Тепловий насос «вода-вода» — не дуже поширений вид насосів. Однак попит на таке обладнання є, і в деяких випадках воно є найкращим рішенням.
Коли варто встановлювати тепловий насос типу «вода-вода»? Як він працює, чим відрізняється від інших різновидів, які у нього є переваги та недоліки?
На ці та інші питання відповімо у цій статті.
Глобально у теплових насосів «повітря-вода», «грунт-вода» та «вода-вода» однакові особливості. Все це низькотемпературні джерела тепла, і у разі їхнього використання бажано розраховувати систему на низьку температуру подачі — теплі підлоги, теплі стіни, фанкойли. Це дозволить максимально забрати весь тепловий фон, який є на обладнанні.
Також це покращить характеристики системи опалення й окупність насоса скоротиться в рази.
Перш ніж розповісти, як працює тепловий насос «вода-вода», розглянемо, як функціонують основні різновиди теплових насосів.
Повітряний тепловий насос (“повітря-вода”) забирає низькопотенційну енергію (тепло або холод) із зовнішнього середовища — повітря. Ця енергія передається фреону через випарник, зовнішній теплообмінник, після чого потрапляє в компресор, де шляхом нагнітання тиску температура фреону зростає, обмежена його фізичними властивостями. Після цього через конденсатор, внутрішній теплообмінник, енергія передається на систему опалення/охолодження та ГВП.
Повітряний насос – компактне та універсальне рішення, яке не потребує додаткових витрат та умов, крім як на сам насос та місце під розміщення зовнішнього блоку на вулиці.
Однак для його роботи є обмеження за зовнішньою температурою — зараз вона для всіх виробників варіюється від -20℃-25℃. Після того як температура досягає цих показників, на підтримку насосу підключаються вбудовані в тепловий насос ТЕНи.
Для встановлення ґрунтового теплового насоса, як зрозуміло з назви, потрібен ґрунт. В ньому є велика кількість прихованого тепла, яке оновлюється опадами, підземними водами, передачею тепла тощо. Цей вид обладнання більш стабільний у роботі, тому що не залежить від зовнішніх факторів — температура в землі на глибині 2-3 м коливається від +7℃ до +13℃, а починаючи з глибини 15-18 метрів вже досить стабільна і тримається на рівні 10℃.
Важливо розуміти, що кількість тепла, яке можна зняти з погонного метра при горизонтальній або вертикальній укладці, обмежена. Отже, ви ризикуєте банально заморозити свердловину, зробивши її непрацездатною, швидше за все вже назавжди.
Розглянемо приклади. Припустимо, ми маємо будинок на 150-180 м2, якому необхідно 10 кВт тепла. Для горизонтального укладання труб теплового насоса (за принципом теплої підлоги в будинку), при кроці укладання труби 0,7 метра і середньому теплозніманню 20-23 Вт з погонного метра, нам знадобиться 340-400 погонних метрів і 250-300 квадратних метрів незабудованої площі (без рослин із глибокою кореневою системою).
Для вертикальних свердловин, теплознімання з яких може бути від 20 Вт (для сухої осадової породи) до 80 Вт (для граніту) і навіть 100 Вт (для ґрунтових вод), у 90% випадків беруть за розрахунок 30-35 Вт, як для піску/гравію. Нам знадобиться від 290 до 340 метрів площі, тобто близько 5 свердловин по 58-68 метрів.
Величезні витрати на ґрунтові роботи та ризики пошкодження труб часто відштовхують власників будинків, хоча за належного підходу та певних умов, ґрунтовий насос — це єдино правильний вихід.
Що таке справжній насос «вода-вода»? Принцип його роботи такий самий, як і в попередніх варіантів, але в цьому випадку ми забираємо енергію з води: підземної або наземної водойми.
Буряться свердловини для забору та скидання — це одна або кілька труб, які перекачують воду через тепловий насос, де відбувається описаний вище процес з фреоном, випарником, компресором тощо.
Цей різновид теплового насоса — найпродуктивніший і найефективніший, тому що у воді прихована величезна кількість енергії (тепла) і за достатньої її кількості ви не обмежені у відборі цієї енергії.
Для більшого розуміння: з 1 м3/год води ми можемо отримати 5 кВт енергії, тобто для 10 кВт потрібно пропускати через тепловий насос всього 2 м3/год. Тому найчастіше такі рішення використовують великих об'єктах, оскільки початкові витрати досить великі, і на маленьких об'єктах не вигідні.
Але з такою ефективністю приходять значні складнощі — потрібні великі обсяги води в найближчій доступності.
Розглянемо два найбільш можливі варіанти джерел води:
підземна чи наземна річка;
свердловина.
Чому не озеро? Озеро або ставок — це закрита екосистема і будь-які зміни в ній незворотно вплинуть на флору та фауну, і, швидше за все, будуть зупинені законом. Для наземної річки ситуація вдала, хоча під час будівництва річка поруч зустрічається дуже рідко, і на ринку нерухомості такі ділянки дуже дорогі. Але якщо річка таки є — можна відбирати воду вище за течією і скидати нижче, а постійне перемішування та зовнішні фактори зведуть нанівець вплив техніки на природне середовище. Зазначимо, що у багатьох країнах Європи всі ці нюанси чітко регламентовані.
Підземна річка — реалістичний варіант, але є безліч інших змінних, які потрібно врахувати під час проєктування. Потрібно бути впевненим у течії, в невичерпності джерела, а також подбати про фільтрацію та потужний насос, вартість якого залежить від безлічі факторів.
Свердловина, як останній і найзрозуміліший для користувача варіант, повинна мати обмежений дебіт — об'єм води, яка видобувається за одиницю часу (годину) за умови її постійного відновлення. Тут все залежить від конкретної місцевості та має бути розраховано бурильною компанією з обов'язковою видачею паспорта свердловини.
У середньому перший водоносний шар для свердловини – 10-30 метрів з дебітом 0,5-1 м³/год, другий – 40-90 м з 1,5-2,5 м³/год, артезіанський шар – 30-250 метрів з 2-5 м³/год.
При цьому залишається питання вартості насоса, який при глибині свердловини 50 метрів обійдеться близько 1 тисячі у. о., не рахуючи його обслуговування, обслуговування обсадної труби та чищення, споживання енергії цим же насосом і вартість ґрунтових робіт. Саме ці обставини й спричинили рідкісне застосування теплового насоса «вода-вода» в наших широтах. Але, як і у випадку з ґрунтовим, іноді такий насос — це найкраще рішення.
Які переваги теплових насосів «вода-вода» є важливими для користувачів?
Можемо виділити такі «плюси».
1. У водяних насосів немає залежності від зовнішніх факторів, насамперед температури. Це недолік повітряних теплових насосів, які при температурі повітря -20℃…-25℃ втрачають ефективність та працюють як електрокотел. У той час, як насос «повітря-вода» зупиняється, і включаються догрівачі, «вода-вода» стабільно функціонує. Те саме можна сказати про ґрунтовий — він також не залежить від погоди.
2. На відміну від ґрунтових теплових насосів, при установці водяного теплового насоса не проводиться величезна кількість земляних робіт. Замість копання зондів (які можна втратити), виконуються дві свердловини для забору та скидання води – це дешевше та простіше. Також, на відміну від геотермальних, немає ризику заморозити свердловину чи зонд.
3. Важлива перевага – досить високий COP (цей коефіцієнт відображає перетворення електроенергії на теплову енергію). У повітряного теплового насоса середньорічний COP — 3-3,5, оскільки температура то падає, то зростає. У геотермального – 4-4,5. У насоса "вода-вода" — 5. Він більш стабільний, ніж ґрунтовий і повітряний, оскільки температура постійна, що позитивно впливає на його роботу та продуктивність.
Водночас водяні теплові насоси мають «мінуси», про які ми поговоримо далі.
Саме недоліки теплових насосів вода-вода, які ми вже розглянули вище, є причиною того, що вони не надто поширені в нашій країні.
Підведемо резюме.
Питання геології — які, мабуть, найсерйозніший недолік на сьогодні. В Україні досі немає регламентів, які б регулювали порядок геологічних робіт під час встановлення теплових насосів. Тому водяні насоси найчастіше використовуються в промисловості, де їх можна впровадити у виробництво, на якому вже задіяні водоймища.
Робота насоса «вода-вода» пов'язана із забором теплішої водної маси та скиданням більш холодної. Така штучна зміна температури водоймища може спричинити загибель живих організмів, які в ньому мешкають — риб, водоростей, молюсків і т. д. Це питання як етичного, так і юридичного характеру — отримати офіційний дозвіл на встановлення обладнання в природному середовищі непросто.
Якщо ви хочете встановити насос у великій судноплавній річці, трубу та свердловину можуть пошкодити водні транспортні засоби, або навпаки – ваші труби спричинять пошкодження водного транспорту.
Проблемою в цьому виді обладнання може стати поява зовнішнього елемента — насоса, що качає воду зі свердловини. Його вартість залежатиме від того, де знаходиться вода. Крім того, насос також споживає енергію. Наприклад, для дебіту в 7 м3/год і напорі 65 м, сучасний насос матиме номінальну потужність щонайменше 3 кВт.
Також через місце розташування води складно сказати заздалегідь, чи можлива в принципі установка водяного насоса. У процесі розвідувальних робіт потрібно буде визначити, як глибоко знаходиться вода, звідки її потрібно буде діставати, скільки її можна забрати, причому це повинен бути обсяг, який постійно поповнюється.
Свердловини, які виконуються під час встановлення насоса, потрібно обслуговувати. Їх необхідно чистити, не допускати замулювання, і це постійні роботи. На жаль, не можна сказати, з якою періодичністю їх треба проводити – все індивідуально.
Крім того, пам'ятайте, що водяні та геотермальні теплові насоси – це капітальні рішення. Якщо ви проєктуєте та продумуєте їх у деталях для якогось будинку, прибрати їх та замінити на інший спосіб опалення буде дуже проблематично. Забрати із собою тепловий насос при переїзді також не вийде. Таке обладнання може стати невигідним (наприклад, з геологічних чи кліматичних причин). Бувають випадки, коли через постійний забір тепла та розкидання холоду ККД насоса падає, і обладнання втрачає свою економічну вигідність. Річка чи озеро можуть пересохнути або вимерзнути, зміни законодавства можуть просто заборонити використання водойми.
Як бачимо, недоліків та потенційних проблем вистачає, тому в жодному разі не можна приймати рішення про купівлю такого насоса самостійно.
Нагадаємо, що витрата води, необхідна для теплового насоса, визначається із співвідношення 1 м³/година на 5 кВт потужності. Це середній показник, але його різниця невелика, тому ми братимемо за розрахунок саме його.
Тобто, як ми зазначали вище, для 10 кВт необхідно забезпечити циркуляцію двох кубометрів води. Крім самого теплового насоса, варто також пам'ятати про потреби будинку у воді, і це повинні бути дві окремі свердловини.
Ми вже згадували про те, що потрібний великий і стабільний об'єм води, і у зв'язку з цим виникає питання дебіту свердловини. Щоб переконатися, що тепловий насос працюватиме, фахівці, які займаються бурінням, повинні видати документ з результатом, що підтверджує, що дебіт свердловини не нижче за потрібний поріг. Дебіт свердловини показує, як швидко вода може відновлюватися.
З цим часто виникають труднощі. В Україні дуже рідко видають дебіт (або паспорт) свердловини, її аналіз — це технічно тривалий і складний процес, який залежить від пори року. Тому найчастіше беруться старі нормативи чи показники сусіда, що, звичайно, передбачає невідому похибку.
У цілому нині підготовка до встановлення теплового насоса — трудомістка як в інженерному плані, так і у плані розрахунків.
Як реалізувати систему опалення із тепловим насосом «вода-вода» у приватному будинку? Усі аспекти цього процесу розглянемо далі.
Джерело води може бути підземним (підземна річка, озеро) або зовнішнім (річка, велике озеро).
Геологи та інженери повинні переконатися, що у водоймі є достатня кількість води для насоса, а також, що немає ризику замерзання резервуара з водою (адже ви постійно скидатимете туди воду нижчої температури).
Які фактори впливають на вибір теплових насосів «вода-вода»?
Доступність джерела тепла.
Це найпростіший для розуміння та найголовніший фактор вибору. Якщо водойма не підходить для установки насоса, ніякі маніпуляції не допоможуть.
Завдяки високим СОР та продуктивності, їх вигідно ставити на великі будинки.
Побутові повітряні теплові насоси в середньому видають до 15-17 кВт потужності, тоді як для геотермальних та водяних доступні побутові рішення з 60-80 кВт потужності. При цьому варто пам'ятати, що тепловий насос має глибинний насос, що качає воду. Цей насос також споживає енергію, яку обов'язково потрібно враховувати під час розрахунків — вона опосередковано впливатиме на СОР, оскільки є невіддільним елементом роботи теплового насоса.
Із встановленням водяних теплових насосів є маса моментів, пов'язаних із конструкцією, геологією, кліматом, дозволами тощо.
У світі такі аспекти суворо регламентовані, що полегшує законне встановлення насосів (нехай це й коштує недешево). В Україні ж виникають труднощі, що може вплинути на рішення встановлювати або не встановлювати теплові насоси «вода-вода». Крім того, це завжди дорогі роботи, і складно передбачити, яке фінансування знадобиться на різних етапах.
Оскільки теплові насоси — капітальне рішення, і заміна системи буде дуже дорогою, варто обирати найкращі варіанти.
Найнадійніша автоматика, комплектуючі, максимально тривала гарантія — це складові, про які вам не доведеться шкодувати в майбутньому. З урахуванням ризиків, описаних вище, не варто економити на таких серйозних «дрібницях».
У яких випадках наші клієнти йдуть до кінця та зважуються на встановлення теплових насосів? Прикладом може бути готель, база відпочинку біля Дніпра (чи іншої великої річки) – це ідеальні умови для водних джерел теплової енергії. У такому разі ціна рішення покриє вигоду від витрат на конструктивні рішення і розрахунки. Для великих будинків, промислових підприємств можна розглянути насос «вода-вода».
У будь-якому випадку ви завжди можете звернутися до фахівців «Альтер Ейр» — ми проведемо відповідні розрахунки, покажемо «економіку» такого обладнання, і ви зможете ухвалити виважене та обґрунтоване рішення.
Для теплового насосу вода-вода свердловина є ключовою деталлю. Проєктування системи опалення з водяним тепловим насосом розпочинається з отримання паспорта свердловини. Саме від дебіту води залежить, чи можливе загалом встановлення насоса.
Крім стандартних робіт з буріння та облаштування свердловин, необхідне їхнє регулярне обслуговування та чищення.
Також, ми рекомендуємо відокремлювати воду свердловини від прямого контакту з тепловим насосом через теплообмінник. Це стало стандартною практикою для більшості рішень, оскільки теплообмінник гарантує безпеку дорогого теплового насоса. Це ще один пункт витрат, який необхідно передбачити у проєкті.
Як ви вже переконалися, тепловий насос «вода-вода» – це складна та специфічна система, і тому для нього потрібне додаткове обладнання. Часто загальна вартість цих «аксесуарів» та їхнє встановлення перевищує ціну на сам насос із його монтажем. При цьому в асортименті є безліч варіантів теплообмінників, насосів, труб, автоматики різних виробників — від китайських до шведських.
При установці системи опалення з водяним тепловим насосом вам знадобиться:
Система водоочищення, яка підбирається, виходячи з потужності теплового насоса (вона повинна встигати обробляти великі об'єми води). Як правило, це обов'язковий елемент, оскільки як відкриті, так і підземні водоймища мають не найчистішу воду. Фільтри підбираються після аналізу води (у ній можуть бути ті чи інші елементи, які «відсікаються» різними фільтрами).
Занурювальний насос (і автоматику) — вибирають, виходячи з об'єму води, яка циркулюватиме в тепловому насосі. Саме цей елемент перекачує воду із водойми або свердловини.
Проміжний теплообмінник, який розділяє тепловий насос зі свердловиною. Теплообмінник убезпечить тепловий насос, але при цьому буде точкою незначної втрати енергії.
Блок безперебійного живлення – особливо актуальний елемент у наш час. Безперебійники допомагають уникнути поломки системи чи трубопроводу у разі перебоїв з електроживленням.
Команда фахівців «Альтер Ейр» знає всі нюанси підбору та встановлення систем опалення, та допоможуть вам пройти цей шлях без зайвих витрат та нервів.
Етапи створення опалення з тепловим насосом «вода-вода» проходять за стандартним алгоритмом і включають:
Розробку концепту – всі деталі обговорюються із замовником;
Проєктування – розробку пакета документів для реалізації проєкту системи опалення з водяним тепловим насосом;
Підбір обладнання — варіації обладнання, виходячи з побажань клієнта та реальних можливостей об'єкта, за винятком можливих ризиків;
Монтаж, під час якого виконується встановлення теплового насоса та додаткового обладнання;
Пусконалагоджувальні роботи та тестування перед запуском у присутності клієнта;
Сервісні роботи – моніторинговий огляд та діагностика системи після запуску.
"Альтер Ейр" професійно виконує повний комплекс вищевказаних робіт.
У середньому тепловий насос «вода-вода» для опалення будинку буде у 2-3 рази дорожчим за повітряний такої ж потужності. За вартістю водяні насоси наближаються до ґрунтових.
Звичайно, різниця суттєва, але якщо ви шукаєте обладнання великої потужності, альтернативних варіантів не так багато.
Сам тепловий насос з блоком управління на 20 кВт від відомого, а головне, надійного німецького виробника коштує близько 30 000 євро, хоча є гідні варіанти і за 20 000 євро. Але це буде просто насос — без керування (а воно знадобиться для складної та розгалуженої системи), теплообмінника, занурювального насоса та багатьох інших елементів, без яких його робота неможлива. Тому остаточну ціну можна встановити тільки після проведення розрахунків та підбору всього обладнання для системи.
При експлуатації теплового насоса слід пам'ятати про регулярне обслуговування. Свердловина може замулюватися, засмічуватися, і це впливає на роботу обладнання, на його продуктивність.
Технічне обслуговування самого насоса проводиться щорічно. Частота обслуговування водяного контуру та свердловини залежить від вироблення, швидкості замулювання та інших факторів. Можливо, це потрібно буде робити раз на рік або раз на два роки, а може бути частіше.
Зрозуміло, що сервісом повинні займатися виключно фахівці.