscaldamento dell'aria. Il freon utilizzato nell'apparecchiatura è dannoso per l'uomo. Se nel circuito dell'impianto sono presenti microfratture, il gas verrà rilasciato e quindi sposterà l'aria dalla stanza. Il refrigerante può causare l'esacerbazione di malattie polmonari e attacchi d'asma negli esseri umani.

Una pompa di calore è un'attrezzatura pesante, il suo peso può raggiungere una tonnellata (a seconda della potenza e delle dimensioni), quindi in alcuni casi la sua installazione richiede la costruzione di una propria fondazione, non collegata alla fondazione del cottage.

Prima di installare l'apparecchiatura, è necessario tenere conto delle dimensioni consentite della stanza e mantenere la distanza dalle pareti specificata nel passaporto del prodotto.

Equipaggiamento opzionale

Scelta attrezzatura aggiuntiva per pompa di calore - un compito responsabile, la cui soluzione determina in gran parte la durata a lungo termine dell'intero sistema di riscaldamento e l'assenza di problemi di funzionamento.

Sommergibile pompa per pozzi e serbatoi

Se il sistema utilizza una pompa di calore per fornire acqua calda, un dispositivo a bassa potenza può ridurre la pressione nei rubinetti. Una pompa potente risolverà questo problema, ma consuma più energia. Potenza minima consentita durante il funzionamento FGP — 1 kW.

Esistono molte modifiche diverse sommergibile pompe La scelta viene effettuata tenendo conto di tre criteri, questi sono:

• Quantità di liquidoutilizzata per il pompaggio (più acqua deve essere trasportata, maggiore deve essere la potenza della pompa).
• Beh, profondo (più profondo è il pozzo, maggiore dovrebbe essere la potenza dell'attrezzatura);
• Bene diametro (tradizionalmente, gli alberi da 4 pollici sono preferiti perché hanno il maggior numero di pompe, rispetto a quelli da 3 pollici).

Per determinare la profondità del pozzo, è necessario attaccare un peso a una fune e abbassarlo nel pozzo. La parte bagnata della corda indicherà l'intera profondità del pozzo, la parte asciutta determinerà la distanza dall'inizio dell'acqua alla superficie.

La pompa è immersa nel pozzo fino alla profondità specificata dal produttore del dispositivo. Solitamente il passaporto tecnico indica quanti metri devono esserci tra il pelo dell'acqua e la pompa, il fondo dello scavo e la pompa

Per le miniere possono essere adatte sia le pompe universali che le attrezzature appositamente progettate per i pozzi. Se la miniera è stata sviluppata da professionisti, è meno intasata dalla sabbia, quindi puoi tranquillamente utilizzare una pompa universale.

Le pompe progettate specificamente per i pozzi sono più costose, ma resistono bene alla sabbia e allo sporco e si intasano meno. Quelli universali sono sensibili all'elevato contenuto organico, devono essere regolarmente puliti dallo sporco, con conseguente riduzione della loro durata.

La preferenza dovrebbe essere data alle pompe con automazione, poiché se il motore si surriscalda, c'è un blocco eccessivo o non c'è acqua nel pozzo, si spengono da sole, per cui il motore non si surriscalda e non si guasta.

In base al principio di funzionamento ne esistono di 2 tipologie sommergibile pompe:

• Centrifugo.
• Vibrante.

Per lavori in pozzi che producono acqua in calcare, sono preferibili i modelli centrifughi profondi. Sono sensibili all'acqua con granelli di sabbia e sospensione di argilla.

Se la pompa di calore verrà collegata a un serbatoio aperto, è preferibile utilizzare un'attrezzatura di pompaggio di superficie progettata per il pompaggio di acqua sporca o un dispositivo di vibrazione economico.

Scambiatore di calore intermedio per pompa di calore

Nelle pompe di calore, il freon potrebbe non essere raffreddato sufficientemente bene durante la circolazione, causando il surriscaldamento del compressore a causa delle eccessive temperature di scarico. Pertanto è importante migliorare il raffreddamento della sostanza, riducendo così la pressione nei circuiti.

C'è un altro problema comune a tutte le pompe di calore: il refrigerante può mescolarsi con il vapore acqueo. Se del liquido entra nel compressore, potrebbe verificarsi colpo d'ariete. In questo caso sarà necessaria la riparazione o la sostituzione del pezzo. Inoltre, l'acqua può penetrare nell'olio ed è difficile rimuoverla da lì.

Tutti i problemi sopra descritti vengono risolti installando uno scambiatore di calore intermedio.Esistono tre tipi di scambiatori di calore: di tipo aperto, a fascio tubiero e a serpentino.

La modifica di tipo aperto neutralizza il liquido che entra nel freon durante la circolazione, riducendo al minimo la probabilità colpo d'ariete compressore. Il dispositivo offre prestazioni elevate con un consumo energetico minimo.

Quando si installa uno scambiatore di calore di tipo aperto, è importante selezionare la dimensione corretta della tubazione del liquido per garantire una compressione della pressione minima

I tubi correttamente selezionati neutralizzeranno la possibilità di far bollire il liquido. In questo caso la valvola deve avere una portata sufficiente affinché il liquido possa penetrare nel dispositivo con una bassa differenza di pressione.

Lo scambiatore di calore a fascio tubiero si presenta sotto forma di una struttura chiusa. Lo scambio di calore avviene attraverso le pareti dei tubi e il liquido e il refrigerante in esso contenuti non si mescolano, a differenza di quelli aperti, che forniscono un'alta pressione per la circolazione di vapore e aria.

Lo scambiatore di calore a serpentina si distingue per la presenza di un regolatore di flusso che controlla il flusso del freon liquido. La dimensione del dispositivo dipende direttamente dalla potenza della pompa di calore. È necessario selezionare un prodotto tenendo conto della funzionalità e della quantità disponibile. Si consiglia di dare la preferenza ai modelli pieghevoli.

Filtri per pompe di calore

L'acqua proveniente da pozzi o serbatoi non arriva in forma pura. Può contenere sabbia, sporco, vari oligoelementi: ferro, idrogeno solforato, manganese, cloro, ammoniaca, ecc. Prima di entrare nella pompa di calore, l'acqua deve essere filtrata.

Innanzitutto è necessario eliminare le sostanze grossolane: sassi, sabbia, terra, limo. Per rimuoverli dall'acqua è necessaria l'installazione idrociclone.

Un idrociclone è un dispositivo necessario per la depurazione delle acque grezze.Deve essere selezionato tenendo conto della potenza della pompa

Successivamente, è importante installare filtri che eliminino ferro, idrogeno solforato, manganese e ammoniaca. Questi microelementi accorciano la vita dell'apparecchiatura e la espongono alla corrosione.

Puoi usare i filtri osmosi inversa, ammorbidenti, deferrizzatori e le loro modifiche. Per fornire acqua calda potabile, dovreste inoltre dotarla di filtri al carbone e di uno sterilizzatore UV che distrugge batteri e virus.

Generatore elettrico per alimentazione di riserva

Le pompe di calore funzionano tramite la rete elettrica, quindi in caso di interruzione di corrente la casa rimarrà senza riscaldamento. Si consiglia di acquistare inoltre un generatore elettrico che funzioni con sostanze infiammabili.

È importante che il generatore elettrico possa generare la potenza necessaria per azionare il compressore della pompa

Caratteristiche di funzionamento di tale pompa di calore

Una volta all'anno è necessario condurre un'ispezione visiva indipendente dei componenti della pompa, seguire le raccomandazioni per la manutenzione: lubrificare le parti in modo tempestivo, monitorare il corretto funzionamento del dispositivo durante il pompaggio dell'acqua.

Alcuni tipi di apparecchiature richiedono un'ispezione regolare (di solito 1-2 volte l'anno) da parte degli specialisti dei centri di assistenza. Durante il sopralluogo emerge quanto segue:

• perdite di olio motore attraverso fessure nel circuito;
• qualità dei fissaggi e delle connessioni;
• livello di pressione nei serbatoi e nei circuiti;
• malfunzionamenti nel cablaggio di alimentazione.

L'installazione di una pompa di calore acqua-acqua deve essere eseguita da specialisti qualificati. L'inefficacia del sistema è molto spesso dovuta alla sua installazione errata. L'attrezzatura termica è adatta all'uso sia da parte dei residenti delle regioni meridionali che di quelle settentrionali.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Il video ti introdurrà al principio di funzionamento e alle caratteristiche del dispositivo:

Di conseguenza, possiamo concludere che una pompa di calore acqua-acqua è considerata un'efficace apparecchiatura ecologica progettata per riscaldare case fino a 150 metri quadrati. La sistemazione di un'area più ampia può richiedere indagini ingegneristiche piuttosto complesse.

Se hai domande durante la lettura delle informazioni fornite, chiedile nel blocco sottostante. Aspettiamo i vostri commenti, domande sull'argomento, storie e foto sulla costruzione di una mini-centrale idroelettrica con le vostre mani. Siamo interessati alla tua opinione.