Pompe à chaleur eau-eau : dispositif, principe de fonctionnement, règles d'aménagement du chauffage en fonction de celle-ci

Pour chauffer et fournir de l'eau chaude aux habitations privées, il est conseillé d'utiliser une pompe à chaleur eau-eau alimentée par des sources naturelles - eaux souterraines, rivières, réservoirs, etc. Le système est absolument sans danger pour l'environnement et ne nécessite pas de coûts réguliers pour les consommables, c'est pourquoi il est de plus en plus demandé.

Nous parlerons des options pour une pompe à chaleur qui utilise l'éco-énergie de l'eau pour la transférer aux systèmes de chauffage domestique. Pour les artisans curieux, nous avons décrit les principes de fonctionnement des options d'appareils et de la technologie de construction populaires. Vous découvrirez ici quel équipement est nécessaire au fonctionnement du système.

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur eau/eau

La pompe à chaleur incarne le principe du cycle Carnot.Cela réside dans le fait qu'une substance se déplaçant dans un système fermé et changeant son état d'agrégation de liquide à gazeux sous l'influence de facteurs chimiques, physiques ou thermiques, libère et absorbe une énorme quantité d'énergie thermique.

La substance de travail est un porteur thermique - l'eau d'un puits ou d'un réservoir.

Même en hiver, les sources naturelles situées à une certaine profondeur maintiennent une température positive, ce qui permet d'en extraire de l'énergie thermique toute l'année. Le seul inconvénient de l'installation est la consommation électrique élevée et la nécessité d'acheter du matériel supplémentaire.

Le diagramme montre le chemin de circulation de l’eau et du réfrigérant. Le système vous permet de recevoir de l'énergie thermique, quelle que soit la saison

Les principaux éléments d’une pompe à chaleur eau/eau :

• compresseur;
• évaporateur;
• condensateur;
• vanne d'expansion et d'induction ;
• système automatique qui surveille les indicateurs ;
• plusieurs lignes de tuyaux en cuivre ;
• substance active (réfrigérant).

À l'aide d'une pompe spéciale, l'eau s'écoule à travers des tubes depuis la source jusqu'à l'unité de chauffage, après quoi elle interagit avec le gaz (fréon), qui bout à une température de +2-3 degrés. Le fréon absorbe une partie de la chaleur de l'eau et est aspiré dans le compresseur, où sa température augmente lors de la compression.

L'équipement de pompe à chaleur prend beaucoup de place, mais offre la possibilité de se débarrasser de la dépendance aux services publics

Ensuite, le réfrigérant entre dans le condenseur, après quoi la substance chaude chauffe l'eau à une température donnée (de +40 à +80 degrés), qui est transportée à travers les tuyaux du système de chauffage.

L'eau refroidie entre dans l'évaporateur puis s'écoule dans le puits récepteur.Après avoir traversé le condenseur, le réfrigérant devient liquide et s'accumule au bas de l'élément, puis retourne par le papillon à son emplacement d'origine. Puis le cycle se répète.

Que faut-il rechercher lors de l'aménagement d'un tel chauffage ?

Il existe un grand nombre de modifications différentes de pompes à chaleur conçues pour des locaux de tout usage et de toute taille, ainsi que pour fonctionner dans différentes conditions. L'équipement est destiné au chauffage de maisons d'une superficie totale de 50 à 150 mètres carrés.

Ligne directrice n°1 – dureté de l’eau

La qualité de l'eau d'un puits ou d'un réservoir joue un rôle important dans le choix des équipements. Tous les modèles ne sont pas capables de fonctionner avec de l'eau dure contenant de grandes quantités de manganèse et de fer.

Une concentration élevée de ces éléments nuit au système - la corrosion se forme plus rapidement sur les tuyaux, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité de l'équipement et de sa durée de vie.

Par conséquent, avant d'acheter une pompe à chaleur, prenez échantillon d'eau et analysez-le pour la présence de ces éléments et d'autres oligo-éléments - sulfure d'hydrogène, ammoniac, chlore, etc. Habituellement, si la température dans l'étang dépasse +13 degrés, il y a une forte probabilité qu'il y ait beaucoup d'ions fer et manganèse dans l'eau.

Ainsi, la pompe à chaleur eau/eau est choisie en tenant compte de la dureté de l'eau. Il existe des systèmes dont les éléments sont protégés au maximum contre la corrosion, mais ils sont plus chers.

Ligne directrice n°2 - mode de fonctionnement

La pompe à chaleur peut être utilisée comme seule source de chaleur ou en conjonction avec d’autres systèmes. Par conséquent, avant de choisir un modèle, il est important de déterminer dans quel mode l'appareil fonctionnera.

Il existe deux types de fonctionnement du système :

• Monovalent. Les appareils ont une grande puissance et conviennent au chauffage d’une maison.
• Béquivalent. Des appareils moins efficaces complètent les principaux équipements de chauffage.

Pour construire un système autonome avec une unité principale de chauffage eau-eau, vous avez besoin d'un type monovalent.

Ligne directrice n°3 - puissance de la pompe

La puissance est un indicateur important lors du choix d’une pompe à chaleur, puisque les performances du système en dépendent. Plus la puissance est élevée, plus l’efficacité de l’équipement est élevée, mais plus la consommation d’énergie est élevée.

Les performances de la pompe à chaleur eau/eau sont sélectionnées en fonction des besoins réels

Si vous choisissez un appareil dont la puissance est insuffisante, l'efficacité du système diminuera si les pertes de chaleur dans la maison dépassent la quantité d'énergie fournie par le système.La pompe à chaleur peut fonctionner 24 heures sur 24, mais elle n’aura aucun effet en raison de la baisse de température de l’eau.

Lorsque la perte de chaleur d'un bâtiment est inférieure au transfert de chaleur du système, la pompe démarre généralement automatiquement pendant quelques minutes, chauffe l'eau à la température réglée et la transporte à travers le système. Ensuite, il s'éteint jusqu'à ce que la température baisse de quelques degrés. Puis le cycle se répète.

Ligne directrice n°4 - fonctionnalité d'un modèle spécifique

Les pompes à chaleur peuvent avoir des fonctions supplémentaires, à savoir :

• Un système de contrôle automatique qui vous permettra d'ajuster le microclimat de la pièce à votre goût. Le contrôle s'effectue généralement à l'aide d'une télécommande.
• Fonction de chauffage de l'eau pour l'approvisionnement en eau chaude.
• Boîtier insonorisé.
• Possibilité de raccordement à d'autres systèmes de chauffage, capteurs solaires, ce qui rendra l'équipement de chauffage totalement autonome.

La durée de vie des pompes à chaleur eau-eau dépasse généralement 30 ans.

Le coût d’installation et d’installation est tout aussi important lors du choix de l’équipement.

Calcul de la puissance nécessaire de la pompe à chaleur

Avant d'acheter un système, il est important d'élaborer d'abord un projet et de calculer la puissance requise de l'équipement. La productivité est calculée en tenant compte des besoins réels en énergie thermique. La consommation de chaleur, les déperditions thermiques de l'habitation et la présence ou l'absence d'un circuit sont prises en compte ECS.

Algorithme de calcul :

1. Nous calculons la superficie totale des locaux chauffés.
2. Nous déterminons la quantité d'énergie nécessaire pour le chauffage. L'indicateur optimal par mètre carré est de 0,07 kW.
3. Pour chauffer une maison de N mètres carrés, il vous faudra N*0,07 kW.
4. Pour ECS 15 à 20 % supplémentaires sont ajoutés au nombre obtenu, c'est-à-dire N*0,07*0,85 ou N*0,07*0,80.

Ce calcul sera optimal pour les pièces dont les plafonds ne dépassent pas 2,7 m de hauteur. Des calculs plus précis seront effectués par des spécialistes lors de la préparation du projet.

Travaux préparatoires avant opération

La préparation au montage, au raccordement et à la mise en service d'une pompe à chaleur de la série eau-eau comprend un certain nombre d'étapes standards, que nous connaîtrons plus tard.

Choisir la source d'eau optimale

Il convient de noter que tous les logiciels open source ou puits d'eau adapté au fonctionnement ininterrompu de la pompe à chaleur. La qualité de l'eau joue un rôle important, mais les filtres aideront à résoudre le problème de la contamination.

Il est permis d'utiliser un réservoir ou un étang situé dans un rayon de 100 mètres du bâtiment. S'il n'existe pas une telle source, il est alors nécessaire de forer des puits.

Le choix de la source d’une pompe à chaleur doit être basé sur la facilité d’utilisation et le coût d’utilisation. S'il y a un réservoir ouvert à proximité, il est plus sage de l'utiliser

Le comportement d'une source open source est plus prévisible que celui des eaux souterraines, donc si possible, il vaut mieux privilégier les réservoirs.

Installation d'un système thermique utilisant un puits

Pour installer un système utilisant une pompe à chaleur, vous aurez besoin de deux puits. L'un des puits est généralement appelé débit. C'est dans celui-ci qu'est immergée une pompe spéciale, à l'aide de laquelle l'eau est prélevée pour un traitement ultérieur dans le système. Le deuxième puits est un puits récepteur. L'eau refroidie y est évacuée.

Les puits de drainage et d'alimentation doivent être situés à au moins 15 mètres les uns des autres.

La profondeur du puits débiteur ne doit pas dépasser 50 mètres. Plus la source d’eau est profonde, plus la pompe nécessaire pour l’alimenter est puissante, ce qui augmentera la quantité d’énergie consommée.

Construction d'un puits de débit

Avant de commencer à exploiter un puits débiteur, il est important de connaître la quantité d'eau qu'il peut produire et la quantité de liquide nécessaire pour fournir de la chaleur à toute la pièce. Plus la température de l’eau est élevée, moins elle sera nécessaire au chauffage.

Il est important de pré-calculer le volume V, qui doit être pompé hors du puits dans l'heure pour chauffer la pièce. Disons qu'il y a une pompe dont la puissance calorifique est égale à un certain nombre Q kW et consommation d'énergie - au nombre P. kW. Vous devrez également connaître la température de la nappe phréatique (t1) et leur température après échange de température (t2).

Ensuite, la formule pour calculer le volume de la quantité d'eau requise par heure ressemble à ceci :

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

Il est analytiquement impossible de déterminer la capacité d'un puits de débit à produire le volume d'eau requis, c'est pourquoi il est testé. Pendant 3 jours, la pompe pompe sans interruption l'eau du puits. De cette manière, la capacité du puits récepteur est également vérifiée à recevoir la quantité d'eau requise sous une charge élevée.

Il est important de comprendre que les eaux souterraines se comportent de manière imprévisible, de sorte que la quantité d'eau d'un puits débiteur peut diminuer avec le temps. Par exemple, au printemps il y a des marées hautes, mais en hiver, au contraire, l'eau diminue. S'il n'y a pas assez d'eau dans le puits, le système s'éteint automatiquement et le chauffage ne se produit pas.

Caractéristiques du puits de réception

Le puits tubulaire récepteur est situé en aval de la nappe phréatique. Il est analytiquement impossible de déterminer dans quelle direction l’eau se déplace. Par conséquent, dans la pratique, un puits arbitraire est sélectionné comme puits de débit et lancé dedans. submersible pompe.

Si le niveau d'eau ne baisse pas pendant le fonctionnement du système, le choix a été fait correctement.Si le niveau a baissé et que la température de l'eau a baissé, il est alors nécessaire de changer la position des puits - déplacer submersible pomper dans un autre trou.

Le tuyau d’évacuation menant au puits récepteur doit être immergé de quelques centimètres dans l’eau, sans atteindre le fond. Si vous jetez des déchets liquides par le haut, cela entraînera un engorgement. Le puits tubulaire peut cesser de recevoir de l’eau et se boucher.

Le résultat menace de débordement et, en hiver, d'un éventuel givrage. Les meilleures options pour une source réceptrice sont une rivière ou un étang. Si ces objets ne sont pas à proximité, il est alors nécessaire de forer un ou plusieurs puits récepteurs afin de s'assurer contre les débordements.

La figure montre un exemple d'utilisation d'un puits comme puits de réception et de débit.

Il est impossible de savoir si un puits recevra de l’eau, que ce soit par analyse ou par tests. La pratique montre qu'un puits de drainage peut absorber de l'eau sans interruption pendant de nombreuses années, ou qu'il peut complètement échouer en une seule saison.

Il existe des technologies qui vous permettent d'utiliser un puits comme puits de débit et de réception, mais cette méthode n'est pas efficace - le fonctionnement s'accompagnera de difficultés, une diminution de la température de l'eau, un engorgement et un certain nombre d'autres problèmes sont possibles.

Conception d'un système utilisant un réservoir

L'étang choisi doit être suffisamment profond pour que les couches d'eau inférieures ne gèlent pas lors de fortes gelées. Dans les régions du sud, la profondeur optimale sera d'environ 1 mètre ; dans les régions du nord, une source d'une profondeur de 3 mètres sera nécessaire. De plus, l'étang doit être stable - les fluctuations du niveau d'eau et sa diminution sont inacceptables.

Il y a deux pipelines vers le réservoir : débit et réception.Une pompe submersible est installée dans la zone de réception

Il est recommandé d'utiliser des modèles en PEHD, caractérisé par sa durabilité et sa fiabilité. Il est important de protéger les tuyaux du gel en les isolant également et des percées.

Préparer votre maison pour une installation de pompe à chaleur

Pour interagir avec une pompe à chaleur eau-eau, la maison doit être équipée d'un système de chauffage à base d'eau, présenté sous forme de canalisations et de batteries de radiateurs. Pour une meilleure isolation, il est également permis d’installer des tuyaux de chauffage dans le sol et les murs.

Si l'équipement doit être utilisé pour fournir de l'eau chaude, la maison doit disposer d'un système de collecte. Pour faire fonctionner la pompe, vous devez être connecté à un réseau électrique à puissance illimitée.

Sans mesures supplémentaires pour l'isolation thermique de la maison (isolation par l'extérieur, installation de fenêtres à double chambre, etc.) faire fonctionner une pompe à chaleur n'a pas de sens.

Les experts recommandent d'installer en plus système de ventilation d'alimentation avec un mécanisme de chauffage à air. Le fréon utilisé dans l'équipement est nocif pour l'homme. Si dans le circuit du système il y a microfractures, le gaz sera libéré et chassera ainsi l'air de la pièce. Le réfrigérant peut provoquer une exacerbation des maladies pulmonaires et des crises d'asthme chez l'homme.

Une pompe à chaleur est un équipement lourd, son poids peut atteindre une tonne (selon la puissance et la taille), donc dans certains cas son installation nécessite la construction de sa propre fondation, non reliée à la fondation du chalet.

Avant d'installer l'équipement, vous devez prendre en compte les dimensions autorisées de la pièce et maintenir la distance par rapport aux murs spécifiée dans le passeport du produit.

Équipement optionel

Choix équipement supplémentaire pour pompe à chaleur - une tâche responsable dont la solution détermine en grande partie la durée de vie à long terme du système de chauffage dans son ensemble et l'absence de problèmes de fonctionnement.

Submersible pompe pour puits et réservoirs

Si le système utilise une pompe à chaleur pour fournir de l'eau chaude, un appareil de faible puissance peut réduire la pression dans les robinets. Une pompe puissante résoudra ce problème, mais elle consommera plus d'énergie. Puissance minimale admissible pendant le fonctionnement FGP — 1 kW.

Il existe de nombreuses modifications différentes submersible pompes Le choix se fait en tenant compte de trois critères, à savoir :

• Quantité de liquideutilisé pour le pompage (plus il faut transporter d’eau, plus la puissance de la pompe doit être élevée).
• Profondeur du puits (plus le puits est profond, plus la puissance de l'équipement doit être grande) ;
• Diamètre du puits (Traditionnellement, les arbres de 4 pouces sont préférés car ils comportent le plus grand nombre de pompes, par opposition à ceux de 3 pouces).

Pour déterminer la profondeur du puits, il est nécessaire d'attacher un poids à une corde et de l'abaisser dans le puits. La partie humide de la corde indiquera toute la profondeur du puits, la partie sèche déterminera la distance entre le début de l'eau et la surface.

La pompe est immergée dans le puits de forage à une profondeur spécifiée par le fabricant de l'appareil. Habituellement, le passeport technique indique combien de mètres il doit y avoir entre la surface de l'eau et la pompe, le fond de l'excavation et la pompe.

Les pompes universelles et les équipements spécialement conçus pour les puits peuvent convenir aux mines. Si la mine a été développée par des professionnels, elle est alors moins obstruée par du sable, vous pouvez donc utiliser en toute sécurité une pompe universelle.

Les pompes conçues spécifiquement pour les puits sont plus chères, mais elles résistent bien au sable et à la saleté et se bouchent moins. Les universels sont sensibles à une teneur élevée en matières organiques, ils doivent être régulièrement nettoyés de la saleté, ce qui réduit leur durée de vie.

La préférence doit être donnée aux pompes automatisées, car si le moteur surchauffe, s'il y a un blocage excessif ou s'il n'y a pas d'eau dans le puits, elles s'éteignent d'elles-mêmes, de sorte que le moteur ne surchauffe pas et ne tombe pas en panne.

Basé sur le principe de fonctionnement, il existe 2 types submersible pompes :

• Centrifuge.
• Vibrant.

Pour les travaux dans les puits produisant de l'eau dans le calcaire, les modèles centrifuges profonds sont préférables. Ils sont sensibles à l’eau contenant des grains de sable et des suspensions argileuses.

Si la pompe à chaleur doit être connectée à un réservoir ouvert, il est préférable d'utiliser un équipement de pompage de surface conçu pour pomper l'eau sale, ou un appareil vibrant peu coûteux.

Echangeur de chaleur intermédiaire pour pompe à chaleur

Dans les pompes à chaleur, le fréon peut ne pas être suffisamment refroidi pendant la circulation, provoquant une surchauffe du compresseur en raison de températures de refoulement excessives. Il est donc important d’améliorer le refroidissement de la substance, réduisant ainsi la pression dans les circuits.

Il existe un autre problème commun à toutes les pompes à chaleur : le réfrigérant peut se mélanger à la vapeur d’eau. Si du liquide pénètre dans le compresseur, cela peut se produire coup de bélier. Dans ce cas, une réparation ou un remplacement de la pièce sera nécessaire. De plus, de l'eau peut pénétrer dans l'huile et il est difficile de l'en retirer.

Tous les problèmes décrits ci-dessus sont résolus en installant un échangeur de chaleur intermédiaire.Il existe trois types d'échangeurs de chaleur : de type ouvert, à calandre et à serpentin.

La modification de type ouvert neutralise le liquide qui pénètre dans le fréon pendant la circulation, ce qui minimise le risque coup de bélier compresseur. L'appareil offre des performances élevées avec une consommation d'énergie minimale.

Lors de l'installation d'un échangeur de chaleur de type ouvert, il est important de sélectionner la taille correcte du pipeline de liquide pour garantir une compression de pression minimale.

Des tuyaux correctement sélectionnés neutraliseront la possibilité de faire bouillir du liquide. Dans ce cas, la vanne doit avoir un débit suffisant pour que le liquide puisse pénétrer dans l'appareil avec une faible différence de pression.

L'échangeur de chaleur à calandre et à tubes se présente sous la forme d'une structure fermée. L'échange de chaleur s'effectue à travers les parois des tuyaux et le liquide et le réfrigérant qu'ils contiennent ne se mélangent pas, contrairement aux tuyaux ouverts, qui fournissent une haute pression pour la circulation de la vapeur et de l'air.

L'échangeur de chaleur à serpentin se distingue par la présence d'un régulateur de débit qui contrôle le débit de fréon liquide. La taille de l'appareil dépend directement de la puissance de la pompe à chaleur. Il est nécessaire de sélectionner un produit en tenant compte de la fonctionnalité et de la quantité disponible. Il est conseillé de privilégier les modèles pliables.

Filtres pour pompes à chaleur

L’eau des puits ou des réservoirs n’existe pas sous forme pure. Elle peut contenir du sable, de la saleté, divers oligo-éléments - fer, sulfure d'hydrogène, manganèse, chlore, ammoniac, etc. Avant d'entrer dans la pompe à chaleur, l'eau doit être filtrée.

Tout d'abord, il est nécessaire d'éliminer les grosses substances - pierres, sable, saleté, limon. Pour les retirer de l'eau, une installation est nécessaire hydrocyclone.

Un hydrocyclone est un appareil nécessaire à la purification des eaux brutes.Il doit être choisi en tenant compte de la puissance de la pompe

Ensuite, il est important d’installer des filtres qui éliminent le fer, le sulfure d’hydrogène, le manganèse et l’ammoniac. Ces microéléments raccourcissent la durée de vie de l'équipement et l'exposent à la corrosion.

Vous pouvez utiliser des filtres osmose inverse, adoucissants, dissolvants de fer et leurs modifications. Pour fournir de l'eau chaude potable, vous devez en outre l'équiper de filtres à charbon et d'un stérilisateur UV qui détruit les bactéries et les virus.

Générateur électrique pour alimentation de secours

Les pompes à chaleur fonctionnent à partir du réseau électrique, donc en cas de panne de courant, la maison se retrouvera sans chauffage. Il est conseillé d'acheter en plus un générateur électrique fonctionnant avec des substances inflammables.

Il est important que le générateur électrique puisse générer la puissance nécessaire pour faire fonctionner le compresseur de la pompe.

Caractéristiques de fonctionnement d'une telle pompe à chaleur

Une fois par an, il est nécessaire de procéder à une inspection visuelle indépendante des composants de la pompe, de suivre les recommandations d'entretien - de lubrifier les pièces en temps opportun, de surveiller le bon fonctionnement de l'appareil lors du pompage de l'eau.

Certains types d'équipements nécessitent une inspection régulière (généralement 1 à 2 fois par an) par des spécialistes du centre de service. Lors de l'inspection, les éléments suivants sont révélés :

• l'huile moteur s'écoule par des fissures dans le circuit ;
• qualité des fixations et des connexions ;
• niveau de pression dans les réservoirs et les circuits ;
• dysfonctionnements dans le câblage électrique.

L'installation d'une pompe à chaleur eau-eau doit être effectuée par des spécialistes qualifiés. L'inefficacité du système est le plus souvent due à une mauvaise installation. Les équipements thermiques conviennent aussi bien aux résidents des régions du Sud que du Nord.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

La vidéo vous présentera le principe de fonctionnement et les fonctionnalités de l'appareil :

En conséquence, nous pouvons conclure qu'une pompe à chaleur eau-eau est considérée comme un équipement efficace et respectueux de l'environnement, conçu pour chauffer des maisons jusqu'à 150 mètres carrés. L'aménagement d'une zone plus grande peut nécessiter des études techniques assez complexes.

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