Dane techniczne pomp obiegowych do systemów grzewczych

Rodzaje konstrukcji pomp ciepła

Typ pompy ciepła jest zwykle oznaczony frazą wskazującą medium źródłowe i nośnik ciepła systemu grzewczego.
Istnieją następujące odmiany:

• ТН „powietrze - powietrze”;
• ТН „powietrze - woda”;
• TN „gleba - woda”;
• TH "woda - woda".

Pierwszą opcją jest konwencjonalny system split działający w trybie ogrzewania. Parownik jest montowany na zewnątrz, a jednostka ze skraplaczem jest instalowana wewnątrz domu. Ten ostatni jest wydmuchiwany przez wentylator, dzięki czemu do pomieszczenia dostarczana jest masa ciepłego powietrza.

Jeżeli taki układ zostanie wyposażony w specjalny wymiennik ciepła z dyszami, otrzymamy HP typu „powietrze-woda”. Jest podłączony do systemu podgrzewania wody.

Parownik wysokociśnieniowy typu „powietrze-powietrze” lub „powietrze-woda” może być umieszczony nie na zewnątrz, ale w kanale wentylacji wyciągowej (musi być wymuszony). W takim przypadku sprawność pompy ciepła wzrośnie kilkakrotnie.

Pompy ciepła typu „woda / woda” i „gleba / woda” do odprowadzania ciepła wykorzystują tzw. Zewnętrzny wymiennik ciepła lub, jak to się nazywa, kolektor.

Schemat ideowy pompy ciepła

Jest to długa, zapętlona rura, zwykle plastikowa, przez którą ciekłe medium krąży wokół parownika. Oba typy pomp ciepła reprezentują to samo urządzenie: w jednym przypadku kolektor zanurzony jest na dnie zbiornika powierzchniowego, w drugim - w gruncie. Skraplacz takiej pompy ciepła znajduje się w wymienniku ciepła podłączonym do systemu ogrzewania CWU.

Podłączenie pomp ciepła według schematu „woda - woda” jest znacznie mniej pracochłonne niż „grunt - woda”, ponieważ nie ma potrzeby wykonywania robót ziemnych. Na dnie zbiornika rura układana jest w formie spirali. Oczywiście w tym schemacie odpowiedni jest tylko zbiornik, który zimą nie zamarza na dno.

Czas merytorycznie przestudiować zagraniczne doświadczenia

Prawie wszyscy wiedzą teraz o pompach ciepła zdolnych do wydobywania ciepła z otoczenia do ogrzewania budynków, a jeśli jeszcze niedawno potencjalny klient zadawał zdumione pytanie „jak to możliwe?”, Teraz pytanie „jak to jest właściwe? ? ”

Odpowiedź na to pytanie nie jest łatwa.

W poszukiwaniu odpowiedzi na liczne pytania, które nieuchronnie pojawiają się przy projektowaniu systemów grzewczych z pompami ciepła, warto sięgnąć do doświadczeń specjalistów z krajów, w których pompy ciepła na gruntowych wymiennikach ciepła są stosowane od dawna.

Wizyta * na amerykańskiej wystawie AHR EXPO-2008, którą podjęto głównie w celu uzyskania informacji o metodach obliczeń inżynierskich gruntowych wymienników ciepła, nie przyniosła bezpośrednich rezultatów w tym kierunku, ale na wystawie ASHRAE sprzedano książkę. stoisko, którego niektóre zapisy posłużyły za podstawę niniejszych publikacji.

Należy od razu powiedzieć, że przeniesienie amerykańskiej techniki na krajową glebę nie jest łatwym zadaniem. Dla Amerykanów sytuacja nie wygląda tak samo jak w Europie. Tylko oni mierzą czas w tych samych jednostkach, co my. Wszystkie inne jednostki miary są czysto amerykańskie, a raczej brytyjskie. Amerykanie mieli szczególnie pecha do strumienia ciepła, który można mierzyć zarówno w brytyjskich jednostkach cieplnych na jednostkę czasu, jak i w tonach chłodnictwa, które prawdopodobnie zostały wynalezione w Ameryce.

Głównym problemem nie była jednak techniczna niedogodność przeliczania jednostek miar przyjętych w Stanach Zjednoczonych, do których z czasem można się do tego przyzwyczaić, ale brak we wspomnianej książce jasnych podstaw metodologicznych do konstruowania kalkulacji. algorytm. Zbyt dużo miejsca poświęca się rutynowym i dobrze znanym technikom obliczeniowym, podczas gdy niektóre ważne przepisy pozostają całkowicie niejawne.

W szczególności takie fizycznie związane dane początkowe do obliczenia pionowych gruntowych wymienników ciepła, takie jak temperatura płynu krążącego w wymienniku ciepła i współczynnik konwersji pompy ciepła, nie mogą być ustawione arbitralnie i przed przystąpieniem do obliczeń związanych z niestacjonarnym ciepłem transfer w gruncie, konieczne jest określenie zależności łączących te parametry.

Kryterium sprawności pompy ciepła stanowi współczynnik konwersji α, którego wartość określa stosunek jej mocy cieplnej do mocy napędu elektrycznego sprężarki. Wartość ta jest funkcją temperatur wrzenia tu w parowniku i tk skraplania, aw odniesieniu do pomp ciepła woda / woda możemy mówić o temperaturach cieczy na wylocie z parownika t2I i na wylocie z skraplacz t2K:

? =? (t2И, t2K). (jeden)

Analiza katalogowych charakterystyk seryjnych maszyn chłodniczych i pomp ciepła woda / woda pozwoliła na przedstawienie tej funkcji w postaci wykresu (rys. 1).

Korzystając z diagramu, łatwo jest określić parametry pompy ciepła na bardzo początkowych etapach projektowania. Jest oczywiste, na przykład, że jeśli system grzewczy podłączony do pompy ciepła jest zaprojektowany do dostarczania czynnika grzewczego o temperaturze zasilania 50 ° C, to maksymalny możliwy współczynnik konwersji pompy ciepła będzie wynosił około 3,5. Jednocześnie temperatura glikolu na wylocie z parownika nie powinna być niższa niż + 3 ° С, co oznacza, że ​​wymagany będzie drogi gruntowy wymiennik ciepła.

Jednocześnie, jeśli dom jest ogrzewany za pomocą ciepłej podłogi, do systemu grzewczego będzie wchodził nośnik ciepła o temperaturze 35 ° C ze skraplacza pompy ciepła. W takim przypadku pompa ciepła będzie mogła pracować wydajniej np. Ze współczynnikiem konwersji 4,3, jeśli temperatura glikolu schłodzonego w parowniku będzie wynosiła ok. –2 ° C.

Korzystając z arkuszy kalkulacyjnych programu Excel, możesz wyrazić funkcję (1) jako równanie:

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

Jeżeli przy żądanym przeliczniku i zadanej wartości temperatury chłodziwa w układzie grzewczym zasilanym pompą ciepła konieczne jest wyznaczenie temperatury cieczy chłodzonej w parowniku, to można przedstawić równanie (2) tak jak:

(3)

Przy podanych wartościach współczynnika przeliczeniowego pompy ciepła oraz temperatury cieczy na wylocie z parownika można dobrać temperaturę płynu chłodzącego w układzie grzewczym według wzoru:

(4)

We wzorach (2) ... (4) temperatury są wyrażone w stopniach Celsjusza.

Po zidentyfikowaniu tych zależności możemy teraz przejść bezpośrednio do doświadczeń amerykańskich.

Metoda obliczania pomp ciepła

Oczywiście proces doboru i obliczania pompy ciepła jest operacją bardzo skomplikowaną technicznie i zależy od indywidualnych cech obiektu, ale można go z grubsza sprowadzić do następujących etapów:

Określa się straty ciepła przez przegrodę budynku (ściany, sufity, okna, drzwi). Można to zrobić, stosując następujący stosunek:

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

tnar - temperatura powietrza zewnętrznego (° С);

tvn - wewnętrzna temperatura powietrza (° С);

S to całkowita powierzchnia wszystkich otaczających struktur (m2);

n - współczynnik określający wpływ środowiska na charakterystykę obiektu.Do pomieszczeń, które mają bezpośredni kontakt ze środowiskiem zewnętrznym przez stropy n = 1; dla obiektów z podłogą na poddaszu n = 0,9; jeśli obiekt znajduje się nad piwnicą n = 0,75;

β to współczynnik dodatkowej utraty ciepła, który zależy od rodzaju konstrukcji i jej położenia geograficznego β może wynosić od 0,05 do 0,27;

RT - opór cieplny, określa się następującym wyrażeniem:

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

δі / λі to obliczony wskaźnik przewodności cieplnej materiałów stosowanych w budownictwie.

αout jest współczynnikiem rozpraszania ciepła na zewnętrznych powierzchniach otaczających struktur (W / m2 * оС);

αin - współczynnik pochłaniania ciepła wewnętrznych powierzchni otaczających konstrukcji (W / m2 * оС);

- Całkowitą utratę ciepła konstrukcji oblicza się według wzoru:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, gdzie:

Qi - zużycie energii do ogrzewania powietrza wchodzącego do pomieszczenia przez naturalne nieszczelności;

Qbp ​​- wydzielanie ciepła w wyniku funkcjonowania sprzętu AGD i działalności człowieka.

2. Na podstawie uzyskanych danych obliczane jest roczne zużycie energii cieplnej dla każdego pojedynczego obiektu:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / godz. rocznie) gdzie:

tвн - zalecana temperatura powietrza w pomieszczeniu;

tnar - temperatura powietrza zewnętrznego;

tout.av - średnia arytmetyczna wartości temperatury powietrza zewnętrznego dla całego sezonu grzewczego;

d to liczba dni okresu ogrzewania.

3. W celu przeprowadzenia pełnej analizy należy również obliczyć poziom mocy cieplnej potrzebnej do podgrzania wody:

Qgv = V * 17 (kW / godz. Rocznie) gdzie:

V to objętość dziennego podgrzewania wody do 50 ° С.

Następnie całkowite zużycie energii cieplnej zostanie określone wzorem:

Q = Qgv + Qyear (kW / godzinę rocznie).

Biorąc pod uwagę uzyskane dane, wybór najbardziej odpowiedniej pompy ciepła do ogrzewania i dostarczania ciepłej wody nie będzie trudny. Ponadto obliczona moc zostanie określona jako. Qtn = 1,1 * Q, gdzie:

Qtn = 1,1 * Q, gdzie:

1.1 to współczynnik korygujący wskazujący na możliwość zwiększenia obciążenia pompy ciepła w okresie temperatur krytycznych.

Po obliczeniu pomp ciepła można wybrać najbardziej odpowiednią pompę ciepła, która zapewni wymagane parametry mikroklimatu w pomieszczeniach o dowolnej charakterystyce technicznej. Biorąc pod uwagę możliwość integracji tego systemu z centralą klimatyzacyjną, ciepłą podłogę można zauważyć nie tylko ze względu na jej funkcjonalność, ale także wysoki koszt estetyczny.

Wzór na liczenie

Ścieżki strat ciepła w domu

Pompa ciepła w pełni radzi sobie z ogrzewaniem pomieszczeń.

Aby wybrać odpowiednią jednostkę, należy obliczyć jej wymaganą moc.

Przede wszystkim musisz zrozumieć bilans cieplny w budynku. Do tych obliczeń możesz skorzystać z usług specjalistów, kalkulatora online lub siebie, korzystając z prostego wzoru:

R = (k x V x T) / 860, w której:

R - pobór mocy przez pomieszczenie (kW / godzinę); k to średni współczynnik strat ciepła przez budynek: np. równy 1 - budynek doskonale ocieplony, a 4 - barak z desek; V to całkowita objętość całego ogrzewanego pomieszczenia w metrach sześciennych; T to maksymalna różnica temperatur między zewnętrzną i wewnętrzną stroną budynku. 860 to wartość wymagana do przeliczenia wynikowych kcal na kW.

W przypadku geotermalnej pompy ciepła typu woda / woda konieczne jest również obliczenie wymaganej długości obwodu, który będzie znajdował się w zbiorniku. Tutaj obliczenia są jeszcze prostsze.

Wiadomo, że 1 metr kolektora daje około 30 watów. Innymi słowy, 1 kW mocy pompy wymaga 22 metrów rur. Znając wymaganą moc pompy, możemy łatwo obliczyć, ile rur potrzebujemy do wykonania obwodu.

Obliczenia na przykładzie układu woda-woda

Obliczmy na przykład dom z następującymi danymi początkowymi:

• powierzchnia ogrzewana 300 mkw .;
• wysokość sufitu 2,8 m;
• budynek jest dobrze ocieplony;
• minimalna temperatura na zewnątrz w zimie to -25 stopni;
• komfortowa temperatura pokojowa +22 stopnie.

Przede wszystkim obliczamy ogrzewaną objętość pomieszczenia: 300 mkw. x 2,8 m = 840 metrów sześciennych

Następnie obliczamy wartość „T”: 22 - (-25) = 45 stopni.

Podstawiamy te dane do wzoru: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kWh

Uzyskaliśmy wymaganą wydajność pompy ciepła 44 kW / h. Z łatwością możemy stwierdzić, że do jego działania potrzebujemy kolektora o łącznej długości co najmniej 968 metrów.

Możesz być także zainteresowany artykułem o tym, jak zrobić samodzielną kuchenkę z zakraplaczem na olej napędowy: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/pech-kapelnitsa-svoimi-rukami.html

Więc za dobrze ocieplone pomieszczenie o powierzchni 300 mkw. odpowiednia jest pompa o mocy co najmniej 44 kW. Jak gdzie indziej, lepiej jest zrobić rezerwę mocy na poziomie co najmniej 10%. Dlatego lepiej kupić jednostkę 48-49 kW.

Prędzej czy później wszyscy zaczniemy korzystać z alternatywnych źródeł energii i już dziś możemy zrobić pierwszy krok. Korzystając z pomp ciepła, zredukujesz koszty ogrzewania, uniezależnisz się od dostawców gazu lub węgla oraz zachowasz ekologię swojej rodzimej planety.

Z pomocą tego artykułu będziesz mógł obliczyć parametry sprzętu geotermalnego, które będą pasować do Twojego lokalu. Ale nie zapominaj, że profesjonaliści dadzą z siebie wszystko. I zawsze będziesz mieć kogoś, kto zapyta Cię, czy system nie działa poprawnie.

Obejrzyj film, w którym specjalista szczegółowo wyjaśnia zasady obliczania mocy pompy ciepła do ogrzewania domu:

Typy pomp ciepła

Pompy ciepła dzielą się na trzy główne typy w zależności od źródła energii niskiej jakości:

• Powietrze.
• Podkładowy.
• Woda - źródłem mogą być wody gruntowe i powierzchniowe.

W przypadku bardziej powszechnych systemów podgrzewania wody stosuje się następujące typy pomp ciepła:

Powietrze-woda to powietrzna pompa ciepła, która ogrzewa budynek poprzez zasysanie powietrza z zewnątrz przez jednostkę zewnętrzną. Działa na zasadzie klimatyzatora, tylko odwrotnie, zamieniając energię powietrza w ciepło. Taka pompa ciepła nie wymaga dużych kosztów instalacji, nie jest konieczne przeznaczanie na nią działki, a ponadto wiercenie studni. Jednak wydajność pracy w niskich temperaturach (-25 ° C) spada i wymagane jest dodatkowe źródło energii cieplnej.

Urządzenie „woda gruntowa” odnosi się do geotermii i wytwarza ciepło z gruntu za pomocą kolektora umieszczonego na głębokości poniżej zamarzania gruntu. Istnieje również zależność od powierzchni terenu i krajobrazu, jeśli kolektor jest umieszczony poziomo. Do umieszczenia w pionie musisz wywiercić studnię.

„Woda / woda” jest instalowana, gdy w pobliżu znajduje się część wód lub wód gruntowych. W pierwszym przypadku zbiornik kładzie się na dnie zbiornika, w drugim wierci się studnię lub kilka, jeśli pozwala na to powierzchnia terenu. Czasami głębokość wód gruntowych jest zbyt duża, więc koszt instalacji takiej pompy ciepła może być bardzo wysoki.

Każdy typ pompy ciepła ma swoje zalety i wady, jeśli budynek jest daleko od zbiornika lub woda gruntowa jest zbyt głęboka, wówczas funkcja „woda-woda” nie będzie działać. „Powietrze-woda” będzie miało znaczenie tylko w stosunkowo ciepłych regionach, gdzie temperatura powietrza w zimnych porach roku nie spada poniżej -25 ° C.

Jak działa pompa ciepła

Nowoczesna pompa ciepła jest bardzo podobna do zwykłej lodówki.

Co to jest pompa geotermalna lub inaczej mówiąc pompa ciepła? Jest to sprzęt zdolny do przenoszenia ciepła ze źródła do konsumenta. Rozważmy zasadę jego działania na przykładzie pierwszej praktycznej realizacji pomysłu.

Zasada działania pomp geotermalnych stała się znana już w latach 50-tych XIX wieku. W praktyce zasady te zostały wdrożone dopiero w połowie ubiegłego wieku.

Pewnego dnia eksperymentator o imieniu Weber sortował zamrażarkę i przypadkowo dotknął płonącej rury skraplacza.Wpadł na pomysł, dlaczego upał nigdzie nie idzie i nie przynosi żadnych korzyści? Bez zastanowienia wydłużył rurę i włożył ją do zbiornika na wodę.

Było tak dużo ciepłej wody, że nie wiedział, co z nią zrobić. Trzeba było pójść dalej - jak ogrzać powietrze tym prostym systemem? Rozwiązanie okazało się bardzo proste, a przez to nie mniej pomysłowe.

Gorąca woda jest przepuszczana spiralnie przez wężownicę, a następnie wentylator wdmuchuje ciepłe powietrze dookoła domu. Wszystko genialne jest proste! Weber był człowiekiem odważnym iz czasem wpadł na pomysł, jak radzić sobie bez zamrażarki. Musimy wydobyć ciepło z ziemi!

Po zakopaniu miedzianych rur i przepompowaniu ich freonem (tym samym gazem, który jest używany w lodówkach), zaczął odbierać energię cieplną z głębin. Uważamy, że na tym przykładzie każdy zrozumie zasadę działania pompy ciepła.

Sugerujemy również, abyś przeczytał o cudzie pieca na olej napędowy w następującym artykule:

Metoda obliczania mocy pompy ciepła

Oprócz określenia optymalnego źródła energii konieczne będzie obliczenie mocy pompy ciepła wymaganej do ogrzewania. Zależy to od ilości strat ciepła w budynku. Obliczmy moc pompy ciepła do ogrzewania domu na konkretnym przykładzie.

W tym celu używamy wzoru Q = k * V * ∆T, gdzie

• Q to utrata ciepła (kcal / godzinę). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V to objętość domu wm3 (powierzchnia jest pomnożona przez wysokość sufitów);
• ∆Т jest stosunkiem minimalnych temperatur na zewnątrz i wewnątrz lokalu w najzimniejszym okresie roku, ° С. Odejmij zewnętrzną część od wewnętrznego tº;
• k jest uogólnionym współczynnikiem przenikania ciepła budynku. Dla budynku murowanego z murem w dwóch warstwach k = 1; dla dobrze ocieplonego budynku k = 0,6.

Zatem obliczenie mocy pompy ciepła do ogrzewania domu murowanego o powierzchni 100 metrów kwadratowych i wysokości sufitu 2,5 m, przy różnicy ttº od -30º na zewnątrz do + 20º wewnątrz, będzie wyglądać następująco:

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

12500/860 = 14,53 kW. Oznacza to, że w przypadku standardowego domu murowanego o powierzchni 100 m potrzebne będzie urządzenie o mocy 14 kW.

Konsument akceptuje wybór typu i mocy pompy ciepła na podstawie szeregu warunków:

• cechy geograficzne obszaru (bliskość zbiorników wodnych, obecność wód gruntowych, wolna powierzchnia dla kolektora);
• cechy klimatu (temperatura);
• rodzaj i objętość wewnętrzna pomieszczenia;
• możliwości finansowe.

Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe aspekty, będziesz mógł dokonać najlepszego wyboru sprzętu. Aby uzyskać bardziej efektywny i prawidłowy dobór pompy ciepła, lepiej skontaktować się ze specjalistami, będą mogli dokonać bardziej szczegółowych obliczeń i zapewnić ekonomiczną wykonalność instalacji sprzętu.

Pompy ciepła od dawna są stosowane z dużym powodzeniem w domowych i przemysłowych lodówkach oraz klimatyzatorach.

Dziś urządzenia te zaczęły pełnić funkcję o odwrotnym charakterze - ogrzewać mieszkanie w czasie mrozów.

Przyjrzyjmy się, w jaki sposób pompy ciepła są wykorzystywane do ogrzewania domów prywatnych i co musisz wiedzieć, aby poprawnie obliczyć wszystkie jej elementy.

Główne odmiany

Systemy odprowadzania ciepła. (Kliknij, aby powiększyć)

• powietrze-powietrze jest w istocie konwencjonalnym klimatyzatorem;
• powietrze-woda - do klimatyzatora dodajemy wymiennik ciepła i już podgrzewamy wodę;
• woda gruntowa - zakopujemy kolektor z rur w ziemi, a na wylocie podgrzewamy wodę;
• woda-woda - rury umieszczone są w zbiorniku otwartym lub podziemnym i oddają ciepło do instalacji grzewczej budynku.

(Szczegółową klasyfikację pomp ciepła do ogrzewania można znaleźć w tym artykule).

Przykład obliczeń pompy ciepła

Dobierzemy pompę ciepła do systemu grzewczego parterowego domu o łącznej powierzchni 70 mkw. m przy standardowej wysokości stropu (2,5 m), racjonalnej architekturze i izolacji termicznej otaczających konstrukcji, spełniającej wymagania nowoczesnych przepisów budowlanych. Do ogrzewania 1. kwartału.m takiego obiektu, zgodnie z ogólnie przyjętymi normami, konieczne jest wydanie 100 W ciepła. Tak więc, aby ogrzać cały dom, będziesz potrzebować:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW energii cieplnej.

Wybieramy pompę ciepła marki „TeploDarom” (model L-024-WLC) o mocy cieplnej W = 7,7 kW. Sprężarka urządzenia zużywa N = 2,5 kW energii elektrycznej.

Obliczanie zbiornika

Gleba na terenie przeznaczonym pod budowę kolektora jest gliniasta, poziom wód gruntowych jest wysoki (kaloryczność przyjmujemy p = 35 W / m).

Moc kolektora określa wzór:

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

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

Biorąc pod uwagę fakt, że nieracjonalne jest układanie obwodu o długości powyżej 100 m ze względu na zbyt duży opór hydrauliczny, przyjmujemy, że: rozdzielacz pompy ciepła będzie składał się z dwóch obwodów - o długości 100 mi 50 m.

Obszar witryny, który będzie musiał zostać przydzielony kolektorowi, określa wzór:

S = L x A,

Gdzie A jest krokiem między sąsiednimi sekcjami konturu. Akceptujemy: A = 0,8 m.

Wtedy S = 150 x 0,8 = 120 mkw. m.

Obliczenia

Jak wiadomo, pompy ciepła wykorzystują darmowe i odnawialne źródła energii: niskopotencjalne ciepło powietrza, gleby, gruntu, ścieków i ścieków procesów technologicznych, otwarte niezamarzające zbiorniki wodne. Energia elektryczna jest na to zużywana, ale stosunek ilości otrzymanej energii cieplnej do ilości zużytej energii elektrycznej wynosi około 3–6.

Dokładniej, źródłem ciepła niskiej jakości może być powietrze zewnętrzne o temperaturze od –10 do + 15 ° С, powietrze usuwane z pomieszczenia (15–25 ° С), podłoże (4–10 ° С) i woda gruntowa ( powyżej 10 ° C), wody jeziorne i rzeczne (0–10 ° С), powierzchnia (0–10 ° С) i głęboka (ponad 20 m) gleba (10 ° С).

Istnieją dwie możliwości uzyskania niskiej jakości ciepła z gruntu: układanie rur metalowo-plastikowych w wykopach o głębokości 1,2–1,5 m lub w pionowych studniach o głębokości 20–100 m. Czasami rury układane są w formie spirali w wykopach 2–4 m. To znacznie zmniejsza całkowitą długość wykopów. Maksymalny transfer ciepła z gruntu powierzchniowego wynosi 50–70 kWh / m2 rocznie. Żywotność rowów i studni wynosi ponad 100 lat.

Przykład obliczeń pompy ciepła

Warunki początkowe: Do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę dwupiętrowego domku jednorodzinnego o powierzchni 200m2 konieczny jest dobór pompy ciepła; temperatura wody w systemie grzewczym powinna wynosić 35 ° C; minimalna temperatura chłodziwa wynosi 0 ° С. Straty ciepła w budynku to 50W / m2. Ziemia gliniasta, sucha.

Obliczenie:

Wymagana moc cieplna do ogrzewania: 200 * 50 = 10 kW;

Wymagana moc cieplna do ogrzewania i dostarczania ciepłej wody: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Do ogrzania budynku wybrano pompę ciepła WW H R P C 12 o mocy 14,79 kW (najbliższy większy standard), która zużywa 3,44 kW na ogrzewanie freonu. Odprowadzanie ciepła z wierzchniej warstwy gruntu (sucha glina) q wynosi 20 W / m. Obliczamy:

1) wymagana moc cieplna kolektora Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) całkowita długość rur L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m. Do zorganizowania takiego kolektora potrzeba 6 obwodów o długości 100 m;

3) przy kroku układania 0,75 m wymagana powierzchnia terenu to A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) całkowite zużycie roztworu glikolu (25%)

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

dt to różnica temperatur między rurociągami zasilającymi i powrotnymi, często przyjmowana jako 3 K. Natężenie przepływu na obwód wynosi 0,584 m3 / h. Do urządzenia kolektorowego wybieramy rurę ze wzmocnionego tworzywa sztucznego o standardowym rozmiarze 32 (na przykład PE32x2). Strata ciśnienia w nim wyniesie 45 Pa / m; rezystancja jednego obwodu wynosi około 7 kPa; natężenie przepływu chłodziwa - 0,3 m / s.

Obliczenie poziomego kolektora pompy ciepła

Odprowadzenie ciepła z każdego metra rury zależy od wielu parametrów: głębokości układania, dostępności wód gruntowych, jakości gleby itp. Z grubsza można przyjąć, że dla kolektorów poziomych jest to 20 W / m. Dokładniej: suchy piasek - 10, sucha glina - 20, mokra glina - 25, glina o dużej zawartości wody - 35 W / m. Różnica temperatury chłodziwa w przewodach bezpośrednich i powrotnych pętli w obliczeniach jest zwykle przyjmowana na 3 ° C. Na miejscu nad kolektorem nie należy stawiać żadnych konstrukcji, aby ciepło ziemi było uzupełniane przez promieniowanie słoneczne. Minimalna odległość między ułożonymi rurami powinna wynosić 0,7–0,8 m.Długość jednego rowu wynosi zwykle od 30 do 120 m. Zaleca się stosowanie 25% roztworu glikolu jako chłodziwa pierwotnego. W obliczeniach należy wziąć pod uwagę, że jego pojemność cieplna w temperaturze 0 ° C wynosi 3,7 kJ / (kg K), a gęstość 1,05 g / cm3. W przypadku stosowania płynu niezamarzającego strata ciśnienia w rurach jest 1,5 raza większa niż w przypadku cyrkulacji wody. Do obliczenia parametrów obwodu pierwotnego instalacji pompy ciepła konieczne będzie określenie natężenia przepływu środka przeciw zamarzaniu: Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t), gdzie .t to różnica temperatur pomiędzy zasilaniem a powrotem linie, które często przyjmuje się jako równe 3 K, a Qo to moc cieplna otrzymywana ze źródła o niskim potencjale (ziemi). Ta ostatnia wartość jest obliczana jako różnica między całkowitą mocą pompy ciepła Qwp a mocą elektryczną zużytą na ogrzewanie freonu P: Qo = Qwp - P, kW. Łączną długość rur kolektora L i całkowitą powierzchnię odcinka pod nim A oblicza się według wzorów: L = Qo / q, A = L · da. Tutaj q oznacza specyficzne (z rury 1 m) odprowadzanie ciepła; da to odległość między rurami (krok układania).

Obliczanie sondy

W przypadku stosowania studni pionowych o głębokości od 20 do 100 m zanurza się w nich rury metalowo-plastikowe lub plastikowe w kształcie litery U (o średnicy powyżej 32 mm). Z reguły dwie pętle są wkładane do jednej studni, po czym są wypełniane zaprawą cementową. Średnio można przyjąć, że właściwa moc cieplna takiej sondy wynosi 50 W / m. Możesz również skupić się na następujących danych dotyczących mocy cieplnej:

* suche skały osadowe - 20 W / m;

* gleby kamieniste i skały osadowe nasycone wodą - 50 W / m;

* skały o wysokiej przewodności cieplnej - 70 W / m;

* woda gruntowa - 80 W / m.

Temperatura gleby na głębokości powyżej 15 m jest stała i wynosi około +10 ° С. Odległość między studniami powinna być większa niż 5 m. Jeśli występują prądy podziemne, studnie powinny być usytuowane na linii prostopadłej do przepływu. Dobór średnic rur odbywa się na podstawie strat ciśnienia dla wymaganego natężenia przepływu chłodziwa. Obliczenie natężenia przepływu cieczy można przeprowadzić dla t = 5 ° С. Przykład obliczenia. Dane początkowe są takie same jak w powyższym obliczeniu kolektora poziomego. Przy właściwym odprowadzaniu ciepła sondy 50 W / m i wymaganej mocy 11,35 kW długość sondy L powinna wynosić 225 m. 0); łącznie - 6 obwodów po 150 m każdy.

Całkowite natężenie przepływu chłodziwa przy .t = 5 ° С wyniesie 2,1 m3 / h; przepływ przez jeden obwód - 0,35 m3 / h. Obwody będą miały następującą charakterystykę hydrauliczną: strata ciśnienia w rurze - 96 Pa / m (nośnik ciepła - 25% roztwór glikolu); rezystancja pętli - 14,4 kPa; prędkość przepływu - 0,3 m / s.

Zwrot z pompy ciepła

Jeśli chodzi o to, ile czasu zajmuje zwrot pieniędzy zainwestowanych w coś, oznacza to, jak opłacalna była sama inwestycja. W dziedzinie ogrzewania wszystko jest dość trudne, ponieważ zapewniamy sobie komfort i ciepło, a wszystkie systemy są drogie, ale w tym przypadku można poszukać takiej opcji, która zwróci wydane pieniądze poprzez obniżenie kosztów podczas użytkowania. A kiedy zaczynasz szukać odpowiedniego rozwiązania, porównujesz wszystko: kocioł gazowy, pompę ciepła czy kocioł elektryczny. Przeanalizujemy, który system zwróci się szybciej i wydajniej.

Pojęcie zwrotu, w tym przypadku wprowadzenie pompy ciepła do modernizacji istniejącego systemu zaopatrzenia w ciepło, najprościej mówiąc, można wyjaśnić w następujący sposób:

Jest jeden system - indywidualny kocioł gazowy, który zapewnia niezależne ogrzewanie i dostarczanie ciepłej wody. Jest klimatyzator typu split-system, który zapewnia chłód w jednym pomieszczeniu. Zainstalowano 3 systemy dzielone w różnych pomieszczeniach.

Jest też bardziej ekonomiczna zaawansowana technologia - pompa ciepła, która będzie ogrzewać / chłodzić domy i podgrzewać wodę w odpowiednich ilościach dla domu lub mieszkania. Konieczne jest ustalenie, o ile zmieniły się całkowity koszt sprzętu i koszty początkowe, a także oszacowanie, o ile zmniejszyły się roczne koszty eksploatacji wybranych typów sprzętu. I określić, przez ile lat, z wynikającymi z tego oszczędnościami, droższy sprzęt się opłaci.W idealnym przypadku porównuje się kilka proponowanych rozwiązań projektowych i wybiera najbardziej opłacalne.

Obliczmy i vyyaski, jaki jest okres zwrotu pompy ciepła na Ukrainie

Rozważmy konkretny przykład

• Dom jest na 2 kondygnacjach, dobrze ocieplony, o łącznej powierzchni 150m2.
• Układ dystrybucji ciepła / ogrzewania: obieg 1 - ogrzewanie podłogowe, obieg 2 - grzejniki (lub klimakonwektory).
• Do ogrzewania i dostarczania ciepłej wody użytkowej (CWU) zainstalowano kocioł gazowy, np. 24kW, dwuprzewodowy.
• Dzielony system klimatyzacji na 3 pokoje w domu.

Roczne koszty ogrzewania i podgrzewania wody

Maks. moc grzewcza pompy ciepła do ogrzewania, kW	19993,59
Maks. pobór mocy pompy ciepła podczas pracy w trybie ogrzewania, kW	7283,18

Maks. moc grzewcza pompy ciepła do dostarczania ciepłej wody, kW	2133,46
Maks. pobór mocy przez pompę ciepła podczas zasilania ciepłą wodą, kW	866,12

1. Orientacyjny koszt kotłowni z kotłem gazowym 24 kW (kocioł, orurowanie, okablowanie, zbiornik, licznik, instalacja) to około 1000 Euro. System klimatyzacji (jeden system split) dla takiego domu będzie kosztował około 800 euro. Łącznie z aranżacją kotłowni, pracami projektowymi, podłączeniem do sieci gazociągowej i pracami montażowymi - 6100 euro.

1. Przybliżony koszt pompy ciepła Mycond z dodatkowym systemem klimakonwektorów, pracami instalacyjnymi i podłączeniem do sieci wynosi 6650 euro.

1. Wzrost inwestycji wynosi: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euro (lub około 16500 UAH)
2. Obniżenie kosztów operacyjnych to: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Okres zwrotu Do góry. = 16500/19608 = 0,84 roku!

Łatwość obsługi pompy ciepła

Pompy ciepła to najbardziej wszechstronne, wielofunkcyjne i energooszczędne urządzenia do ogrzewania domu, mieszkania, biura czy obiektu handlowego.

Najbardziej zaawansowany i zaawansowany jest inteligentny system sterowania z programowaniem tygodniowym lub dziennym, automatycznym przełączaniem ustawień sezonowych, utrzymaniem temperatury w domu, trybami ekonomicznymi, sterowaniem kotłem podrzędnym, kotłem, pompami obiegowymi, regulacją temperatury w dwóch obiegach grzewczych. Sterowanie inwerterowe pracą sprężarki, wentylatora, pomp pozwala na maksymalne oszczędności energii.

Praca pompy ciepła podczas pracy według schematu gruntowo-wodnego

Kolektor można zakopać na trzy sposoby.

Opcja pozioma

Rury układa się w okopach jak wąż na głębokość przekraczającą głębokość zamarzania gleby (średnio - od 1 do 1,5 m).
Taki kolekcjoner będzie wymagał działki o wystarczająco dużej powierzchni, ale każdy właściciel domu może ją zbudować - nie są potrzebne żadne umiejętności poza umiejętnością pracy łopatą.

Należy jednak wziąć pod uwagę, że ręczne wykonanie wymiennika ciepła jest procesem dość pracochłonnym.

Opcja pionowa

Rury zbiornikowe w postaci pętli w kształcie litery „U” zanurza się w studniach o głębokości od 20 do 100 m. W razie potrzeby można wykonać kilka takich studni. Po zamontowaniu rur studnie wypełnia się zaprawą cementową.

Zaletą kolektora pionowego jest to, że do jego budowy potrzebna jest bardzo mała powierzchnia. Nie ma jednak możliwości samodzielnego wiercenia odwiertów głębszych niż 20 m - będziesz musiał zatrudnić ekipę wiertaczy.

Połączona opcja

Kolektor ten można uznać za rodzaj poziomy, ale do jego budowy potrzeba znacznie mniej miejsca.
Na miejscu wykopano okrągłą studnię o głębokości 2 m.

Rury wymiennika ciepła są ułożone spiralnie, dzięki czemu obwód przypomina pionowo zainstalowaną sprężynę.

Po zakończeniu prac instalacyjnych studnia jest wypełniona. Podobnie jak w przypadku poziomego wymiennika ciepła, wszystkie niezbędne prace można wykonać ręcznie.

Kolektor wypełniony jest płynem niezamarzającym - płynem niezamarzającym lub roztworem glikolu etylenowego.Aby zapewnić jego cyrkulację, do obwodu włączana jest specjalna pompa. Po wchłonięciu ciepła gleby płyn niezamarzający trafia do parownika, gdzie następuje wymiana ciepła między nim a czynnikiem chłodniczym.

Należy mieć na uwadze, że nieograniczone odprowadzanie ciepła z gruntu, zwłaszcza gdy kolektor jest ustawiony pionowo, może prowadzić do niepożądanych konsekwencji dla geologii i ekologii terenu. Dlatego w okresie letnim wysoce pożądana jest praca pompy ciepła typu „gleba - woda” w trybie rewersyjnym - klimatyzacja.

Ogrzewanie gazowe ma wiele zalet, a jedną z głównych jest niski koszt gazu. Jak wyposażyć ogrzewanie domu w gaz, pojawi się schemat ogrzewania prywatnego domu z kotłem gazowym. Weź pod uwagę projekt systemu grzewczego i wymagania dotyczące wymiany.

Przeczytaj o cechach wyboru paneli słonecznych do ogrzewania domu w tym temacie.

Obliczenie poziomego kolektora pompy ciepła

Sprawność kolektora poziomego zależy od temperatury medium, w którym jest zanurzony, jego przewodności cieplnej oraz obszaru styku z powierzchnią rury. Metoda obliczeniowa jest dość skomplikowana, dlatego w większości przypadków stosuje się uśrednione dane.

Uważa się, że każdy metr wymiennika ciepła zapewnia HP następującą moc cieplną:

• 10 W - w przypadku zakopania w suchej glebie piaszczystej lub skalistej;
• 20 W - w suchej glebie gliniastej;
• 25 W - w wilgotnej glebie gliniastej;
• 35 W - w bardzo wilgotnej glebie gliniastej.

Zatem, aby obliczyć długość kolektora (L), wymaganą moc cieplną (Q) należy podzielić przez wartość opałową gruntu (p):

L = Q / p.

Podane wartości można uznać za ważne tylko wtedy, gdy spełnione są następujące warunki:

• Działka nad kolektorem nie jest zabudowana, zacieniona ani nasadzona drzewami lub krzewami.
• Odległość między sąsiednimi zwojami spirali lub odcinkami „węża” wynosi co najmniej 0,7 m.

Jak działają pompy ciepła

Każda pompa ciepła ma czynnik roboczy zwany czynnikiem chłodniczym. Zwykle w tej roli działa freon, rzadziej amoniak. Samo urządzenie składa się tylko z trzech elementów:

Parownik i skraplacz to dwa zbiorniki, które wyglądają jak długie zakrzywione rurki - cewki. Skraplacz jest podłączony jednym końcem do wylotu sprężarki, a parownik do wlotu. Końce cewek są połączone, a na styku między nimi jest zainstalowany zawór redukcyjny. Parownik styka się - bezpośrednio lub pośrednio - z medium źródłowym, a skraplacz styka się z systemem ogrzewania lub CWU.

Jak działa pompa ciepła

Działanie HP opiera się na współzależności objętości gazu, ciśnienia i temperatury. Oto, co dzieje się wewnątrz urządzenia:

1. Amoniak, freon lub inny czynnik chłodniczy poruszający się wzdłuż parownika nagrzewa się z medium źródłowego np. Do temperatury +5 stopni.
2. Po przejściu przez parownik gaz dociera do sprężarki, która pompuje go do skraplacza.
3. Czynnik chłodniczy wydostający się ze sprężarki jest zatrzymywany w skraplaczu przez zawór redukcyjny, więc jego ciśnienie jest tu wyższe niż w parowniku. Jak wiadomo, wraz ze wzrostem ciśnienia wzrasta temperatura dowolnego gazu. Dokładnie tak dzieje się z czynnikiem chłodniczym - nagrzewa się do 60 - 70 stopni. Ponieważ skraplacz jest myty przez płyn chłodzący krążący w systemie grzewczym, ten ostatni również się nagrzewa.
4. Czynnik chłodniczy odprowadzany jest małymi porcjami przez zawór redukcyjny ciśnienia do parownika, gdzie jego ciśnienie ponownie spada. Gaz rozszerza się i stygnie, a ponieważ część energii wewnętrznej została przez niego utracona w wyniku wymiany ciepła na poprzednim etapie, jego temperatura spada poniżej początkowych +5 stopni. Po parowniku ponownie się nagrzewa, a następnie jest pompowany do skraplacza przez sprężarkę - i tak dalej po okręgu. Z naukowego punktu widzenia proces ten nazywa się cyklem Carnota.

Ale pompa ciepła nadal pozostaje bardzo opłacalna: za każdą wydaną kW * h energii elektrycznej można uzyskać od 3 do 5 kW * h ciepła.

Akcesoria wykonane samodzielnie do systemu grzewczego z pompą ciepła

Zwykłemu właścicielowi domu trudno jest konkurować z przemysłowymi pompami ciepła producentów krajowych i zagranicznych, niemniej jednak jego montaż i wytwarzanie pojedynczych jednostek nie jest zadaniem niemożliwym. Głównym zadaniem przy instalacji pompy ciepła jest poprawność obliczeń, ponieważ w przypadku błędu system może mieć niską sprawność i stać się nieefektywny.

Kompresor

Do instalacji będziesz potrzebować nowego lub używanego. sprężarka jest sprawna z niewygasłym zasobem o odpowiedniej mocy. Typowa moc sprężarki powinna wynosić 20 - 30% obliczonej, można zastosować standardowe jednostki fabryczne do lodówek lub klimatyzatorów spiralnych, które mają wyższą wydajność w porównaniu do urządzeń tłokowych.

Parownik i skraplacz

Aby schłodzić i podgrzać płyny, przeważnie przepuszcza się je miedzianymi rurkami umieszczonymi w pojemniku z wymiennikiem ciepła. Aby zwiększyć obszar chłodzenia, rura miedziana jest ułożona w formie spirali, wymaganą długość oblicza się za pomocą wzoru do obliczania powierzchni podzielonej przez przekrój. Objętość zbiornika wymiennika ciepła jest obliczana na podstawie wykonania efektywnej wymiany ciepła, zwykle średnia wartość wynosi około 120 litrów. W przypadku pompy ciepła racjonalne jest stosowanie rur do klimatyzatorów, które początkowo mają kształt spiralny i są wykonane w wężownicach.

Figa. 3 Rura miedziana i zbiornik wymiennika ciepła

Wielu producentów pomp ciepła zastąpiło tę metodę budowy wymienników ciepła bardziej zwartą, wykorzystującą wymianę ciepła na zasadzie „rura w rurze”. Standardowa średnica rury plastikowej do parownika to 32 mm, umieszczona jest w niej rura miedziana o średnicy 19 mm, parownik jest izolowany termicznie, całkowita długość wymiennika ciepła to ok. 10 - 12 m. skraplacz, 25 mm. rura metalowo-plastikowa i 12,7 mm. miedź.

Rys. 4. Montaż i wygląd wymiennika ciepła wykonanego z rur miedzianych i plastikowych

Aby zwiększyć powierzchnię i wydajność wymiennika ciepła, niektórzy rzemieślnicy skręcają oplot kilku miedzianych rur o małej średnicy, przenoszą je cienkim drutem i umieszczają konstrukcję w plastiku. Umożliwia to uzyskanie powierzchni wymiany ciepła około 1 metra sześciennego na odcinku 10-metrowym.

Termostatyczny zawór rozprężny

Odpowiednie urządzenie kontroluje poziom napełnienia parownika i jest w dużej mierze odpowiedzialne za działanie całego układu. Przykładowo, jeśli przepływ czynnika chłodniczego jest zbyt duży, nie będzie miał czasu na całkowite odparowanie, a kropelki cieczy dostaną się do sprężarki, co doprowadzi do zakłócenia jej pracy i obniżenia temperatury gazów wylotowych. Zbyt mała ilość freonu w parowniku po podwyższeniu temperatury w sprężarce nie wystarczy do podgrzania wymaganej ilości wody.

Figa. 5 Podstawowe wyposażenie pompy ciepła

Czujniki

Aby zapewnić łatwość obsługi, kontrolę działania, wykrywanie błędów i konfigurację systemu, wymagane są wbudowane czujniki temperatury. Informacja jest ważna na wszystkich etapach funkcjonowania systemu, tylko przy jej pomocy, zgodnie z wzorami, można ustalić najważniejszy parametr zainstalowanego wyposażenia wodnych pomp ciepła - wskaźnik sprawności COP.

Wyposażenie pomp

Podczas pracy pomp ciepła pobór i dostawa wody ze studni, studni lub otwartego zbiornika odbywa się za pomocą pomp wodnych. Można stosować typy zanurzalne lub powierzchniowe, zwykle ich moc jest niska, 100-200 watów wystarcza do dostarczenia wody. Aby kontrolować pracę, chronić pompy i instalację, dodatkowo instalowane są filtry, manometr, wodomierze i najprostsza automatyka.

Figa. 6 Wygląd samodzielnie zmontowanej pompy ciepła

Samodzielny montaż urządzeń pompujących ciepło nie stwarza dużych trudności w obsłudze specjalnego narzędzia do spawania i lutowania miedzi. Wykonana praca pomoże zaoszczędzić znaczne środki - koszt komponentów wyniesie około 600 USD. Oznacza to, że zakup sprzętu przemysłowego będzie kosztował 10 razy więcej (około 6000 USD). Konstrukcja samoorganizująca się, prawidłowo obliczona i skonfigurowana, ma sprawność (COP) około 4, co odpowiada projektom przemysłowym.

Radzimy przeczytać: Opcje pracy pompy ciepła zrób to sam

może