Warmtepomp “water-water”: opbouw, werkingsprincipe, regels voor het inrichten van verwarming op basis daarvan

Voor verwarming en warm water in particuliere woningen is het raadzaam een water-water warmtepomp te gebruiken die werkt op natuurlijke bronnen – grondwater, rivieren, waterlichamen, enz. Het systeem is absoluut milieuvriendelijk, vereist geen regelmatige kosten voor verbruiksmaterialen en wordt daardoor steeds populairder.

We vertellen u over de verschillende opties voor de installatie van een warmtepomp die gebruikmaakt van eco-energie uit water om deze over te dragen aan huishoudelijke verwarmingssystemen. Voor nieuwsgierige doe-het-zelvers hebben we de werkingsprincipes van populaire varianten en de aanlegtechnologie beschreven. Bij ons leert u welke apparatuur nodig is voor de werking van het systeem.

Werkingsprincipe van een water-water warmtepomp

De warmtepomp belichaamt het principe van de Carnot-cyclus. Het ligt erin dat een bewegende stof in een gesloten systeem, die onder invloed van chemische, fysische of thermische factoren van toestand verandert van vloeibaar naar gasvormig, een enorme hoeveelheid thermische energie vrijgeeft en absorbeert.

Het werkzame medium is de warmtedrager – water uit een put of waterlichaam.

Zelfs in de winter behouden natuurlijke bronnen op een bepaalde diepte een positieve temperatuur, zodat er het hele jaar door thermische energie uit kan worden gewonnen. Het enige nadeel van de installatie is het hoge stroomverbruik en de noodzaak extra apparatuur aan te schaffen.

Het schema toont de circulatieroute van water en koelmiddel. Het systeem maakt het mogelijk thermische energie te verkrijgen, ongeacht het seizoen.

Belangrijkste onderdelen van een water-water warmtepomp:

• compressor;
• verdamper;
• condensor;
• expansie-inductieklep;
• automatisch systeem dat de indicatoren bewaakt;
• meerdere hoofdleidingen van koperen buizen;
• werkende stof (koelmiddel).

Met behulp van een speciale pomp stroomt water via buizen uit de bron naar de warmte-installatie, waarna het reageert met gas (freon) dat kookt bij een temperatuur van +2-3 graden. Freon absorbeert een deel van de warmte van het water en wordt aangezogen door de compressor, waar de temperatuur ervan stijgt tijdens compressie.

De apparatuur van de warmtepomp neemt veel ruimte in beslag, maar biedt de mogelijkheid om van de afhankelijkheid van nutsvoorzieningen af te komen.

Vervolgens komt het koelmiddel in de condensor, waarna de hete stof het water verwarmt tot de ingestelde temperatuur (van +40 tot +80 graden), die door de leidingen van het verwarmingssysteem wordt getransporteerd.

Het gekoelde water komt in de verdamper en wordt vervolgens afgevoerd naar de opvangput. Na het passeren van de condensor wordt het koelmiddel vloeibaar en verzamelt het zich op de bodem van het element, waarna het via de smoorklep terugkeert naar de oorspronkelijke plaats. Vervolgens herhaalt de cyclus zich.

Waar op letten bij de aanleg van dergelijke verwarming?

Er bestaan veel verschillende modificaties van warmtepompen, bestemd voor ruimtes van elke functie en grootte, en die onder verschillende omstandigheden werken. De apparatuur is bedoeld voor het verwarmen van huizen met een totale oppervlakte van 50 tot 150 vierkante meter.

Oriëntatiepunt #1 – hardheid van het water

De waterkwaliteit van de put of het waterlichaam speelt een belangrijke rol bij de keuze van apparatuur. Niet alle modellen kunnen werken met hard water dat veel mangaan en ijzer bevat.

Een hoge concentratie van deze elementen schaadt het systeem – op de leidingen ontstaat sneller corrosie, wat leidt tot een vermindering van het rendement en de levensduur van de apparatuur.

Daarom neemt men voordat men een warmtepomp koopt een watermonster en analyseert het op de aanwezigheid van deze en andere micro-elementen – waterstofsulfide, ammoniak, chloor, enz. Meestal, als de temperatuur in de vijver hoger is dan +13 graden, is er grote kans dat het water veel ijzer- en mangaanionen bevat.

Dus wordt de water-water warmtepomp gekozen rekening houdend met de waterhardheid. Er zijn systemen waarvan de elementen maximaal beschermd zijn tegen corrosie, maar ze kosten meer.

Oriëntatiepunt #2 – werkingsmodus

Een warmtepomp kan worden gebruikt als enige warmtebron of samenwerken met andere systemen. Daarom is het belangrijk om voordat u een model kiest te bepalen in welke modus het apparaat zal werken.

Er zijn in totaal twee soorten systeemwerking:

• Monovalent. Apparaten hebben een groot vermogen en zijn geschikt om een huis te verwarmen.
• Bivalent. Minder productieve apparaten die de primaire verwarmingsapparatuur aanvullen.

Voor de bouw van een autonoom systeem met een hoofdverwarmingsaggregaat water-water, is een monovalent type nodig.

Oriëntatiepunt #3 – vermogen van de pomp

Vermogen is een belangrijke indicator bij het kiezen van een warmtepomp, omdat de systeemprestatie ervan afhangt. Hoe hoger het vermogen, hoe hoger het rendement van de apparatuur, maar ook het elektriciteitsverbruik is groter.

De prestatie van de water-water warmtepomp wordt gekozen op basis van de werkelijke behoeften

Bij het kiezen van een apparaat met onvoldoende vermogen zal de efficiëntie van het systeem dalen als het warmteverlies van het huis de hoeveelheid door het systeem geleverde energie overschrijdt. De warmtepomp kan 24 uur per dag werken, maar zal geen effect hebben vanwege de daling van de watertemperatuur.

Wanneer het warmteverlies van het gebouw lager is dan de warmteafgifte van het systeem, start de pomp meestal automatisch gedurende enkele minuten, verwarmt het water tot de ingestelde temperatuur en transporteert het door het systeem. Daarna wordt hij uitgeschakeld totdat de temperatuur enkele graden is gedaald. Vervolgens herhaalt de cyclus zich.

Oriëntatiepunt #4 – functionaliteit van het specifieke model

Warmtepompen kunnen extra functies hebben, namelijk:

• Een automatisch regelsysteem dat u in staat stelt het binnenklimaat naar wens te regelen. De bediening gebeurt meestal met een afstandsbediening.
• Functie voor het verwarmen van water voor warmwatervoorziening.
• Geluidsisolerende behuizing.
• Mogelijkheid om aan te sluiten op andere verwarmingssystemen, zonnecollectoren, waardoor de verwarmingsapparatuur volledig autonoom wordt.

De levensduur van water-water warmtepompen bedraagt gewoonlijk meer dan 30 jaar.

Niet minder belangrijk bij het kiezen van apparatuur wordt de kosten van installatie en montage beschouwd.

Berekening van het benodigde vermogen van de warmtepomp

Voor de aankoop van het systeem is het belangrijk om vooraf een ontwerp te maken en het benodigde vermogen van de apparatuur te berekenen. De prestatie wordt berekend op basis van de werkelijke warmtebehoefte. Er wordt rekening gehouden met warmteverbruik, warmteverlies van het huis en de aan- of afwezigheid van een circuit warmwater.

Berekeningsalgoritme:

1. Bereken de totale oppervlakte van de verwarmde ruimtes.
2. Bepaal de benodigde hoeveelheid energie voor verwarming. De optimale waarde per vierkante meter is 0,07 kW.
3. Om een huis van N vierkante meter te verwarmen, is N*0,07 kW nodig.
4. Voor warm water wordt aan het verkregen getal nog 15-20% toegevoegd, dat wil zeggen N*0,07*0,85 of N*0,07*0,80.

Deze berekening is optimaal voor ruimtes met plafonds die niet hoger zijn dan 2,7 m. Nauwkeurigere berekeningen worden door specialisten gemaakt tijdens het opstellen van het project.

Voorbereidende werkzaamheden voor ingebruikname

De voorbereiding voor montage, aansluiting en ingebruikname van een water-water warmtepomp omvat een aantal standaard stappen, die u hierna zult leren kennen.

Keuze van de optimale waterbron

Opgemerkt dient te worden dat niet elke open bron of waterput geschikt is voor een ononderbroken werking van de warmtepomp. De waterkwaliteit speelt een belangrijke rol, maar filters kunnen het probleem van vervuiling helpen oplossen.

Het is toegestaan een waterlichaam of vijver te gebruiken die zich binnen een straal van 100 meter van het gebouw bevindt. Als een dergelijke bron niet aanwezig is, ontstaat de noodzaak om putten te boren.

De keuze van de bron voor de warmtepomp moet worden gericht op eenvoud en gebruikskosten. In het geval van een nabijgelegen open waterlichaam is het verstandiger om deze te gebruiken.

Het gedrag van een open bron is beter voorspelbaar dan dat van grondwater, dus geef indien mogelijk de voorkeur aan waterlichamen.

Installatie van het verwarmingssysteem met behulp van een put

Voor de installatie van een systeem met een warmtepomp zijn twee putten nodig. Een van de putten wordt gewoonlijk de productieput genoemd. In deze put wordt een speciale pomp ondergedompeld, waarmee water wordt onttrokken voor verdere verwerking in het systeem. De tweede put is de injectieput. Het gekoelde water wordt erin geloosd.

De injectie- en productieputten moeten op een onderlinge afstand van minimaal 15 meter worden geplaatst.

De diepte van de productieput mag niet meer dan 50 meter bedragen. Hoe dieper de waterbron zich bevindt, hoe krachtiger de pomp nodig is om het water op te pompen, wat het energieverbruik verhoogt.

Aanleg van een productieput

Voordat u de productieput in gebruik neemt, is het belangrijk om te weten hoeveel water deze kan leveren en hoeveel vloeistof er nodig is om de gehele ruimte van warmte te voorzien. Hoe hoger de watertemperatuur, hoe minder water er nodig is voor de verwarming.

Het is belangrijk om vooraf het volume V te berekenen dat per uur uit de put moet worden gepompt om de ruimte te verwarmen. Stel dat er een pomp is met een warmteproductie gelijk aan een bepaald getal Q kW, en een stroomverbruik van P kW. Ook moet de temperatuur van het grondwater (t1) worden gemeten en de temperatuur na warmte-uitwisseling (t2).

Dan ziet de formule voor het berekenen van het benodigde watervolume per uur er als volgt uit:

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

Het is analytisch onmogelijk om te bepalen of de productieput het benodigde watervolume kan leveren, daarom wordt deze getest. Gedurende 3 dagen pompt de pomp onafgebroken water uit de put. Op deze manier wordt ook de injectieput getest op het vermogen om de benodigde hoeveelheid water op te nemen bij hoge belasting.

Het is belangrijk om te begrijpen dat grondwater onvoorspelbaar is, waardoor de watertoevoer uit de productieput na verloop van tijd kan afnemen. In het voorjaar is er bijvoorbeeld vloed en in de winter neemt het water juist af. Als er niet genoeg water in de put is, schakelt het systeem automatisch uit en vindt er geen verwarming plaats.

Kenmerken van de ontvangstput

Een ontvangende buizenput wordt stroomafwaarts van het grondwater geplaatst. Het is analytisch onmogelijk te bepalen in welke richting het water stroomt. Daarom kiest men in de praktijk een willekeurige put als productieput en plaatst daarin een dompelpomp.

Als tijdens de werking van het systeem het waterpeil niet daalt, is de juiste keuze gemaakt. Als het peil daalt en de watertemperatuur daalt, dan moeten de putten worden verwisseld – de dompelpomp naar een andere opening worden verplaatst.

De afvoerleiding in de opvangput moet enkele centimeters in het water worden ondergedompeld, zonder de bodem te bereiken. Als het afvalwater van bovenaf wordt geloosd, leidt dit tot wateroverlast. De buisput kan stoppen met het opnemen van water en verstopt raken.

Het resultaat dreigt overstroming en in de winter mogelijk ijsvorming. De beste optie voor de opvangbron is een rivier of vijver. Als dergelijke objecten niet in de buurt zijn, is het nodig om nog een of meerdere opvangputten te boren, om zich te verzekeren tegen overstroming.

De afbeelding toont een voorbeeld van het gebruik van één put als opvang- en productieput.

Het is onmogelijk om te weten of een put water zal opnemen, noch analytisch, noch door testen. De praktijk leert dat een afvoerput jarenlang probleemloos water kan absorberen, maar ook binnen één seizoen volledig kan falen.

Er bestaan technologieën om één put te gebruiken als productie- en opvangput, maar deze methode is niet efficiënt – de exploitatie zal gepaard gaan met problemen, zoals mogelijke daling van de watertemperatuur, wateroverlast en een reeks andere problemen.

Installatie van het systeem met behulp van een waterlichaam

De gekozen vijver moet diep genoeg zijn, zodat de onderste waterlagen niet bevriezen tijdens strenge vorst. In zuidelijke regio's is de optimale diepte ongeveer 1 meter, in noordelijke regio's is een bron met een diepte van minimaal 3 meter vereist. Ook moet de vijver stabiel zijn – schommelingen in het waterpeil of afname ervan zijn niet toegestaan.

Naar het waterlichaam leiden twee leidingen – een productie- en een opvangleiding. In de opvangleiding wordt een dompelpomp geïnstalleerd.

Als buizen wordt aanbevolen om modellen van HDPE te gebruiken, die zich onderscheiden door duurzaamheid en betrouwbaarheid. Het is belangrijk de buizen te beschermen tegen bevriezing door ze extra te isoleren, en tegen breuken.

Voorbereiding van de woning voor installatie van de warmtepomp

Voor de interactie met de water-water warmtepomp moet in de woning een watergebaseerd verwarmingssysteem zijn geïnstalleerd, bestaande uit leidingen en radiatoren. Voor betere isolatie is het ook toegestaan verwarmingsbuizen in de vloer en muren te monteren.

Als de apparatuur wordt gebruikt voor het leveren van warm water, moet er in huis een systeem zijn voor het opvangen ervan. Voor het gebruik van de pomp is een aansluiting op het elektriciteitsnet met onbeperkte stroomvoorziening nodig.

Zonder aanvullende maatregelen voor de thermische isolatie van het huis (buitenisolatie, installatie van dubbele beglazing, enz.) heeft de werking van de warmtepomp geen zin.

Specialisten raden aan om ook een toevoerventilatiesysteem met een luchtverwarmer te installeren. Het in de apparatuur gebruikte freon is schadelijk voor de mens. Als er microscheuren in het systeemcircuit optreden, komt het gas vrij en verdringt het de lucht uit de ruimte. Het koelmiddel kan verergering van longziekten en verstikkingsaanvallen veroorzaken.

Een warmtepomp is zware apparatuur, het gewicht kan oplopen tot een ton (afhankelijk van het vermogen en de afmetingen), dus voor de installatie ervan is in sommige gevallen het bouwen van een eigen fundering nodig, die niet verbonden is met de fundering van het huis.

Voor de installatie van de apparatuur moet u rekening houden met de toegestane afmetingen van de ruimte en de afstand tot de muren zoals aangegeven in het productpaspoort.

Aanvullende apparatuur

De keuze van aanvullende apparatuur voor de warmtepomp is een verantwoordelijke taak, waarvan de oplossing grotendeels de duurzaamheid van het verwarmingssysteem als geheel en de afwezigheid van problemen tijdens het gebruik bepaalt.

Dompelpomp pomp voor putten en vijvers

Als in het systeem de warmtepomp wordt gebruikt voor de levering van warm water, kan een apparaat met een laag vermogen de druk in de kranen verlagen. Een krachtige pomp lost dit probleem op, maar verbruikt meer energie. Het minimaal toegestane vermogen bij gebruik van warmwatervoorziening – 1 kW.

Er bestaan vele verschillende modificaties van dompelpompen. De keuze wordt gemaakt op basis van drie criteria, namelijk:

• Hoeveelheid vloeistof die wordt gebruikt voor het verpompen (hoe meer water moet worden getransporteerd, hoe hoger het vermogen van de pomp moet zijn).
• Diepte van de put (hoe dieper de put, hoe groter het vermogen van de apparatuur moet zijn);
• Diameter van de put (traditioneel wordt de voorkeur gegeven aan 4-inch schachten, omdat daarvoor het grootste aantal pompen is gemaakt, in tegenstelling tot 3-inch schachten).

Om de diepte van de put te bepalen, moet u een gewicht aan een touw bevestigen en in de schacht laten zakken. Het natte deel van het touw geeft de volledige diepte van de put aan, het droge deel bepaalt de afstand van het waterbegin tot het oppervlak.

De pomp wordt in de schacht van de put geplaatst op de door de fabrikant aangegeven diepte. Meestal staat in het technisch paspoort aangegeven hoeveel meter er moet zijn tussen het wateroppervlak en de pomp, en tussen de bodem van de put en de pomp.

Voor mijnen kunnen zowel universele pompen als speciaal voor boorgaten ontworpen apparatuur geschikt zijn. Als de mijn door professionals is ontwikkeld, raakt deze minder verstopt met zand, dus kunt u gerust een universele pomp gebruiken.

Pompen die speciaal voor boorgaten zijn ontworpen, zijn duurder, maar ze gaan uitstekend om met zand en vuil en raken minder verstopt. Universele pompen zijn gevoelig voor een hoog organisch gehalte; ze moeten regelmatig van vuil worden gereinigd, waardoor hun levensduur afneemt.

Geef de voorkeur aan pompen met automatische regeling, omdat ze bij oververhitting van de motor, overmatige verstopping of gebrek aan water in het boorgat automatisch uitschakelen, waardoor de motor niet oververhit raakt en niet uitvalt.

Op basis van het werkingsprincipe worden 2 soorten dompelpompen onderscheiden:

• Centrifugaal.
• Trillingspompen.

Voor gebruik in boorgaten die water uit kalksteen winnen, hebben diepe centrifugaalmodellen de voorkeur. Ze zijn gevoelig voor water met zandkorrels en kleisuspensie.

Als een warmtepomp wordt aangesloten op een open waterlichaam, kunt u beter oppervlaktepompapparatuur gebruiken die is ontworpen voor het verpompen van vuil water, of een goedkope trillingspomp.

Tussenwarmtewisselaar van de warmtepomp

In warmtepompen kan freon tijdens de circulatie onvoldoende worden gekoeld, wat leidt tot oververhitting van de compressor door een te hoge temperatuur aan de perszijde. Daarom is het belangrijk om de koeling van het medium te verbeteren, waardoor de druk in de circuits wordt verlaagd.

Er is nog een probleem dat kenmerkend is voor alle warmtepompen: het koelmiddel kan zich mengen met waterdamp. Als de vloeistof in de compressor terechtkomt, kan er een waterslag optreden. In dat geval is reparatie of vervanging van het onderdeel nodig. Ook kan water in de olie terechtkomen en het is moeilijk om het er weer uit te halen.

Al de bovengenoemde problemen worden opgelost door de installatie van een tussenwarmtewisselaar. Warmtewisselaars zijn er in drie soorten: open type, shell-and-tube en spiraaltype.

De open-type modificatie neutraliseert de vloeistof die tijdens de circulatie in het freon is terechtgekomen, waardoor de kans op waterslag van de compressor wordt geminimaliseerd. Het apparaat kenmerkt zich door hoge prestaties bij minimaal energieverbruik.

Bij het installeren van een warmtewisselaar van het open type is het belangrijk om de juiste maat van de vloeistofleiding te kiezen om een minimale drukval te garanderen.

Goed gekozen leidingen voorkomen dat de vloeistof gaat koken. De klep moet daarbij voldoende doorlaatcapaciteit hebben zodat de vloeistof bij een klein drukverschil het apparaat kan binnendringen.

Een buisplatenwarmtewisselaar is gepresenteerd als een gesloten constructie. De warmteoverdracht vindt plaats via de wanden van de buizen, en de vloeistof en het koelmiddel worden er niet gemengd, in tegenstelling tot een open type, wat zorgt voor een hoge druk voor de circulatie van stoom en lucht.

Een spiraalwarmtewisselaar onderscheidt zich door de aanwezigheid van een debietregelaar die de stroom van vloeibaar koelmiddel regelt. De grootte van het apparaat hangt rechtstreeks af van het vermogen van de warmtepomp. U moet het product kiezen op basis van de functionaliteit en het beschikbare bedrag. Het is aan te raden om de voorkeur te geven aan demonteerbare modellen.

Filters voor de warmtepomp

Water uit putten of waterlichamen komt niet in zuivere vorm binnen. Het kan zand, vuil, verschillende micro-elementen bevatten – ijzer, waterstofsulfide, mangaan, chloor, ammoniak, enz. Voordat het water in de warmtepomp komt, moet het worden gefilterd.

Allereerst moeten grote deeltjes worden verwijderd – stenen, zand, vuil, slib. Om ze uit het water te halen, is een hydrocycloon nodig.

De hydrocycloon is een apparaat dat nodig is voor grove waterzuivering. U moet deze kiezen rekening houdend met het vermogen van de pomp

Vervolgens is het belangrijk om filters te installeren die ijzer, waterstofsulfide, mangaan, ammoniak verwijderen. Deze micro-elementen verkorten de levensduur van de apparatuur en veroorzaken corrosie.

Men kan gebruik maken van omgekeerde osmose filters, waterontharders, ontijzeraars en hun modificaties. Om drinkbaar warm water te garanderen, moeten daarnaast koolstoffilters en een UV-sterilisator worden geïnstalleerd die bacteriën en virussen vernietigt.

Elektrische generator voor noodstroomvoorziening

Warmtepompen werken op het elektriciteitsnet, dus als de stroom uitvalt, blijft het huis zonder verwarming. Het is zinvol om daarnaast een elektriciteitsgenerator aan te schaffen die op brandbare stoffen werkt.

Het is belangrijk dat de elektriciteitsgenerator het benodigde vermogen kan leveren voor de werking van de compressor van de pomp

Bijzonderheden van de exploitatie van een dergelijke warmtepomp

Eén keer per jaar moet u een eigen visuele inspectie van de pomponderdelen uitvoeren, de aanbevelingen voor technisch onderhoud opvolgen – tijdig onderdelen smeren, de correcte werking van het apparaat tijdens het verpompen van water controleren.

Sommige soorten apparatuur hebben regelmatige controle (meestal 1-2 keer per jaar) nodig door specialisten van het servicecentrum. Tijdens de controle worden vastgesteld:

• lekkages van machineolie door scheuren in het circuit;
• de kwaliteit van bevestigingen en verbindingen;
• het drukniveau in de tanks en circuits;
• storingen in de werking van de stroombedrading.

De installatie van een water-water warmtepomp moet worden toevertrouwd aan getrainde specialisten. Inefficiëntie van het systeem wordt meestal veroorzaakt door een incorrecte installatie. De warmteapparatuur is geschikt voor gebruik door zowel bewoners van zuidelijke als noordelijke regio's.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De video maakt u bekend met het werkingsprincipe en de bijzonderheden van het apparaat:

Samenvattend kan worden geconcludeerd dat de water-water warmtepomp wordt beschouwd als een efficiënte, milieuvriendelijke uitrusting, ontworpen voor het verwarmen van huizen tot 150 vierkante meter. Voor de inrichting van een grotere ruimte kunnen vrij complexe technische onderzoeken nodig zijn.

Als u vragen heeft tijdens het doornemen van de verstrekte informatie, stelt u deze dan in het onderstaande blok. We wachten op uw commentaren, vragen over het onderwerp, verhalen en foto's over de zelfbouw van een mini-waterkrachtcentrale. Uw mening interesseert ons.