Soojuspump “vesi-vesi”: seade, tööpõhimõte, selle baasil kütte korraldamise reeglid

Eramajade kütmiseks ja sooja veega varustamiseks on otstarbekas kasutada vesi-vesi soojuspumpa, mis töötab looduslikest allikatest – põhjaveest, jõgedest, veekogudest jne. Süsteem on täiesti keskkonnasõbralik, ei vaja regulaarseid kulutusi kulumaterjalidele ja on seetõttu üha nõutumaks muutumas.

Meie räägime soojuspumba variantidest, mis kasutab vee ökoenergiat selle ülekandmiseks koduküttesüsteemidele. Uudishimulikele kodumeistritele oleme kirjeldanud populaarsete seadmevariantide tööpõhimõtteid ja ehitustehnoloogiat. Meilt Teie saate teada, milliseid seadmeid süsteemi tööks vaja läheb.

Vesi-vesi soojuspumba tööpõhimõte

Soojuspump kehastab Carnot' tsükli põhimõtet. See seisneb selles, et suletud süsteemis liikuv aine, mis muudab keemiliste, füüsikaliste või termiliste tegurite mõjul oma agregaatolekut vedelast gaasiliseks, vabastab ja neelab tohutult soojusenergiat.

Tööaineks on soojuskandja – vesi puurkaevust või veekogust.

Isegi talvel säilib looduslikes allikates teatud sügavusel positiivne temperatuur, mistõttu saab neist aastaringselt soojusenergiat ammutada. Paigaldise ainus puudus on suur elektritarbimine ja vajadus osta lisaseadmeid.

Skeemil on kujutatud vee ja külmaaine tsirkulatsiooni trajektoor. Süsteem võimaldab saada soojusenergiat sõltumata aastaajast.

Vesi-vesi soojuspumba põhielemendid:

• kompressor;
• aurusti;
• kondensaator;
• paisu induktsioonklapp;
• automaatne süsteem, mis teostab näitajate kontrolli;
• Mitu vasest torujuhet;
• töövedelik (külmaaine).

Spetsiaalse pumba abil juhitakse vesi torudest allikast soojusseadmesse, kus see puutub kokku gaasiga (freooniga), mis keeb temperatuuril +2-3 kraadi. Freoon neelab osa vee soojusest ja imetakse kompressorisse, kus selle temperatuur tõuseb kokkusurumisel.

Soojuspumba seadmed võtavad palju ruumi, kuid pakuvad võimalust vabaneda kommunaalsõltuvusest.

Seejärel siseneb külmaaine kondensaatorisse, kus kuum aine soojendab vee ettenähtud temperatuurini (+40 kuni +80 kraadi), mis transporditakse küttesüsteemi torude kaudu.

Jahutatud vesi siseneb aurustisse, seejärel voolab vastuvõtukaevu. Pärast kondensaatorit muutub külmaaine vedelaks ja koguneb elemendi põhja, seejärel naaseb drosseli kaudu alguskohta. Seejärel tsükkel kordub.

Millele tähelepanu pöörata sellise kütte paigaldamisel?

On olemas suur hulk erinevaid soojuspumpade modifikatsioone, mis on mõeldud igasuguse otstarbe ja suurusega ruumidele ning töötavad erinevates tingimustes. Seadmed on ette nähtud majade kütmiseks üldpindalaga 50 kuni 150 ruutmeetrit.

Suunis nr 1 – vee karedus

Kaevu või veekogu vee kvaliteet mängib seadme valikul olulist rolli. Kõik mudelid ei suuda töötada kareda veega, mis sisaldab palju mangaani ja rauda.

Nende elementide kõrge kontsentratsioon kahjustab süsteemi – torudele tekib kiiremini korrosioon, mis vähendab seadmete kasutegurit ja nende kasutusiga.

Seetõttu võetakse enne soojuspumba ostmist vee proov ja tehakse selle analüüs nende ja teiste mikroelementide – vesiniksulfiid, ammoniaak, kloor jne – sisalduse suhtes. Tavaliselt, kui tiigis ületab temperatuur +13 kraadi, on suure tõenäosusega vees palju raua ja mangaani ioone.

Seega valitakse vesi-vesi soojuspump vee karedust arvestades. On süsteeme, mille elemendid on maksimaalselt korrosiooni eest kaitstud, kuid need on kallimad.

Suunis nr 2 – töörežiim

Soojuspumpa saab kasutada ainsa soojusallikana või see võib suhelda teiste süsteemidega. Seetõttu on enne mudeli valimist oluline kindlaks määrata, millises režiimis seade töötab.

Süsteemi toimimiseks on kaks tüüpi:

• Monovalentne. Seadmetel on suur võimsus, sobivad maja kütmiseks.
• Bivalentne. Vähem võimsad seadmed täiendavad peamist kütteseadet.

Autonoomse süsteemi rajamiseks põhilise vesi-vesi kütteseadmega on vaja monovalentset tüüpi.

Suunis nr 3 – pumba võimsus

Võimsus on soojuspumba valikul oluline näitaja, kuna sellest sõltub süsteemi jõudlus. Mida suurem on võimsus, seda kõrgem on seadme kasutegur, kuid ka elektritarbimine on suurem.

Vesi-vesi soojuspumba jõudlus valitakse tegelike vajaduste põhjal

Kui valitakse ebapiisava võimsusega seade, langeb süsteemi efektiivsus juhul, kui maja soojuskaod ületavad süsteemi poolt antava energia hulga. Soojuspump võib töötada ööpäevaringselt, kuid sellest pole kasu, kuna vee temperatuur langeb.

Kui hoone soojuskaod on väiksemad kui süsteemi soojusülekanne, käivitub pump tavaliselt mõneks minutiks automaatselt, soojendab vee seatud temperatuurini, transpordib selle süsteemis ja lülitub seejärel välja, kuni temperatuur langeb mõne kraadi võrra. Seejärel tsükkel kordub.

Suunis nr 4 – konkreetse mudeli funktsionaalsus

Soojuspumpadel võivad olla lisafunktsioonid, need on:

• Automaatjuhtimissüsteem, mis võimaldab reguleerida ruumi mikrokliimat oma maitse järgi. Juhtimine toimub tavaliselt kaugjuhtimispuldi abil.
• Vee soojendamise funktsioon sooja vee varustamiseks.
• Müraisolatsiooniga korpus.
• Võimalus ühendada teiste küttesüsteemide, päikesekollektoritega, mis muudab kütteseadme täiesti autonoomseks.

Vesi-vesi soojuspumpade kasutusiga ületab tavaliselt 30 aastat.

Seadme valikul peetakse oluliseks ka paigaldus- ja montaažikulu.

Vajaliku soojuspumba võimsuse arvutamine

Enne süsteemi ostmist on oluline eelnevalt koostada projekt ja arvutada seadme vajalik võimsus. Jõudlus arvutatakse tegelike soojusenergia vajaduste alusel. Arvesse võetakse soojuskulu, maja soojuskadusid ning sooja vee kontuuri olemasolu või puudumist.

Arvutusalgoritm:

1. Arvutame köetavate ruumide kogupindala.
2. Otsustame kütmiseks vajaliku energia hulga üle. Optimaalne näitaja 1 ruutmeetri kohta on 0,07 kW.
3. Et kütta maja N ruutmeetri suurusel pinnal, on vaja N*0,07 kW.
4. Sooja veevarustuse (SVV) puhul lisatakse saadud arvule täiendavalt 15–20%, see tähendab N*0,07*0,85 või N*0,07*0,80.

See arvutus on optimaalne ruumide puhul, mille lae kõrgus ei ületa 2,7 m. Täpsemad arvutused teevad spetsialistid projekti koostamise käigus.

Ettevalmistustööd enne käitamist

Vesi-vesi seeria soojuspumba kokkupanekuks, ühendamiseks ja kasutuselevõtuks ettevalmistus hõlmab mitmeid standardseid samme, millega tutvume edaspidi.

Optimaalse veeallika valimine

Tuleb märkida, et mitte iga avatud allikas või veepuurauk ei sobi soojuspumba katkematuks tööks. Vee kvaliteet mängib olulist rolli, kuid reostusprobleemi aitavad lahendada filtrid.

Lubatud on kasutada hoone raadiuses 100 meetrit asuvat veekogu või tiiki. Kui sellist allikat pole, tekib vajadus puurida kaevud.

Soojuspumba allika valimisel tuleks lähtuda kasutamise lihtsusest ja maksumusest. Kui lähedal on avatud veekogu, on mõistlik seda kasutada.

Avatud allika käitumine on etteaimatavam kui põhjaveel, seega tuleks võimaluse korral eelistada veekogusid.

Soojussüsteemi paigaldamine puurkaevu abil

Soojuspumbaga süsteemi paigaldamiseks on vaja kahte puurkaevu. Ühte puurkaevu nimetatakse tavaliselt tootmiskaevuks. Sellesse lastakse spetsiaalne pump, mille abil vesi süsteemi töötlemiseks välja võetakse. Teine puurkaev on vastuvõtukaev. Sellesse juhitakse jahutatud vesi.

Vastuvõtukaev ja tootmiskaev peavad asetsema üksteisest vähemalt 15 meetri kaugusel

Tootmiskaevu sügavus ei tohi ületada 50 meetrit. Mida sügavamal asub veeallikas, seda võimsamat pumpa on vee andmiseks vaja, mis suurendab energiakulu.

Deebetkaevu ehitus

Enne tootmiskaevu kasutuselevõttu on oluline teada, kui palju vett see suudab anda ja kui palju vedelikku on vaja kogu ruumi soojusega varustamiseks. Mida kõrgem on vee temperatuur, seda vähem vett on kütmiseks vaja.

Oluline on eelnevalt arvutada maht V, mis tuleb tunnis kaevust välja pumbata ruumi kütmiseks. Oletame, et on pump, mille soojusvõimsus võrdub teatud arvuga Q kW ning tarbitav võimsus on arv P kW. Samuti on vaja teada põhjavee temperatuuri (t1) ja selle temperatuuri pärast soojusvahetust (t2).

Siis on tunnis vajaliku veekoguse mahu arvutamise valem järgmine:

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

Tootmiskaevu võimet vajalikku veekogust anda on analüütiliselt võimatu kindlaks teha, seetõttu tehakse selle testimine. Kolme päeva jooksul pumpab pump katkematult vett kaevust välja. Nii kontrollitakse ka vastuvõtukaevu võimet vajalikku veekogust suure koormuse korral vastu võtta.

Oluline on mõista, et põhjavesi käitub ettearvamatult, seetõttu võib tootmiskaevust tuleva vee hulk aja jooksul väheneda. Näiteks kevadel on tõusud, talvel aga vastupidi, vesi langeb. Kui kaevus ei ole piisavalt vett, lülitub süsteem automaatselt välja ja küte ei toimi.

Vastuvõtukaevu iseärasused

Vastuvõtutorukaev paikneb maa-aluse vee voolusuunas allpool. Analüütiliselt on võimatu kindlaks teha, millises suunas vesi liigub. Seetõttu valitakse praktikas suvaline kaev tootmiskaevuks ja lastakse sinna sukelpump.

Kui süsteemi töötamise ajal veetase ei lange, on valik õige. Kui tase langes ja vee temperatuur langes, tuleb kaevud omavahel vahetada – viia sukelpump teise avausse.

Vastuvõtukaevu äravoolutoru tuleb lasta vette mõne sentimeetri sügavusele, puudutamata põhja. Kui visata kasutatud vedelik ülalt, põhjustab see soostumist. Torukaev võib lõpetada vee vastuvõtmise ja ummistuda.

Tulemuseks võib olla ülevool ning talvel võimalik jäätumine. Parim valik vastuvõtuallikaks on jõgi või tiik. Kui neid objekte läheduses pole, tekib vajadus puurida veel üks või mitu vastuvõtukaevu, et olla kindel ülevoolu korral.

Joonisel on näide ühe kaevu kasutamisest nii vastuvõtu- kui tootmiskaevuna

Teada saada, kas kaev vett vastu võtab, pole võimalik ei analüütiliselt ega testimeetodil. Praktika näitab, et äravoolukaev võib vett takistamatult vastu võtta aastaid, aga võib ka ühe hooajaga täielikult rikki minna.

On olemas tehnoloogiad, mis võimaldavad kasutada ühte kaevu nii tootmis- kui vastuvõtukaevuna, kuid see meetod pole efektiivne – kasutamisega kaasnevad raskused, võimalik veetemperatuuri langus, soostumine ja rida muid probleeme.

Süsteemi rajamine veekogu kasutamisega

Valitud tiik peab olema piisavalt sügav, et alumised veekihid tugevate külmade ajal ei külmuks. Lõunapoolsetes piirkondades on optimaalne sügavus umbes 1 meeter, põhjapoolsetes on vaja allikat sügavusega alates 3 meetrist. Samuti peab tiik olema stabiilne – veetaseme kõikumine ja vee vähenemine ei ole lubatud.

Veekogusse suubub kaks torustikku – tootmis- ja vastuvõtutoru. Vastuvõtutorusse paigaldatakse sukelpump.

Torude puhul on soovitatav kasutada mudeleid PND, mis on vastupidavad ja töökindlad. Oluline on kaitsta torusid külmumise eest, lisaks soojustades neid, ja purunemiste eest.

Maja ettevalmistamine soojuspumba paigaldamiseks

Vesi-vesi soojuspumbaga suhtlemiseks peab majas olema varustatud vesipõhine küttesüsteem, mis on esindatud torude ja radiaatorpatareidena. Parema soojustuse jaoks võib põrandasse ja seintesse paigaldada küttesüsteemi torud.

Kui seadet kasutatakse sooja vee andmiseks, peab majas olema süsteem selle kogumiseks. Pumba tööks on vaja ühendust elektrivõrguga piiramatu toiteallikaga.

Täiendavate soojustusmeetmeteta (väljastpoolt soojustamine, kahekambriliste akende paigaldus jne) ei ole soojuspumba kasutamine mõttekas.

Spetsialistid soovitavad täiendavalt paigaldada sisspuhkeventilatsioonisüsteem õhu soojendamise mehhanismiga. Seadmes kasutatav freoon on inimesele kahjulik. Kui süsteemi kontuuris tekivad mikrorebendid, vabaneb gaas ja tõrjub seeläbi ruumist õhu välja. Külmaaine võib inimesel põhjustada kopsuhaiguste ägenemist ja lämbumishooge.

Soojuspump on raske seade, selle kaal võib ulatuda tonnini (sõltub võimsusest ja suurusest), mistõttu on selle paigaldamiseks mõnel juhul vaja ehitada oma vundament, mis ei ole ühendatud suvila vundamendiga.

Enne seadme paigaldamist tuleb arvestada ruumi lubatud mõõtmetega, hoida toote passis märgitud kaugust seintest.

Lisaseadmed

Valik täiendavaid seadmeid soojuspumbale on vastutusrikas ülesanne, mille lahendus määrab suuresti küttesüsteemi pikaajalise töö ja probleemideta kasutamise.

Sukelpump Kaevu- ja veekogupump

Kui süsteemis kasutatakse soojuspumpa sooja vee andmiseks, võib väikese võimsusega seade alandada kraanide survet. Võimas pump lahendab selle probleemi, kuid tarbib rohkem energiat. Minimaalne lubatud võimsus SVV kasutamisel on 1 kW.

On olemas palju erinevaid sukelpumpade modifikatsioone. Valik tehakse kolme kriteeriumi alusel, need on:

• Vedeliku kogus, mida kasutatakse pumpamiseks (mida rohkem vett tuleb transportida, seda suurem peab olema pumba võimsus).
• Kaevu sügavus (mida sügavam on kaev, seda suurem peab olema seadme võimsus);
• Kaevu läbimõõt (traditsiooniliselt eelistatakse 4-tolliseid šahte, kuna nende jaoks on loodud kõige rohkem pumpasid, erinevalt 3-tollistest).

Kaevu sügavuse määramiseks tuleb nööri otsa kinnitada raskus ja lasta see šahti. Nööri märg osa näitab kaevu täissügavust, kuiv osa määrab kauguse veepinnast maapinnani.

Pump sukeldatakse kaevu šahti tootja määratud sügavusele. Tavaliselt on tehnilises andmelehel märgitud, mitu meetrit peab olema veetaseme ja pumba vahel, põhja ja pumba vahel.

Šahtide jaoks sobivad nii universaalsed pumbad kui ka spetsiaalselt kaevude jaoks loodud seadmed. Kui šahti arendasid professionaalid, on see vähem liivaga ummistunud, seega võib julgelt kasutada universaalset pumpa.

Pumbad, mis on spetsiaalselt kaevude jaoks projekteeritud, maksavad rohkem, kuid nad tulevad suurepäraselt toime liiva ja mustusega, ummistuvad harvem. Universaalsed on tundlikud suure orgaanilise aine sisalduse suhtes, neid tuleb regulaarselt mustusest puhastada, mille tulemusena nende kasutusiga väheneb.

Eelistada tuleks automaatikaga pumpasid, sest mootori ülekuumenemise, liigse ummistuse või vee puudumise korral kaevus lülituvad need ise välja, mille tulemusena mootor ei ülekuumene ega lähe rikki.

Toimimispõhimõtte järgi eristatakse kahte liiki sukelpumpasid:

• Tsentrifugaalpumbad.
• Vibratsioonipumbad.

Lubjakivist vett tootvates kaevudes töötamiseks on eelistatavamad tsentrifugaalsed süvamudelid. Nad on tundlikud liivaosakeste ja saviheljumi suhtes.

Kui soojuspump ühendatakse avatud veekoguga, on parem kasutada pinnapumbaseadmeid, mis on mõeldud määrdunud vee pumpamiseks, või odavat vibratsiooniseadet.

Soojuspumba vahesoojusvaheti

Soojuspumpades võib freoon tsirkulatsiooni ajal ebapiisavalt jahtuda, mis põhjustab kompressori ülekuumenemist liigse tõmbetemperatuuri tõttu. Seetõttu on oluline parandada aine jahutust, alandades sellega rõhku kontuurides.

On veel üks probleem, mis on omane kõigile soojuspumpadele – külmaaine võib seguneda veeauruga. Kui vedelik satub kompressorisse, võib tekkida hüdrauliline löök. Sel juhul on vajalik remont või detaili vahetamine. Samuti võib vesi sattuda õli sisse, kust seda on raske eemaldada.

Kõik eelkirjeldatud probleemid lahendab vahesoojusvaheti paigaldamine. Soojusvahetid on kolme tüüpi – avatud tüüpi, kesttoru ja spiraalsed.

Avatud tüübi modifikatsioon neutraliseerib tsirkulatsiooni ajal freooni sattunud vedeliku, mis vähendab kompressori hüdraulilise löögi tõenäosust. Seade eristub kõrge tootlikkusega minimaalse energiakulu juures.

Avatud tüüpi soojusvaheti paigaldamisel on oluline õigesti valida vedelikutoru suurus, et tagada minimaalne rõhu kokkusurumine

Hästi valitud torud võimaldavad neutraliseerida vedeliku keemise võimalust. Samal ajal peab klapil olema piisav läbilaskevõime, et vedelik madala rõhu erinevuse korral saaks seadmesse tungida.

Kesttoru soojusvaheti on esitatud suletud konstruktsioonina. Soojusvahetus toimub läbi torude seinte ning vedelik ja külmaaine selles ei segune, erinevalt avatud tüübist, mis tagab kõrge rõhu auru ja õhu tsirkulatsiooniks.

Spiraalsoojusvaheti erineb vooluhulga regulaatori olemasolu poolest, mis juhib vedela freooni voolu. Seadme suurus sõltub otseselt soojuspumba võimsusest. Toode tuleb valida, arvestades funktsionaalsust ja olemasolevat eelarvet. Soovitav on eelistada lahtivõetavaid mudeleid.

Soojuspumba filtrid

Vesi puurkaevudest või veekogudest ei ole puhas. Selles võib esineda liiva, mustust, mitmesuguseid mikroelemente – raud, vesiniksulfiid, mangaan, kloor, ammoniaak jne. Enne soojuspumpa sisenemist tuleb vesi filtreerida.

Kõigepealt tuleb eemaldada suured ained – kivid, liiv, mustus, muda. Nende veest eemaldamiseks on vajalik hüdrotsükloni paigaldamine.

Hüdrotsüklon – seade, mida on vaja vee jämedaks puhastamiseks. See tuleb valida, arvestades pumba võimsust.

Järgmisena on oluline paigaldada filtrid, mis eemaldavad raua, vesiniksulfiidi, mangaani, ammoniaagi. Need mikroelemendid lühendavad seadmete kasutusiga ja põhjustavad korrosiooni.

Võib kasutada pöördosmoosifiltreid, pehmendajaid, rauaeemaldajaid ja nende modifikatsioone. Joogikuuma vee tagamiseks tuleks lisaks varustada söefiltrite ja UV-sterilisaatoriga, mis hävitab baktereid ja viirusi.

Elektri generaator varutoiteks

Soojuspumbad töötavad elektrivõrgust, seega kui elektrivarustus katkeb, jääb maja kütteta. Otstarbekas on täiendavalt soetada elektrigeneraator, mis töötab põlevainetega.

Oluline, et elektrigeneraator suudaks toota vajaliku võimsuse pumba kompressori tööks.

Sellise soojuspumba kasutamise iseärasused

Kord aastas tuleb teostada pumba sõlmede iseseisev visuaalne kontroll, järgida hooldussoovitusi – määrida osi õigeaegselt, jälgida seadme korrektset tööd vee pumpamisel.

Mõned seadmetüübid vajavad regulaarset kontrolli (tavaliselt 1-2 korda aastas) teeninduskeskuse spetsialistide poolt. Kontrolli käigus tuvastatakse:

• masinaõli leket läbi pragude kontuuris;
• kinnituste ja ühenduste kvaliteet;
• rõhutase paakides ja kontuurides;
• rikked toitejuhtmestiku töös.

Vesi-vesi soojuspumba paigaldamine tuleks usaldada koolitatud spetsialistidele. Süsteemi ebaefektiivsus on enamasti seotud selle vale paigaldusega. Termoseadmed sobivad kasutamiseks nii lõunapoolsete kui ka põhjapoolsete piirkondade elanikele.

Järeldused ja kasulik video teemal

Video tutvustab tööpõhimõtet ja seadme omadusi:

Kokkuvõttes võib järeldada, et vesi-vesi soojuspump on tõhus keskkonnasõbralik seade, mis on loodud kuni 150 ruutmeetri suuruste majade kütmiseks. Suurema pinnaga ruumide sisustamiseks võib juba vaja minna üsna keerulisi inseneriuuringuid.

Kui Teil tekkis tutvumise käigus esitatud teabega küsimusi, küsige neid palun allpool asuvas plokis. Ootame Teie kommentaare, teemakohaseid küsimusi, lugusid ja fotosid ise ehitatud minihüdroelektrijaamast. Meile on huvitav Teie arvamus.