Données techniques des pompes de circulation pour les installations de chauffage

Types de conceptions de pompe à chaleur

Le type de pompe à chaleur est généralement désigné par une phrase indiquant le fluide source et le caloporteur du système de chauffage.
Il existe les variétés suivantes:

• ТН "air - air";
• ТН "air - eau";
• TH "sol - eau";
• TH "eau - eau".

La toute première option est un système split conventionnel fonctionnant en mode chauffage. L'évaporateur est monté à l'extérieur et une unité avec un condenseur est installée à l'intérieur de la maison. Ce dernier est soufflé par un ventilateur, grâce auquel une masse d'air chaud est fournie à la pièce.

Si un tel système est équipé d'un échangeur de chaleur spécial avec des buses, le type HP "air-eau" sera obtenu. Il est connecté à un système de chauffage de l'eau.

L'évaporateur HP du type "air-air" ou "air-eau" peut être placé non pas à l'extérieur, mais dans le conduit de ventilation par extraction (il doit être forcé). Dans ce cas, l'efficacité de la pompe à chaleur sera augmentée plusieurs fois.

Les pompes à chaleur du type «eau-eau» et «sol-eau» utilisent un échangeur de chaleur dit externe ou, comme on l'appelle aussi, un collecteur pour extraire la chaleur.

Schéma de principe de la pompe à chaleur

Il s'agit d'un long tube en boucle, généralement en plastique, à travers lequel un milieu liquide circule autour de l'évaporateur. Les deux types de pompes à chaleur représentent le même appareil: dans un cas, le collecteur est immergé au fond d'un réservoir de surface, et dans le second - dans le sol. Le condenseur d'une telle pompe à chaleur est situé dans un échangeur de chaleur relié au système de chauffage à eau chaude.

Le raccordement des pompes à chaleur selon le schéma «eau - eau» est beaucoup moins laborieux que «sol - eau», car il n'est pas nécessaire de réaliser des travaux de terrassement. Au fond du réservoir, le tuyau est posé sous la forme d'une spirale. Bien sûr, pour ce schéma, seul un réservoir convient qui ne gèle pas au fond en hiver.

Il est temps d'étudier de manière approfondie l'expérience étrangère

Presque tout le monde connaît maintenant les pompes à chaleur capables d'extraire la chaleur de l'environnement pour chauffer les bâtiments, et s'il n'y a pas longtemps, un client potentiel posait généralement la question perplexe «comment est-ce possible?», Maintenant la question «comment est-ce correct? ? ".

La réponse à cette question n'est pas facile.

À la recherche de réponses aux nombreuses questions qui se posent inévitablement lors de la conception de systèmes de chauffage avec pompes à chaleur, il convient de se tourner vers l'expérience de spécialistes des pays où les pompes à chaleur sur échangeurs de chaleur au sol sont utilisées depuis longtemps.

Une visite * à l'exposition américaine AHR EXPO-2008, qui a été entreprise principalement afin d'obtenir des informations sur les méthodes de calculs d'ingénierie des échangeurs de chaleur au sol, n'a pas apporté de résultats directs dans ce sens, mais un livre a été vendu à l'exposition ASHRAE stand, dont certaines dispositions ont servi de base à ces publications.

Il faut dire tout de suite que le transfert de la méthodologie américaine sur le sol national n'est pas une tâche facile. Pour les Américains, les choses ne sont pas les mêmes qu'en Europe. Seulement, ils mesurent le temps dans les mêmes unités que nous. Toutes les autres unités de mesure sont purement américaines, ou plutôt britanniques. Les Américains ont été particulièrement malchanceux avec le flux de chaleur, qui peut être mesuré à la fois en unités thermiques britanniques par unité de temps, et en tonnes de réfrigération, probablement inventées en Amérique.

Le principal problème, cependant, n'était pas l'inconvénient technique de recalculer les unités de mesure adoptées aux États-Unis, auxquelles on peut s'y habituer au fil du temps, mais l'absence dans le livre mentionné d'une base méthodologique claire pour construire un calcul. algorithme. Trop de place est accordée aux méthodes de calcul courantes et bien connues, tandis que certaines dispositions importantes restent totalement inconnues.

En particulier, ces données initiales physiquement liées pour le calcul des échangeurs de chaleur souterrains verticaux, telles que la température du fluide circulant dans l'échangeur de chaleur et le facteur de conversion de la pompe à chaleur, ne peuvent pas être réglées arbitrairement, et avant de procéder aux calculs liés à la chaleur instable transfert dans le sol, il est nécessaire de déterminer les relations reliant ces paramètres.

Le critère de rendement d'une pompe à chaleur est le coefficient de conversion α dont la valeur est déterminée par le rapport de sa puissance thermique à la puissance de l'entraînement électrique du compresseur. Cette valeur est fonction des points d'ébullition tu dans l'évaporateur et tk de condensation, et en relation avec les pompes à chaleur eau-eau, on peut parler des températures du liquide à la sortie de l'évaporateur t2I et à la sortie du condenseur t2K:

? =? (t2И, t2K). (une)

L'analyse des caractéristiques catalogue des machines frigorifiques en série et des pompes à chaleur eau / eau a permis de visualiser cette fonction sous forme de schéma (Fig. 1).

À l'aide du diagramme, il est facile de déterminer les paramètres de la pompe à chaleur aux tout premiers stades de la conception. Il est évident, par exemple, que si le système de chauffage raccordé à la pompe à chaleur est conçu pour fournir un fluide caloporteur avec une température de départ de 50 ° C, alors le facteur de conversion maximal possible de la pompe à chaleur sera d'environ 3,5. Dans le même temps, la température du glycol à la sortie de l'évaporateur ne doit pas être inférieure à + 3 ° C, ce qui signifie qu'un échangeur de chaleur au sol coûteux sera nécessaire.

Dans le même temps, si la maison est chauffée au moyen d'un plancher chaud, un caloporteur d'une température de 35 ° C entrera dans le système de chauffage à partir du condenseur de la pompe à chaleur. Dans ce cas, la pompe à chaleur pourra fonctionner plus efficacement, par exemple avec un facteur de conversion de 4,3, si la température du glycol refroidi dans l'évaporateur est d'environ -2 ° C.

À l'aide de feuilles de calcul Excel, vous pouvez exprimer la fonction (1) sous forme d'équation:

? = 0,1729 • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)

Si, au facteur de conversion souhaité et à une valeur donnée de la température du liquide de refroidissement dans le système de chauffage alimenté par une pompe à chaleur, il est nécessaire de déterminer la température du liquide refroidi dans l'évaporateur, alors l'équation (2) peut être représentée comme:

(3)

Vous pouvez choisir la température du liquide de refroidissement dans l'installation de chauffage aux valeurs données du coefficient de conversion de la pompe à chaleur et de la température du liquide à la sortie de l'évaporateur en utilisant la formule:

(4)

Dans les formules (2) ... (4), les températures sont exprimées en degrés Celsius.

Après avoir identifié ces dépendances, nous pouvons maintenant passer directement à l'expérience américaine.

Méthode de calcul des pompes à chaleur

Bien entendu, le processus de sélection et de calcul d'une pompe à chaleur est une opération techniquement très compliquée et dépend des caractéristiques individuelles de l'objet, mais il peut être grossièrement réduit aux étapes suivantes:

Les pertes de chaleur à travers l'enveloppe du bâtiment (murs, plafonds, fenêtres, portes) sont déterminées. Cela peut être fait en appliquant le ratio suivant:

Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) où

tnar - température de l'air extérieur (° С);

tvn - température de l'air interne (° С);

S est la superficie totale de toutes les structures d'enceinte (m2);

n - coefficient indiquant l'influence de l'environnement sur les caractéristiques de l'objet.Pour les pièces en contact direct avec l'environnement extérieur à travers les plafonds n = 1; pour les objets à plancher de grenier n = 0,9; si l'objet est situé au-dessus du sous-sol n = 0,75;

β est le coefficient de perte de chaleur supplémentaire, qui dépend du type de structure et de sa situation géographique β peut varier de 0,05 à 0,27;

RT - résistance thermique, est déterminée par l'expression suivante:

Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W), où:

δі / λі est un indicateur calculé de la conductivité thermique des matériaux utilisés dans la construction.

αout est le coefficient de dissipation thermique des surfaces extérieures des structures enveloppantes (W / m2 * оС);

αin - le coefficient d'absorption thermique des surfaces internes des structures enveloppantes (W / m2 * оС);

- La perte totale de chaleur de la structure est calculée par la formule:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, où:

Qi - consommation d'énergie pour chauffer l'air entrant dans la pièce par des fuites naturelles;

Qbp ​​- dégagement de chaleur dû au fonctionnement des appareils électroménagers et aux activités humaines.

2. Sur la base des données obtenues, la consommation annuelle d'énergie thermique pour chaque objet individuel est calculée:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / heure par an.) où:

tвн - température de l'air intérieur recommandée;

tnar - température de l'air extérieur;

tout.av - la valeur moyenne arithmétique de la température de l'air extérieur pour toute la saison de chauffage;

d est le nombre de jours de la période de chauffage.

3. Pour une analyse complète, vous devrez également calculer le niveau de puissance thermique nécessaire pour chauffer l'eau:

Qgv = V * 17 (kW / heure par an.) Où:

V est le volume de chauffage quotidien de l'eau jusqu'à 50 ° С.

Ensuite, la consommation totale d'énergie thermique sera déterminée par la formule:

Q = Qgv + Qyear (kW / heure par an.)

En tenant compte des données obtenues, il ne sera pas difficile de choisir la pompe à chaleur la plus appropriée pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude. De plus, la puissance calculée sera déterminée comme. Qtn = 1,1 * Q, où:

Qtn = 1,1 * Q, où:

1.1 est un facteur de correction indiquant la possibilité d'augmenter la charge de la pompe à chaleur pendant la période de températures critiques.

Après avoir calculé les pompes à chaleur, vous pouvez sélectionner la pompe à chaleur la plus appropriée capable de fournir les paramètres de microclimat requis dans des pièces présentant toutes les caractéristiques techniques. Et étant donné la possibilité d'intégrer ce système à une unité de climatisation, un plancher chaud se distingue non seulement pour sa fonctionnalité, mais aussi pour son coût esthétique élevé.

Formule pour compter

Voies de perte de chaleur dans la maison

La pompe à chaleur est capable de faire entièrement face au chauffage des locaux.

Pour choisir l'unité qui vous convient, vous devez calculer sa puissance requise.

Tout d'abord, vous devez comprendre le bilan thermique du bâtiment. Pour ces calculs, vous pouvez utiliser les services de spécialistes, un calculateur en ligne ou vous-même à l'aide d'une formule simple:

R = (k x V x T) / 860, dans lequel:

R - consommation d'énergie de la pièce (kW / heure); k est le coefficient moyen de déperdition thermique du bâtiment: par exemple, égal à 1 - un bâtiment parfaitement isolé, et 4 - une caserne en planches; V est le volume total de toute la pièce chauffée, en mètres cubes; T est la différence de température maximale entre l'extérieur et l'intérieur du bâtiment. 860 est la valeur requise pour convertir le kcal résultant en kW.

Dans le cas d'une pompe à chaleur géothermique eau-eau, il est également nécessaire de calculer la longueur requise du circuit qui sera dans le réservoir. Le calcul est encore plus simple ici.

On sait qu'un mètre de collecteur donne environ 30 watts. En d'autres termes, 1 kW de puissance de pompe nécessite 22 mètres de tuyaux. Connaissant la puissance de pompe requise, nous pouvons facilement calculer le nombre de tuyaux dont nous avons besoin pour réaliser le circuit.

Calcul basé sur l'exemple du système eau-eau

Calculons, par exemple, une maison avec les données initiales suivantes:

• surface chauffée de 300 m2;
• hauteur sous plafond 2,8 m;
• le bâtiment est bien isolé;
• la température minimale à l'extérieur en hiver est de -25 degrés;
• température ambiante confortable +22 degrés.

Tout d'abord, nous calculons le volume chauffé de la pièce: 300 m². x 2,8 m = 840 mètres cubes

Ensuite, nous calculons la valeur "T": 22 - (-25) = 45 degrés.

Nous substituons ces données dans la formule: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kWh

Nous avons reçu la capacité de pompe à chaleur requise de 44 kW / h. Nous pouvons facilement déterminer que pour son fonctionnement, nous avons besoin d'un collecteur d'une longueur totale d'au moins 968 mètres.

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Alors pour une pièce bien isolée d'une superficie de 300 m². une pompe d'une capacité d'au moins 44 kW convient. Comme ailleurs, il vaut mieux faire une réserve de marche d'au moins 10%. Par conséquent, il est préférable d'acheter une unité de 48 à 49 kW.

Tôt ou tard, nous arriverons tous à l'utilisation des énergies alternatives et nous pouvons faire le premier pas aujourd'hui. En utilisant des pompes à chaleur, vous réduirez vos coûts de chauffage, deviendrez indépendant des fournisseurs de gaz ou de charbon et préserverez l'écologie de votre planète.

A l'aide de cet article, vous pourrez calculer les paramètres des équipements géothermiques qui conviendront à vos locaux. Mais n'oubliez pas que les professionnels feront de leur mieux. Et vous aurez toujours quelqu'un pour vous demander si le système ne fonctionne pas correctement.

Regardez une vidéo dans laquelle un spécialiste explique en détail les principes de calcul de la puissance d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison:

Types de pompe à chaleur

Les pompes à chaleur sont divisées en trois types principaux en fonction de la source d'énergie de basse qualité:

• Air.
• Amorçage.
• Eau - La source peut être des eaux souterraines et des plans d'eau de surface.

Pour les systèmes de chauffage de l'eau, qui sont plus courants, les types de pompes à chaleur suivants sont utilisés:

Air-eau est une pompe à chaleur de type air qui chauffe un bâtiment en aspirant de l'air de l'extérieur à travers une unité externe. Il fonctionne sur le principe d'un climatiseur, mais inversement, convertissant l'énergie de l'air en chaleur. Une telle pompe à chaleur ne nécessite pas de coûts d'installation importants, il n'est pas nécessaire de lui allouer un terrain et, de plus, de forer un puits. Cependant, l'efficacité du fonctionnement à basse température (-25 ° C) diminue et une source d'énergie thermique supplémentaire est nécessaire.

Le dispositif «eau souterraine» fait référence à la géothermie et produit de la chaleur à partir du sol à l'aide d'un collecteur posé à une profondeur inférieure au gel du sol. De plus, il y a une dépendance de la superficie du site et du paysage, si le collecteur est situé horizontalement. Pour un placement vertical, vous devrez forer un puits.

«Water-to-water» est installé là où il y a un plan d'eau ou une eau souterraine à proximité. Dans le premier cas, le réservoir est posé sur le fond du réservoir, dans le second, un puits est foré ou plusieurs, si la superficie du site le permet. Parfois, la profondeur des eaux souterraines est trop profonde, de sorte que le coût d'installation d'une telle pompe à chaleur peut être très élevé.

Chaque type de pompe à chaleur a ses propres avantages et inconvénients, si le bâtiment est loin du réservoir ou si la nappe phréatique est trop profonde, alors «eau-eau» ne fonctionnera pas. "Air-eau" ne sera pertinent que dans les régions relativement chaudes, où la température de l'air pendant la saison froide ne descend pas en dessous de -25 ° C.

Comment fonctionne une pompe à chaleur

Une thermopompe moderne est très similaire à un réfrigérateur ordinaire.

Qu'est-ce qu'une pompe géothermique ou, en d'autres termes, une pompe à chaleur? Il s'agit d'un équipement capable de transférer la chaleur de la source au consommateur. Considérons le principe de son fonctionnement sur l'exemple de la première mise en œuvre pratique de l'idée.

Le principe de fonctionnement des pompes géothermiques est devenu connu dans les années 50 du 19ème siècle. Dans la pratique, ces principes n'ont été mis en œuvre qu'au milieu du siècle dernier.

Un jour, un expérimentateur nommé Weber était en train de trier un congélateur et a accidentellement touché un tube de condenseur en feu.Il a eu une idée pourquoi la chaleur ne va nulle part et n'apporte aucun avantage? Sans réfléchir à deux fois, il a allongé le tuyau et l'a mis dans une cuve pour chauffer l'eau.

Il y avait tellement d’eau chaude qu’il ne savait pas quoi en faire. Il fallait aller plus loin - comment chauffer l'air avec ce système simple? La solution s'est avérée très simple et donc non moins ingénieuse.

L'eau chaude est entraînée en spirale à travers un serpentin, puis un ventilateur souffle de l'air chaud autour de la maison. Tout ingénieux est simple! Weber était un homme mesuré et, au fil du temps, il a eu l'idée de se passer d'un congélateur. Nous devons extraire la chaleur de la terre!

Après avoir enterré des tuyaux de cuivre et les avoir pompés avec du fréon (le même gaz qui est utilisé dans les réfrigérateurs), il a commencé à recevoir de l'énergie thermique des profondeurs. Nous pensons qu'avec cet exemple, tout le monde comprendra le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur.

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Méthode de calcul de la puissance d'une pompe à chaleur

En plus de déterminer la source d'énergie optimale, il sera nécessaire de calculer la puissance de la pompe à chaleur nécessaire au chauffage. Cela dépend de la quantité de chaleur perdue dans le bâtiment. Calculons la puissance d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison à l'aide d'un exemple précis.

Pour cela, nous utilisons la formule Q = k * V * ∆T, où

• Q est la perte de chaleur (kcal / heure). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V est le volume de la maison en m3 (la superficie est multipliée par la hauteur des plafonds);
• ∆Т est le rapport des températures minimales à l'extérieur et à l'intérieur des locaux pendant la période la plus froide de l'année, ° С. Soustrayez l'extérieur de la tº intérieure;
• k est le coefficient de transfert de chaleur généralisé du bâtiment. Pour un bâtiment en brique avec maçonnerie en deux couches k = 1; pour un bâtiment bien isolé k = 0,6.

Ainsi, le calcul de la puissance de la pompe à chaleur pour chauffer une maison en brique de 100 mètres carrés et une hauteur sous plafond de 2,5 m, avec une différence de ttº de -30º extérieur à + 20º intérieur, sera le suivant:

Q = (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / heure

12500/860 = 14,53 kW. Autrement dit, pour une maison en brique standard d'une superficie de 100 m, un appareil de 14 kilowatts sera nécessaire.

Le consommateur accepte le choix du type et de la puissance de la pompe à chaleur en fonction d'un certain nombre de conditions:

• caractéristiques géographiques de la zone (proximité des plans d'eau, présence d'eau souterraine, espace libre pour un collecteur);
• caractéristiques du climat (température);
• type et volume interne de la pièce;
• opportunités financières.

Compte tenu de tous les aspects ci-dessus, vous serez en mesure de faire le meilleur choix d'équipement. Pour une sélection plus efficace et correcte d'une pompe à chaleur, il est préférable de contacter des spécialistes, ils pourront effectuer des calculs plus détaillés et fournir la faisabilité économique de l'installation de l'équipement.

Depuis longtemps et avec beaucoup de succès, les pompes à chaleur sont utilisées dans les réfrigérateurs et les climatiseurs domestiques et industriels.

Aujourd'hui, ces appareils ont commencé à être utilisés pour remplir une fonction de nature opposée - chauffer une habitation par temps froid.

Voyons comment les pompes à chaleur sont utilisées pour chauffer les maisons privées et ce que vous devez savoir pour calculer correctement tous ses composants.

Principales variétés

Systèmes d'extraction de chaleur. (Cliquez pour agrandir)

• l'air-air est, par essence, un climatiseur conventionnel;
• air-eau - nous ajoutons un échangeur de chaleur au climatiseur et nous chauffons déjà l'eau;
• terre-eau - nous enterrons le collecteur des tuyaux dans le sol et, à la sortie, nous chauffons l'eau;
• eau-eau - les conduites sont placées dans un réservoir ouvert ou souterrain et dégagent de la chaleur vers le système de chauffage du bâtiment.

(Vous pouvez trouver une classification détaillée des pompes à chaleur pour le chauffage dans cet article).

Exemple de calcul de pompe à chaleur

Nous sélectionnerons une pompe à chaleur pour le système de chauffage d'une maison à un étage d'une superficie totale de 70 m2. m avec une hauteur de plafond standard (2,5 m), une architecture rationnelle et une isolation thermique des structures de clôture qui répond aux exigences des codes du bâtiment modernes. Pour chauffer le 1er trimestre.m d'un tel objet, selon les normes généralement admises, il faut dépenser 100 W de chaleur. Ainsi, pour chauffer toute la maison, vous aurez besoin de:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW d'énergie thermique.

Nous choisissons une pompe à chaleur de la marque "TeploDarom" (modèle L-024-WLC) d'une puissance thermique de W = 7,7 kW. Le compresseur de l'unité consomme N = 2,5 kW d'électricité.

Calcul du réservoir

Le sol du site affecté à la construction du collecteur est argileux, le niveau de la nappe phréatique est élevé (on prend le pouvoir calorifique p = 35 W / m).

La capacité du collecteur est déterminée par la formule:

Qk = W - N = 7,7 - 2,5 = 5,2 kW.

L = 5200/35 = 148,5 m (environ).

Partant du fait qu'il est irrationnel de poser un circuit d'une longueur de plus de 100 m en raison d'une résistance hydraulique trop élevée, nous acceptons ce qui suit: le collecteur de la pompe à chaleur sera composé de deux circuits - 100 m et 50 m de long.

La superficie du site qui devra être allouée au collecteur est déterminée par la formule:

S = L x A,

Où A est le pas entre les sections adjacentes du contour. Nous acceptons: A = 0,8 m.

Alors S = 150 x 0,8 = 120 carrés. m.

Calculs

Comme vous le savez, les pompes à chaleur utilisent des sources d'énergie gratuites et renouvelables: chaleur à faible potentiel de l'air, du sol, du sous-sol, des eaux usées et usées des processus technologiques, des plans d'eau ouverts non gelants. L'électricité est dépensée pour cela, mais le rapport entre la quantité d'énergie thermique reçue et la quantité d'électricité consommée est d'environ 3 à 6.

Plus précisément, les sources de chaleur de faible qualité peuvent être l'air extérieur avec une température de –10 à + 15 ° С, l'air extrait de la pièce (15–25 ° С), le sous-sol (4–10 ° С) et les eaux souterraines ( plus de 10 ° C), eau des lacs et des rivières (0–10 ° С), sol superficiel (0–10 ° С) et profond (plus de 20 m) (10 ° С).

Il existe deux options pour obtenir une chaleur à faible teneur du sol: la pose de tuyaux en métal-plastique dans des tranchées de 1,2 à 1,5 m de profondeur ou dans des puits verticaux de 20 à 100 m de profondeur. m de profondeur, ce qui réduit considérablement la longueur totale des tranchées. Le transfert de chaleur maximal de la surface du sol est de 50 à 70 kWh / m2 par an. La durée de vie des tranchées et des puits est de plus de 100 ans.

Exemple de calcul de pompe à chaleur

Conditions initiales: Il est nécessaire de choisir une pompe à chaleur pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude d'une maison de campagne de deux étages d'une superficie de 200m2; la température de l'eau dans le système de chauffage doit être de 35 ° C; la température minimale du liquide de refroidissement est de 0 ° С. La perte de chaleur du bâtiment est de 50W / m2. Sol argileux, sec.

Calcul:

Puissance thermique requise pour le chauffage: 200 * 50 = 10 kW;

Puissance thermique requise pour le chauffage et l'alimentation en eau chaude: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Pour chauffer le bâtiment, une pompe à chaleur WW H R P C 12 d'une puissance de 14,79 kW (la taille standard la plus proche) a été choisie, qui dépense 3,44 kW pour le chauffage du fréon. L'élimination de la chaleur de la couche superficielle du sol (argile sèche) q est égale à 20 W / m. Nous calculons:

1) la puissance thermique requise du capteur Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) la longueur totale des tuyaux L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m Pour organiser un tel collecteur, 6 circuits d'une longueur de 100 m sont nécessaires;

3) avec une étape de pose de 0,75 m, la surface requise du chantier est A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) consommation totale de solution de glycol (25%)

Vs = 11,35 3600 / (1,05 3,7 dt) = 3,506 m3 / h,

dt est la différence de température entre les lignes d'alimentation et de retour, souvent prise égale à 3 K. Le débit par circuit est de 0,584 m3 / h. Pour le dispositif collecteur, nous sélectionnons un tuyau en plastique renforcé de taille standard 32 (par exemple, PE32x2). La perte de charge sera de 45 Pa / m; la résistance d'un circuit est d'environ 7 kPa; débit de liquide de refroidissement - 0,3 m / s.

Calcul du collecteur horizontal de la pompe à chaleur

L'évacuation de la chaleur de chaque mètre de conduite dépend de nombreux paramètres: la profondeur de pose, la disponibilité des eaux souterraines, la qualité du sol, etc. En gros, on peut considérer que pour les capteurs horizontaux, il est de 20 W / m. Plus précisément: sable sec - 10, argile sèche - 20, argile humide - 25, argile à haute teneur en eau - 35 W / m. La différence de température du liquide de refroidissement dans les lignes directe et de retour de la boucle dans les calculs est généralement prise à 3 ° C. Aucune structure ne doit être érigée sur le site au-dessus du collecteur, afin que la chaleur de la terre soit reconstituée par le rayonnement solaire. La distance minimale entre les tuyaux posés doit être de 0,7 à 0,8 m.La longueur d'une tranchée est généralement comprise entre 30 et 120 M. Il est recommandé d'utiliser une solution de glycol à 25% comme liquide de refroidissement principal. Dans les calculs, il faut tenir compte du fait que sa capacité thermique à une température de 0 ° C est de 3,7 kJ / (kg K) et sa densité est de 1,05 g / cm3. Lors de l'utilisation d'antigel, la perte de charge dans les tuyaux est 1,5 fois plus importante que lors de la circulation d'eau. Pour calculer les paramètres du circuit primaire de l'installation de pompe à chaleur, il faudra déterminer le débit d'antigel: Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t), où .t est la différence de température entre le départ et le retour lignes, qui est souvent prise égale à 3 K, et Qo est la puissance thermique reçue d'une source à faible potentiel (masse). Cette dernière valeur est calculée comme la différence entre la puissance totale de la pompe à chaleur Qwp et la puissance électrique dépensée pour chauffer le fréon P: Qo = Qwp - P, kW. La longueur totale des tuyaux collecteurs L et la surface totale de la section sous celle-ci A sont calculées par les formules: L = Qo / q, A = L · da. Ici, q est l'évacuation de la chaleur spécifique (à partir d'un tuyau de 1 m); da est la distance entre les tuyaux (étape de pose).

Calcul de la sonde

Lors de l'utilisation de puits verticaux d'une profondeur de 20 à 100 m, des tuyaux en métal-plastique ou en plastique en forme de U (avec des diamètres supérieurs à 32 mm) y sont immergés. En règle générale, deux boucles sont insérées dans un puits, après quoi il est rempli de mortier de ciment. En moyenne, la puissance calorifique spécifique d'une telle sonde peut être prise égale à 50 W / m. Vous pouvez également vous concentrer sur les données suivantes sur la puissance calorifique:

* roches sédimentaires sèches - 20 W / m;

* sol pierreux et roches sédimentaires saturées d'eau - 50 W / m;

* roches à conductivité thermique élevée - 70 W / m;

* eaux souterraines - 80 W / m.

La température du sol à une profondeur de plus de 15 m est constante et est d'environ + 10 ° С. La distance entre les puits doit être supérieure à 5 m. S'il y a des courants souterrains, les puits doivent être situés sur une ligne perpendiculaire à l'écoulement. La sélection des diamètres de tuyau est effectuée en fonction de la perte de charge pour le débit de liquide de refroidissement requis. Le calcul du débit peut être effectué pour t = 5 ° C. Exemple de calcul. Les données initiales sont les mêmes que dans le calcul ci-dessus du collecteur horizontal. Avec une évacuation de la chaleur spécifique de la sonde de 50 W / m et la puissance requise de 11,35 kW, la longueur de la sonde L doit être de 225 m. .0); au total - 6 circuits de 150 m chacun.

Le débit total du liquide de refroidissement à .t = 5 ° С sera de 2,1 m3 / h; débit dans un circuit - 0,35 m3 / h. Les circuits auront les caractéristiques hydrauliques suivantes: perte de charge dans la conduite - 96 Pa / m (caloporteur - solution glycolée à 25%); résistance de boucle - 14,4 kPa; vitesse d'écoulement - 0,3 m / s.

Récupération de la pompe à chaleur

Quand il s'agit de combien de temps il faut à une personne pour rendre son argent investi dans quelque chose, cela signifie à quel point l'investissement lui-même a été rentable. Dans le domaine du chauffage, tout est assez difficile, car nous nous fournissons confort et chaleur, et tous les systèmes sont chers, mais dans ce cas, vous pouvez rechercher une telle option qui rendrait l'argent dépensé en réduisant les coûts lors de l'utilisation. Et quand vous commencez à chercher une solution adaptée, vous comparez tout: une chaudière à gaz, une pompe à chaleur ou une chaudière électrique. Nous analyserons quel système sera rentable le plus rapidement et le plus efficacement.

Le concept de retour sur investissement, dans ce cas, l'introduction d'une pompe à chaleur pour moderniser le système d'alimentation en chaleur existant, pour le dire simplement, peut s'expliquer comme suit:

Il y a un système - une chaudière à gaz individuelle, qui fournit un chauffage et une alimentation en eau chaude autonomes. Il y a un climatiseur split-system qui fournit le froid à une pièce. Installation de 3 systèmes split dans différentes pièces.

Et il existe une technologie de pointe plus économique - une pompe à chaleur qui chauffera / refroidira les maisons et chauffera l'eau dans les bonnes quantités pour une maison ou un appartement. Il est nécessaire de déterminer dans quelle mesure le coût total de l'équipement et les coûts initiaux ont changé, ainsi que d'estimer dans quelle mesure les coûts d'exploitation annuels des types d'équipement sélectionnés ont diminué. Et pour déterminer dans combien d'années, avec les économies qui en découlent, un équipement plus cher sera rentable.Idéalement, plusieurs solutions de conception proposées sont comparées et la plus rentable est sélectionnée.

Nous allons effectuer le calcul et vyyaski, quelle est la période de récupération d'une pompe à chaleur en Ukraine

Prenons un exemple spécifique

• La maison est sur 2 étages, bien isolée, d'une superficie totale de 150 m².
• Système de distribution de chaleur / chauffage: circuit 1 - plancher chauffant, circuit 2 - radiateurs (ou ventilo-convecteurs).
• Une chaudière à gaz a été installée pour le chauffage et l'alimentation en eau chaude (ECS), par exemple 24kW, double circuit.
• Système de climatisation à partir de systèmes split pour 3 pièces de la maison.

Coûts annuels de chauffage et de chauffage de l'eau

1. Le coût approximatif d'une chaufferie avec une chaudière à gaz de 24 kW (chaudière, tuyauterie, câblage, réservoir, compteur, installation) est d'environ 1000 euros. Un système de climatisation (un système split) pour une telle maison coûtera environ 800 euros. Au total avec l'aménagement de la chaufferie, les travaux de conception, le raccordement au réseau de gazoduc et les travaux d'installation - 6100 euros.

1. Le coût approximatif de la pompe à chaleur Mycond avec système de ventilo-convecteur supplémentaire, des travaux d'installation et de raccordement au réseau est de 6 650 euros.

1. La croissance de l'investissement est: К2-К1 = 6650 - 6100 = 550 euros (soit environ 16500 UAH)
2. La réduction des coûts d'exploitation est: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Période de récupération Tocup. = 16500/19608 = 0,84 an!

Facilité d'utilisation de la pompe à chaleur

Les pompes à chaleur sont les équipements les plus polyvalents, multifonctionnels et écoénergétiques pour chauffer une maison, un appartement, un bureau ou une installation commerciale.

Un système de contrôle intelligent avec programmation hebdomadaire ou quotidienne, commutation automatique des réglages saisonniers, maintien de la température dans la maison, modes économie, contrôle d'une chaudière esclave, d'une chaudière, de pompes de circulation, d'un contrôle de la température dans deux circuits de chauffage, est le plus avancé et le plus avancé. Le contrôle par inverseur du fonctionnement du compresseur, du ventilateur, des pompes, permet des économies d'énergie maximales.

Fonctionnement de la pompe à chaleur en fonctionnement selon le schéma des eaux souterraines

Le collecteur peut être enterré de trois manières.

Option horizontale

Les tuyaux sont posés dans des tranchées comme un serpent à une profondeur dépassant la profondeur de gel du sol (en moyenne - de 1 à 1,5 m).
Un tel collectionneur nécessitera un terrain d'une superficie suffisamment grande, mais tout propriétaire peut le construire - aucune compétence, autre que la capacité de travailler avec une pelle, n'est nécessaire.

Cependant, il faut tenir compte du fait que la construction manuelle d'un échangeur de chaleur est un processus assez laborieux.

Option verticale

Les conduites réservoirs en forme de boucles ayant la forme de la lettre «U» sont immergées dans des puits d'une profondeur de 20 à 100 m Si nécessaire, plusieurs de ces puits peuvent être construits. Après avoir installé les tuyaux, les puits sont remplis de mortier de ciment.

L'avantage d'un collecteur vertical est qu'une très petite surface est nécessaire pour sa construction. Cependant, il n'y a aucun moyen de forer des puits de plus de 20 m de profondeur par vous-même - vous devrez engager une équipe de foreurs.

Option combinée

Ce collecteur peut être considéré comme une sorte d'horizontale, mais il faut beaucoup moins d'espace pour sa construction.
Un puits rond est creusé sur le site d'une profondeur de 2 m.

Les tubes de l'échangeur de chaleur sont disposés en spirale, de sorte que le circuit est comme un ressort installé verticalement.

Une fois les travaux d'installation terminés, le puits est rempli. Comme dans le cas d'un échangeur de chaleur horizontal, tout le travail nécessaire peut être effectué à la main.

Le collecteur est rempli d'antigel - antigel ou d'une solution d'éthylène glycol.Pour assurer sa circulation, une pompe spéciale est coupée dans le circuit. Après avoir absorbé la chaleur du sol, l'antigel se dirige vers l'évaporateur, où un échange de chaleur a lieu entre celui-ci et le réfrigérant.

Il convient de garder à l'esprit qu'une extraction illimitée de la chaleur du sol, en particulier lorsque le capteur est situé verticalement, peut entraîner des conséquences indésirables pour la géologie et l'écologie du site. Par conséquent, en période estivale, il est fortement souhaitable de faire fonctionner la pompe à chaleur du type «sol - eau» en mode inversé - climatisation.

Le système de chauffage au gaz présente de nombreux avantages, et l'un des principaux est le faible coût du gaz. Comment équiper le chauffage domestique au gaz, vous serez incité par le schéma de chauffage d'une maison privée avec une chaudière à gaz. Tenez compte de la conception du système de chauffage et des exigences de remplacement.

Découvrez les caractéristiques du choix des panneaux solaires pour le chauffage domestique dans cette rubrique.

Calcul du collecteur horizontal de la pompe à chaleur

L'efficacité d'un collecteur horizontal dépend de la température du milieu dans lequel il est immergé, de sa conductivité thermique, ainsi que de la zone de contact avec la surface du tuyau. La méthode de calcul est assez compliquée, c'est pourquoi, dans la plupart des cas, des données moyennées sont utilisées.

On pense que chaque mètre de l'échangeur de chaleur fournit au HP la puissance thermique suivante:

• 10 W - lorsqu'il est enfoui dans un sol sableux ou rocheux sec;
• 20 W - dans un sol argileux sec;
• 25 W - dans un sol argileux humide;
• 35 W - dans un sol argileux très humide.

Ainsi, pour calculer la longueur du capteur (L), la puissance thermique requise (Q) doit être divisée par la valeur calorifique du sol (p):

L = Q / p.

Les valeurs données ne peuvent être considérées comme valides que si les conditions suivantes sont remplies:

• Le terrain au-dessus du collecteur n'est ni bâti, ni ombragé, ni planté d'arbres ou de buissons.
• La distance entre les spires adjacentes de la spirale ou des sections du «serpent» est d'au moins 0,7 m.

Comment fonctionnent les pompes à chaleur

Toute pompe à chaleur a un fluide de travail appelé réfrigérant. Habituellement, le fréon agit à ce titre, moins souvent l'ammoniac. L'appareil lui-même ne se compose que de trois composants:

L'évaporateur et le condenseur sont deux réservoirs, qui ressemblent à de longs tubes incurvés - des serpentins. Le condenseur est connecté à une extrémité à la sortie du compresseur et l'évaporateur à l'entrée. Les extrémités des bobines sont jointes et un réducteur de pression est installé à la jonction entre elles. L'évaporateur est en contact - directement ou indirectement - avec le fluide source et le condenseur est en contact avec le système de chauffage ou d'ECS.

Comment fonctionne la pompe à chaleur

Le fonctionnement HP est basé sur l'interdépendance du volume de gaz, de la pression et de la température. Voici ce qui se passe à l'intérieur de l'unité:

1. L'ammoniac, le fréon ou un autre réfrigérant, se déplaçant le long de l'évaporateur, s'échauffe du milieu source, par exemple, à une température de +5 degrés.
2. Après avoir traversé l'évaporateur, le gaz atteint le compresseur, qui le pompe vers le condenseur.
3. Le fluide frigorigène évacué par le compresseur est maintenu dans le condenseur par un détendeur, sa pression est donc plus élevée ici que dans l'évaporateur. Comme vous le savez, avec l'augmentation de la pression, la température de tout gaz augmente. C'est exactement ce qui se passe avec le réfrigérant - il chauffe jusqu'à 60 - 70 degrés. Le condenseur étant lavé par le liquide de refroidissement circulant dans le système de chauffage, ce dernier chauffe également.
4. Le réfrigérant est évacué par petites portions à travers le détendeur vers l'évaporateur, où sa pression chute à nouveau. Le gaz se dilate et se refroidit, et comme une partie de l'énergie interne a été perdue par lui à la suite de l'échange de chaleur à l'étape précédente, sa température tombe en dessous des +5 degrés initiaux. Après l'évaporateur, il se réchauffe à nouveau, puis il est pompé dans le condenseur par le compresseur - et ainsi de suite en cercle. Scientifiquement, ce processus s'appelle le cycle de Carnot.

Mais la pompe à chaleur reste tout de même très rentable: pour chaque kW * h d'électricité dépensé, il est possible d'obtenir de 3 à 5 kW * h de chaleur.

Accessoires faits maison pour système de chauffage avec pompe à chaleur

Il est assez difficile pour un propriétaire ordinaire de concurrencer les pompes à chaleur industrielles de fabricants nationaux et étrangers, mais l'installation et la fabrication d'unités individuelles ne sont pas un travail impossible. La tâche principale lors de l'installation d'une pompe à chaleur est l'exactitude des calculs, car en cas d'erreur, le système peut avoir un faible rendement et devenir inefficace.

Compresseur

Pour l'installation, vous en aurez besoin d'un neuf ou d'occasion. le compresseur est en état de fonctionnement avec une ressource non épuisée de puissance appropriée. La puissance typique du compresseur doit être de 20 à 30% de la puissance calculée, vous pouvez utiliser des unités d'usine standard pour les réfrigérateurs ou les climatiseurs en spirale, qui ont une efficacité supérieure par rapport aux appareils à piston.

Évaporateur et condenseur

Pour refroidir et chauffer les liquides, ils sont généralement passés à travers des tuyaux en cuivre placés dans un conteneur avec un échangeur de chaleur. Pour augmenter la zone de refroidissement, le tuyau en cuivre est disposé sous la forme d'une spirale, la longueur requise est calculée à l'aide de la formule de calcul de la surface divisée par la section. Le volume du ballon d'échange thermique est calculé en fonction de la mise en œuvre d'un échange thermique efficace, la moyenne habituelle est d'environ 120 litres. Pour une pompe à chaleur, il est rationnel d'utiliser des tuyaux pour climatiseurs, qui ont initialement une forme en spirale et sont mis en œuvre en serpentins.

Figure. 3 Tube en cuivre et réservoir pour échangeur de chaleur

De nombreux fabricants de pompes à chaleur ont remplacé cette méthode de construction d'échangeurs de chaleur par une méthode plus compacte, utilisant l'échange de chaleur selon le principe du «tuyau dans le tuyau». Le diamètre standard du tuyau en plastique pour l'évaporateur est de 32 mm, un tuyau en cuivre d'un diamètre de 19 mm y est placé, l'évaporateur est isolé thermiquement, la longueur totale de l'échangeur de chaleur est d'environ 10 à 12 m. un condenseur de 25 mm peut être utilisé. tuyau métal-plastique et 12,7 mm. cuivre.

Fig 4. Montage et aspect d'un échangeur de chaleur composé de tuyaux en cuivre et en plastique

Pour augmenter la surface et l'efficacité de l'échangeur de chaleur, certains artisans tordent une tresse de plusieurs tuyaux en cuivre de petit diamètre, les transfèrent avec un fil fin et placent la structure en plastique. Ceci permet d'obtenir une surface d'échange thermique d'environ 1 mètre cube sur une section de 10 mètres.

Détendeur thermostatique

Le bon dispositif contrôle le niveau de remplissage de l'évaporateur et est en grande partie responsable des performances de l'ensemble du système. Par exemple, si le débit de réfrigérant est trop élevé, il n'aura pas le temps de s'évaporer complètement et des gouttelettes de liquide entreront dans le compresseur, entraînant une perturbation de son fonctionnement et une diminution de la température du gaz de sortie. Une trop petite quantité de fréon dans l'évaporateur après avoir augmenté la température dans le compresseur ne sera pas suffisante pour réchauffer le volume d'eau requis.

Figure. 5 Équipement de base de la pompe à chaleur

Capteurs

Pour faciliter l'utilisation, le contrôle de fonctionnement, la détection des défauts et la configuration du système, des capteurs de température intégrés sont nécessaires. Les informations sont importantes à toutes les étapes du fonctionnement du système, seulement avec son aide, selon les formules, il est possible d'établir le paramètre le plus important de l'équipement installé pour les pompes à chaleur à eau - l'indicateur d'efficacité COP.

Équipement de pompage

Lorsque les pompes à chaleur fonctionnent, la prise et l'approvisionnement en eau d'un puits, d'un puits ou d'un réservoir ouvert sont réalisés à l'aide de pompes à eau. Des types submersibles ou de surface peuvent être utilisés, généralement leur puissance est faible, 100 à 200 watts suffisent pour fournir de l'eau. Pour contrôler le fonctionnement, protéger les pompes et le système, des filtres, un manomètre, des compteurs d'eau et l'automatisation la plus simple sont en plus installés.

Figure. 6 Apparence d'une pompe à chaleur auto-assemblée

L'assemblage à faire soi-même de l'équipement de pompage de chaleur ne présente pas de grandes difficultés dans la capacité de manipuler un outil spécial pour le soudage et le brasage du cuivre. Le travail effectué aidera à économiser des fonds importants - le coût des composants sera d'environ 600 $. Autrement dit, l'achat d'équipement industriel coûtera 10 fois plus cher (environ 6000 USD). Une structure auto-assemblée, lorsqu'elle est correctement calculée et configurée, a un rendement (COP) d'environ 4, ce qui correspond aux dessins industriels.

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