Calculul pompelor de căldură: Pompe de căldură și sisteme de economisire a energiei: GK Informtech

Tipuri de modele de pompe de căldură

Tipul pompei de căldură este de obicei notat printr-o frază care indică mediul sursă și purtătorul de căldură al sistemului de încălzire.
Există următoarele soiuri:

• ТН "aer - aer";
• „Aer - apă”;
• TN "sol - apă";
• TH "apă - apă".

Prima opțiune este un sistem split convențional care funcționează în modul de încălzire. Evaporatorul este montat în aer liber, iar o unitate cu condensator este instalată în interiorul casei. Acesta din urmă este suflat de un ventilator, datorită căruia o masă de aer cald este furnizată în cameră.

Dacă un astfel de sistem este echipat cu un schimbător de căldură special cu duze, se va obține tipul HP „aer-apă”. Este conectat la un sistem de încălzire a apei.

Evaporatorul HP de tip „aer-aer” sau „aer-apă” poate fi amplasat nu în exterior, ci în conducta de ventilație a evacuării (trebuie forțat). În acest caz, eficiența pompei de căldură va crește de mai multe ori.

Pompele de căldură de tip „apă-la-apă” și „sol-la-apă” utilizează un așa-numit schimbător de căldură extern sau, așa cum se mai numește, și un colector pentru extracția căldurii.

Schema schemei pompei de căldură

Acesta este un tub cu buclă lungă, de obicei din plastic, prin care un mediu lichid circulă în jurul evaporatorului. Ambele tipuri de pompe de căldură reprezintă același dispozitiv: într-un caz, colectorul este scufundat în partea de jos a unui rezervor de suprafață, iar în cel de-al doilea - în sol. Condensatorul unei astfel de pompe de căldură este situat într-un schimbător de căldură conectat la sistemul de încălzire a apei calde.

Conectarea pompelor de căldură conform schemei „apă - apă” este mult mai puțin laborioasă decât „sol-apă”, deoarece nu este nevoie să se efectueze lucrări de terasament. În partea de jos a rezervorului, conducta este așezată sub formă de spirală. Desigur, pentru această schemă, este adecvat doar un rezervor care nu îngheță până la fund în timpul iernii.

Clasificarea pompelor de căldură în funcție de caracteristicile mediului

Clasificarea pompelor de căldură este destul de voluminoasă. Dispozitivele sunt împărțite în funcție de tipul fluidului de lucru, de principiul schimbării stării sale fizice, de utilizarea dispozitivelor de conversie, de natura purtătorului de energie necesar pentru funcționare. Având în vedere că există modele pe piață cu diverse combinații de criterii de clasificare, devine clar că este destul de dificil să enumerăm totul. Cu toate acestea, puteți lua în considerare principiile de bază ale divizării grupului.

Instalarea, proiectarea și caracteristicile finale ale pompei de căldură depind de parametrii sursei de căldură și ale mediului receptor. Mai multe tipuri de soluții inginerești sunt oferite astăzi.

Aer-aer

Pompele de căldură aer-aer sunt cele mai comune dispozitive. Sunt destul de compacte și simple. Aparatele de aer condiționat de uz casnic cu regim de încălzire funcționează pe mecanici de acest tip. Principiul de funcționare este simplu:

• un schimbător de căldură în aer liber este răcit sub temperatura aerului și elimină căldura;
• după comprimarea freonului de intrare în radiator, temperatura acestuia crește foarte mult;
• ventilatorul din interiorul camerei, suflând pe schimbătorul de căldură, încălzește camera.

Extragerea energiei din mediu nu este neapărat efectuată de un schimbător de căldură extern. În acest scop, aerul poate fi suflat într-o unitate situată în cameră. Așa funcționează unele sisteme de canale.

Dacă freonul este comprimat și extins într-un aparat de aer condiționat, atunci aerul simplu este utilizat în pompele de căldură vortex. Mecanica de lucru este similară: înainte de a intra în schimbătorul de căldură intern, gazul este comprimat și, după ce a dat energie, este suflat în camera de extracție a căldurii printr-un flux intens.

O pompă de căldură vortex este o instalație mare, masivă, care funcționează eficient numai atunci când temperatura ambiantă este ridicată. Prin urmare, astfel de sisteme sunt instalate în ateliere industriale, folosesc gazele de eșapament ale cuptoarelor sau aerul fierbinte al sistemului principal de aer condiționat ca sursă de căldură.

Apă-apă

O pompă de căldură apă-apă funcționează pe același principiu ca și alte instalații. Numai mediile de transmisie sunt diferite. Echipamentul este echipat cu sonde submersibile pentru a ajunge la orizontul apei subterane cu o temperatură pozitivă chiar și într-o iarnă grea.

În funcție de necesitățile de încălzire, sistemele de pompă de căldură apă-apă pot avea dimensiuni complet diferite. De exemplu, pornind de la mai multe puțuri găurite în jurul unei case private, terminând cu schimbătoare de căldură cu suprafață mare situate direct în acvifer, care sunt așezate în timpul fazei de construcție a clădirii.

Pompele de căldură apă-apă se disting prin productivitate mai mare și putere de ieșire eficientă... Motivul este creșterea capacității termice a lichidului. Stratul de apă în care se află sonda sau schimbătorul de căldură eliberează rapid energie și, datorită volumului său imens, își reduce ușor caracteristicile, contribuind la funcționarea stabilă a sistemului. De asemenea, echipamentele apă-apă se caracterizează printr-o eficiență sporită.

Sfat! În anumite condiții, circuitul apă-apă poate lipsi de noduri intermediare sub formă de rezervoare de stocare pentru rețeaua de încălzire. Evaluând corect condițiile climatice existente și alegând puterea instalației, un încălzitor de apă cu pompă de căldură este instalat în casă și este organizat un sistem eficient de încălzire prin pardoseală.

Apă-aer, aer-apă

Sistemele combinate trebuie alese cu o atenție deosebită. În același timp, condițiile climatice existente sunt evaluate cu atenție. De exemplu, un ciclu de pompă de căldură apă-aer are un randament bun de încălzire în regiunile cu îngheț sever. Sistemul aer-apă împreună cu o podea caldă și un cazan de stocare pentru încălzire secundară este capabil să arate economiile maxime în zonele în care temperatura aerului scade rar sub -5 ... -10 grade.

Se topește (saramură)-apă

O pompă de căldură din această clasă este un fel de universal. Poate fi folosit literalmente peste tot. Indicatorii puterii sale de căldură utile sunt constante și stabile. Principiul de funcționare al dispozitivului de apă saramură se bazează pe extragerea căldurii, în primul rând, din sol, care are valori normale de umiditate sau este saturat de apă.

Sistemul este ușor de instalat: pentru a plasa schimbătoare de căldură externe, este suficient să le îngropați la o anumită adâncime. De asemenea, puteți alege una dintre opțiunile pentru echipamente cu un fluid de lucru gazos sau lichid.

Calculul unei pompe de căldură din clasa saramură-apă se face în funcție de nivelul cererii de energie pentru încălzire. Există o mulțime de metode pentru determinarea sa cantitativă. Puteți face calculul cel mai precis, luând în considerare materialul pereților casei, construcția ferestrelor, natura solului, temperatura medie ponderată a aerului și multe altele.

Producătorii de sisteme de apă saramură oferă diverse opțiuni pentru modele care diferă în ceea ce privește puterea de consum a unității de conversie, designul și dimensiunile schimbătoarelor de căldură externe și parametrii circuitului de ieșire. Nu este dificil să alegeți pompa de căldură optimă în conformitate cu o listă pre-formată de cerințe.

Este timpul să studiați în mod substanțial experiența străină

Aproape toată lumea știe acum despre pompele de căldură capabile să extragă căldura din mediul înconjurător pentru încălzirea clădirilor și, dacă nu cu mult timp în urmă, un potențial client a pus de obicei întrebarea nedumerită „cum este acest lucru posibil?”, Acum întrebarea „cum este corect? ? "

Răspunsul la această întrebare nu este ușor.

În căutarea de răspunsuri la numeroasele întrebări care apar inevitabil atunci când se încearcă proiectarea sistemelor de încălzire cu pompe de căldură, este recomandabil să faceți referire la experiența specialiștilor din acele țări în care pompele de căldură de pe schimbătoarele de căldură de la sol sunt utilizate de mult timp.

O vizită * la expoziția americană AHR EXPO-2008, care a fost întreprinsă în principal pentru a obține informații despre metodele de calcule inginerești pentru schimbătoarele de căldură la sol, nu a adus rezultate directe în această direcție, dar o carte a fost vândută la expoziția ASHRAE stand, ale cărui dispoziții au servit ca bază pentru aceste publicații.

Ar trebui spus imediat că transferul metodologiei americane pe solul intern nu este o sarcină ușoară. Pentru americani lucrurile nu stau la fel ca în Europa. Numai ei măsoară timpul în aceleași unități ca și noi. Toate celelalte unități de măsură sunt pur americane, sau mai degrabă britanice. Americanii au avut în special ghinion cu fluxul de căldură, care poate fi măsurat atât în ​​unități termice britanice, referite la o unitate de timp, cât și în tone de refrigerare, care au fost probabil inventate în America.

Problema principală nu a fost însă inconvenientul tehnic al recalculării unităților de măsură adoptate în Statele Unite, cu care se poate obișnui cu el în timp, ci absența în cartea menționată a unei baze metodologice clare pentru construirea unui calcul algoritm. Se acordă prea mult spațiu metodelor de calcul de rutină și binecunoscute, în timp ce unele dispoziții importante rămân complet nedezvăluite.

În special, astfel de date inițiale legate fizic pentru calcularea schimbătoarelor de căldură verticale la sol, cum ar fi temperatura fluidului care circulă în schimbătorul de căldură și factorul de conversie al pompei de căldură, nu pot fi setate în mod arbitrar și înainte de a continua calculele legate de căldura instabilă transfer în sol, este necesar să se determine relațiile care leagă acești parametri.

Criteriul pentru eficiența unei pompe de căldură este coeficientul de conversie α, a cărui valoare este determinată de raportul puterii sale termice la puterea motorului electric al compresorului. Această valoare este o funcție a punctelor de fierbere tu în evaporator și tk de condensare, iar în raport cu pompele de căldură apă-apă, putem vorbi despre temperaturile lichidului la ieșirea din evaporatorul t2I și la ieșirea din condensator t2K:

? =? (t2И, t2K). (unu)

Analiza caracteristicilor de catalog ale mașinilor frigorifice de serie și ale pompelor de căldură apă-apă a făcut posibilă afișarea acestei funcții sub forma unei diagrame (Fig. 1).

Folosind diagrama, este ușor să se determine parametrii pompei de căldură chiar în etapele inițiale de proiectare. Este evident, de exemplu, că dacă sistemul de încălzire conectat la pompa de căldură este proiectat să furnizeze un mediu de încălzire cu o temperatură de curgere de 50 ° C, atunci factorul maxim de conversie posibil al pompei de căldură va fi de aproximativ 3,5. În același timp, temperatura glicolului la ieșirea evaporatorului nu trebuie să fie mai mică de + 3 ° С, ceea ce înseamnă că va fi necesar un schimbător de căldură la sol scump.

În același timp, dacă casa este încălzită prin intermediul unei podele calde, un purtător de căldură cu temperatura de 35 ° C va intra în sistemul de încălzire din condensatorul pompei de căldură. În acest caz, pompa de căldură va putea funcționa mai eficient, de exemplu, cu un factor de conversie de 4,3, dacă temperatura glicolului răcit în evaporator este de aproximativ –2 ° C.

Folosind foi de calcul Excel, puteți exprima funcția (1) ca o ecuație:

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

Dacă, la factorul de conversie dorit și o valoare dată a temperaturii lichidului de răcire din sistemul de încălzire alimentat de o pompă de căldură, este necesar să se determine temperatura lichidului răcit în evaporator, atunci poate fi reprezentată ecuația (2) la fel de:

(3)

Puteți alege temperatura lichidului de răcire din sistemul de încălzire la valorile date ale coeficientului de conversie al pompei de căldură și temperatura lichidului la ieșirea din evaporator folosind formula:

(4)

În formulele (2) ... (4) temperaturile sunt exprimate în grade Celsius.

După ce am identificat aceste dependențe, putem merge acum direct la experiența americană.

Metoda de calcul a pompelor de căldură

Desigur, procesul de selectare și calcul al unei pompe de căldură este o operație foarte complicată din punct de vedere tehnic și depinde de caracteristicile individuale ale obiectului, dar poate fi redus aproximativ la următoarele etape:

Se determină pierderea de căldură prin anvelopa clădirii (pereți, tavane, ferestre, uși). Acest lucru se poate face prin aplicarea următorului raport:

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

tnar - temperatura aerului exterior (° С);

tvn - temperatura aerului intern (° С);

S este suprafața totală a tuturor structurilor de închidere (m2);

n - coeficient care indică influența mediului asupra caracteristicilor obiectului. Pentru încăperi în contact direct cu mediul exterior prin tavanele n = 1; pentru obiectele cu podele mansardate n = 0,9; dacă obiectul este situat deasupra subsolului n = 0,75;

β este coeficientul pierderii de căldură suplimentare, care depinde de tipul de structură și de poziția sa geografică β poate varia de la 0,05 la 0,27;

RT - rezistența termică, este determinată de următoarea expresie:

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

δі / λі este un indicator calculat al conductivității termice a materialelor utilizate în construcții.

αout este coeficientul de disipare termică a suprafețelor exterioare ale structurilor de închidere (W / m2 * оС);

αin - coeficientul de absorbție termică a suprafețelor interne ale structurilor de închidere (W / m2 * оС);

- Pierderea totală de căldură a structurii este calculată prin formula:

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

Qi - consum de energie pentru încălzirea aerului care intră în cameră prin scurgeri naturale;

Qbp ​​- degajare de căldură datorată funcționării aparatelor de uz casnic și activităților umane.

2. Pe baza datelor obținute, se calculează consumul anual de energie termică pentru fiecare obiect individual:

An = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / oră pe an.) unde:

tвн - temperatura recomandată a aerului interior;

tnar - temperatura aerului exterior;

tout.av - valoarea medie aritmetică a temperaturii aerului exterior pentru întregul sezon de încălzire;

d este numărul de zile din perioada de încălzire.

3. Pentru o analiză completă, va trebui, de asemenea, să calculați nivelul puterii termice necesare pentru încălzirea apei:

Qgv = V * 17 (kW / oră pe an.) Unde:

V este volumul de încălzire zilnică a apei până la 50 ° С.

Apoi, consumul total de energie termică va fi determinat de formula:

Q = Qgv + Qyear (kW / oră pe an.)

Luând în considerare datele obținute, nu va fi dificil să alegeți cea mai potrivită pompă de căldură pentru încălzire și alimentare cu apă caldă. Mai mult, puterea calculată va fi determinată ca. Qtn = 1,1 * Q, unde:

Qtn = 1,1 * Q, unde:

1.1 este un factor de corecție care indică posibilitatea creșterii sarcinii pe pompa de căldură în perioada de temperaturi critice.

După calcularea pompelor de căldură, puteți selecta cea mai potrivită pompă de căldură capabilă să furnizeze parametrii necesari de microclimat în încăperi cu orice caracteristici tehnice. Și având în vedere posibilitatea integrării acestui sistem cu o unitate de control al climatizării, podeaua caldă poate fi remarcată nu numai pentru funcționalitatea sa, ci și pentru costul estetic ridicat.

Cum se face o pompă de căldură DIY?

Costul unei pompe de căldură este destul de mare, chiar dacă nu țineți cont de plata serviciilor unui specialist care o va instala. Nu toată lumea are capacitate financiară suficientăsă plătească imediat pentru instalarea unui astfel de echipament. În acest sens, mulți încep să pună întrebarea, este posibil să faceți o pompă de căldură cu propriile mâini din materiale reziduale? Este destul de posibil. În plus, în timpul lucrului, puteți utiliza nu piese de schimb noi, ci folosite.
Deci, dacă decideți să creați o pompă de căldură cu propriile mâini, atunci înainte de a începe lucrul, trebuie să:

• verificați starea cablajului în casa dvs.;
• asigurați-vă că contorul de electricitate funcționează și verificați dacă puterea acestui dispozitiv este de cel puțin 40 amperi.

Primul pas este să cumpărați un compresor... O puteți cumpăra de la companii specializate sau contactând un atelier de reparații pentru echipamente frigorifice. Acolo puteți achiziționa un compresor de la un aparat de aer condiționat. Este destul de potrivit pentru crearea unei pompe de căldură. Apoi, trebuie fixat pe perete folosind consolele L-300.

Acum puteți trece la etapa următoare - fabricarea condensatorului. Pentru a face acest lucru, trebuie să găsiți un rezervor din oțel inoxidabil pentru apă cu un volum de până la 120 de litri. Este tăiat în jumătate, iar în el este instalată o bobină. O puteți face singură folosind un tub de cupru de la frigider. Alternativ, îl puteți crea dintr-o țeavă de cupru cu diametru mic.

Pentru a nu întâmpina probleme cu fabricarea bobinei, este necesar să luați o butelie de gaz obișnuită și vânt sârmă de cupru în jurul său... În timpul acestei lucrări, este necesar să se acorde atenție distanței dintre viraje, care ar trebui să fie aceeași. Pentru a fixa tubul în această poziție, ar trebui să utilizați un colț perforat din aluminiu, care este utilizat pentru a proteja colțurile chitului. Folosind bobine, tuburile trebuie poziționate astfel încât bobinele firului să fie opuse găurilor din colț. Acest lucru va asigura același pas de viraj și, pe lângă acesta, structura va fi destul de puternică.

Când bobina este instalată, cele două jumătăți ale rezervorului pregătit sunt conectate prin sudare. În acest caz, trebuie să aveți grijă la sudarea conexiunilor filetate.

Pentru a crea evaporatorul, puteți utiliza recipiente de apă din plastic cu un volum total de 60 - 80 litri. Bobina este montată în ea dintr-o țeavă cu diametrul de ¾ ". Conductele obișnuite de apă pot fi utilizate pentru livrarea și scurgerea apei.

Pe perete folosind suportul L de dimensiunea dorită fixarea evaporatorului.

Când toate lucrările sunt finalizate, nu mai rămâne decât să invitați un specialist în refrigerare. El va asambla sistemul, va suda conductele de cupru și va pompa în freon.

Tipuri de pompe de căldură

Pompele de căldură sunt împărțite în trei tipuri principale în funcție de sursa de energie de calitate scăzută:

• Aer.
• Amorsare.
• Apă - Sursa poate fi apele subterane și corpurile de apă de suprafață.

Pentru sistemele de încălzire a apei, care sunt mai frecvente, se utilizează următoarele tipuri de pompe de căldură:

Aer-apă este o pompă de căldură de tip aer care încălzește o clădire prin aspirarea aerului din exterior printr-o unitate externă. Funcționează pe principiul unui aparat de aer condiționat, doar invers, transformând energia aerului în căldură. O astfel de pompă de căldură nu necesită costuri mari de instalare, nu este necesar să alocați un teren pentru aceasta și, în plus, să forați o fântână. Cu toate acestea, eficiența funcționării la temperaturi scăzute (-25 ° C) scade și este necesară o sursă suplimentară de energie termică.

Dispozitivul „apă subterană” se referă la geotermie și produce căldură din sol folosind un colector, așezat la o adâncime sub înghețul solului. De asemenea, există o dependență de zona site-ului și de peisaj, dacă colectorul este situat orizontal. Pentru amplasarea pe verticală, va trebui să găuriți un puț.

„Apă-la-apă” este instalat acolo unde există un corp de apă sau apă subterană în apropiere. În primul caz, rezervorul este așezat pe fundul rezervorului, în al doilea, un puț este forat sau mai multe, dacă zona site-ului permite.Uneori, adâncimea apei subterane este prea adâncă, astfel încât costul instalării unei astfel de pompe de căldură poate fi foarte mare.

Fiecare tip de pompă de căldură are propriile avantaje și dezavantaje, dacă clădirea este departe de rezervor sau apa subterană este prea adâncă, atunci „apă-la-apă” nu va funcționa. „Aer-apă” va fi relevant numai în regiunile relativ calde, unde temperatura aerului în sezonul rece nu scade sub -25 ° C.

Instalare pompă de căldură DIY

Acum că partea principală a sistemului este gata, rămâne să-l conectați la dispozitivele de admisie și distribuție a căldurii. Această muncă poate fi făcută de unul singur. Acest lucru nu este dificil. Procesul de instalare a unui dispozitiv de admisie a căldurii poate fi diferit și depinde în mare măsură de tipul de pompă care va fi utilizată ca parte a sistemului de încălzire.

Apă subterană tip pompă verticală

Și aici vor fi necesare anumite costuri, deoarece atunci când instalați o astfel de pompă, pur și simplu nu puteți face fără a utiliza o instalație de foraj. Toată lucrarea începe cu crearea unui puț, a cărui adâncime ar trebui să fie 50-150 metri... Apoi, sonda geotermală este coborâtă, după care este conectată la pompă.

Apă de sol tip pompă orizontală

Când este instalată o astfel de pompă, este necesar să se utilizeze un colector format dintr-un sistem de țevi. Ar trebui să fie situat sub nivelul de îngheț al solului. Precizia, adâncimea plasării colectorului depinde în mare măsură de zona climatică. În primul rând, stratul de sol este îndepărtat. Apoi conductele sunt așezate și apoi sunt umplute cu pământ.
Puteți folosi un alt mod - așezarea țevilor individuale pentru apă într-un șanț pre-săpat. După ce ați decis să-l utilizați, trebuie mai întâi să săpați tranșee, în care adâncimea să fie sub nivelul de îngheț.

Metoda de calcul a puterii unei pompe de căldură

Pe lângă determinarea sursei optime de energie, va fi necesar să se calculeze puterea pompei de căldură necesară pentru încălzire. Depinde de cantitatea de pierderi de căldură din clădire. Să calculăm puterea unei pompe de căldură pentru încălzirea unei case folosind un exemplu specific.

Pentru aceasta, folosim formula Q = k * V * ∆T, unde

• Q este pierderea de căldură (kcal / oră). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V este volumul casei în m3 (suprafața este înmulțită cu înălțimea plafoanelor);
• ∆Т este raportul dintre temperaturile minime în afara și în interiorul incintei în perioada cea mai rece a anului, ° С. Se scade exteriorul din tº-ul interior;
• k este coeficientul general de transfer de căldură al clădirii. Pentru o clădire din cărămidă cu zidărie în două straturi k = 1; pentru o clădire bine izolată k = 0,6.

Astfel, calculul puterii pompei de căldură pentru încălzirea unei case de cărămidă de 100 de metri pătrați și o înălțime a tavanului de 2,5 m, cu o diferență ttº de la -30º la exterior la + 20º la interior, va fi după cum urmează:

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

12500/860 = 14,53 kW. Adică, pentru o casă de cărămidă standard cu o suprafață de 100 m, va fi nevoie de un dispozitiv de 14 kilowați.

Consumatorul acceptă alegerea tipului și puterii pompei de căldură pe baza mai multor condiții:

• caracteristicile geografice ale zonei (apropierea de corpurile de apă, prezența apelor subterane, o zonă liberă pentru un colector);
• caracteristicile climatului (temperatura);
• tipul și volumul intern al camerei;
• oportunități financiare.

Având în vedere toate aspectele de mai sus, veți putea face cea mai bună alegere a echipamentului. Pentru o selecție mai eficientă și corectă a unei pompe de căldură, este mai bine să contactați specialiștii, aceștia vor putea face calcule mai detaliate și vor oferi fezabilitatea economică a instalării echipamentului.

De mult timp și cu mare succes, pompele de căldură au fost utilizate în frigidere și aparate de aer condiționat de uz casnic și industrial.

Astăzi, aceste dispozitive au început să fie utilizate pentru a îndeplini o funcție de natură opusă - încălzirea unei locuințe pe vreme rece.

Să aruncăm o privire la modul în care pompele de căldură sunt utilizate pentru încălzirea caselor private și la ceea ce trebuie să știți pentru a calcula corect toate componentele sale.

Ce este o pompă de căldură, scopul ei

Definiția tehnică a unei pompe de căldură este un dispozitiv pentru transferul de energie dintr-o zonă în alta, sporind în același timp eficiența muncii sale. Acest mecanic nu este dificil de ilustrat. Să ne imaginăm o găleată cu apă rece și un pahar cu apă fierbinte. Aceeași cantitate de energie este consumată pentru a le încălzi dintr-un anumit semn de căldură. Cu toate acestea, eficacitatea aplicării sale este diferită. Dacă, în același timp, reduceți temperatura găleatei de apă cu 1 grad, energia termică obținută poate aduce lichidul din sticlă aproape la fierbere.

Conform acestei mecanici funcționează pompa de căldură, cu care puteți încălzi piscina sau furniza complet încălzirea unei case de țară. Instalația transferă căldura dintr-o zonă în alta, în general din exteriorul camerei în interior. Există multe aplicații pentru această tehnică.

1. Cu o anumită putere nominală a unei pompe de căldură, încălzirea unei case devine ieftină și eficientă.
2. Este ușor să faceți apă caldă menajeră cu o pompă de căldură folosind cazane de încălzire.
3. Cu un efort și un design adecvat, este posibil să se creeze un sistem de încălzire complet autonom alimentat de panouri solare.
4. Majoritatea modelelor de pompe de căldură sunt o opțiune acceptabilă pentru încălzirea prin pardoseală utilizată ca circuit de încălzire.

Pentru a alege și achiziționa un sistem adecvat, trebuie, în primul rând, să setați corect sarcina cu care se confruntă. Și numai după aceea, propuneți cerințele de putere și evaluați acceptabilitatea tipurilor individuale de cazane de căldură pentru a satisface toate nevoile.

Exemplu de calcul al pompei de căldură

Vom selecta o pompă de căldură pentru sistemul de încălzire al unei case cu un etaj, cu o suprafață totală de 70 mp. m cu o înălțime standard a tavanului (2,5 m), arhitectură rațională și izolație termică a structurilor de închidere care îndeplinește cerințele codurilor moderne de construcție. Pentru încălzirea primului trimestru. m dintr-un astfel de obiect, conform standardelor general acceptate, este necesar să cheltuiți 100 W de căldură. Astfel, pentru a încălzi întreaga casă veți avea nevoie de:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW de energie termică.

Alegem o pompă de căldură a mărcii „TeploDarom” (modelul L-024-WLC) cu o putere termică de W = 7,7 kW. Compresorul unității consumă N = 2,5 kW electricitate.

Calculul rezervorului

Solul de pe amplasamentul alocat construcției colectorului este argilos, nivelul apei subterane este ridicat (luăm puterea calorică p = 35 W / m).

Puterea colectorului este determinată de formula:

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

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

Pe baza faptului că este irațional să întindeți un circuit cu o lungime mai mare de 100 m datorită unei rezistențe hidraulice excesiv de mari, acceptăm următoarele: colectorul pompei de căldură va fi format din două circuite - 100 m și 50 m lungime.

Zona site-ului care va trebui alocată colectorului este determinată de formula:

S = L x A,

Unde A este pasul dintre secțiunile adiacente ale conturului. Acceptăm: A = 0,8 m.

Atunci S = 150 x 0,8 = 120 mp m.

Eficiență și COP

Arată clar că ¾ din energia pe care o obținem din surse libere. (Faceți clic pentru a mări)

În primul rând, să definim în termeni:

• Eficiență - coeficient de eficiență, adică câtă energie utilă se obține ca procent din energia consumată pentru funcționarea sistemului;
• COP - coeficient de performanță.

Un indicator precum eficiența este adesea utilizat în scopuri publicitare: „Eficiența pompei noastre este de 500%!” Se pare că spun adevărul - pentru 1 kW de energie consumată (pentru funcționarea completă a tuturor sistemelor și unităților), au produs 5 kW de energie termică.

Rețineți însă că eficiența nu poate fi mai mare de 100% (acest indicator este calculat pentru sistemele închise), deci ar fi mai logic să folosiți indicatorul COP (utilizat pentru calcularea sistemelor deschise), care arată factorul de conversie a energiei uzate în energie utilă.

De obicei COP se măsoară în număr de la 1 la 7. Cu cât este mai mare numărul, cu atât pompa de căldură este mai eficientă. În exemplul de mai sus (cu o eficiență de 500%), COP este 5.

Rambursarea pompei de căldură

Când vine vorba de cât durează o persoană să-și returneze banii investiți în ceva, înseamnă cât de profitabilă a fost investiția în sine. În domeniul încălzirii, totul este destul de dificil, deoarece ne asigurăm confort și căldură, iar toate sistemele sunt scumpe, dar în acest caz, puteți căuta o astfel de opțiune care să returneze banii cheltuiți prin reducerea costurilor în timpul utilizării. Și când începeți să căutați o soluție potrivită, comparați totul: un cazan pe gaz, o pompă de căldură sau un cazan electric. Vom analiza ce sistem va plăti mai rapid și mai eficient.

Conceptul de rambursare, în acest caz, introducerea unei pompe de căldură pentru modernizarea sistemului de alimentare cu căldură existent, pentru a-l spune simplu, poate fi explicat după cum urmează:

Există un sistem - un cazan individual pe gaz, care asigură încălzire autonomă și alimentare cu apă caldă. Există un aparat de aer condiționat cu sistem split, care oferă o cameră cu frig. S-au instalat 3 sisteme split în camere diferite.

Și există o tehnologie avansată mai economică - o pompă de căldură care va încălzi / răcori casele și încălzi apa în cantități potrivite pentru o casă sau un apartament. Este necesar să se determine cât s-au schimbat costurile totale ale echipamentelor și costurile inițiale și, de asemenea, să se estimeze cât de mult au scăzut costurile anuale de funcționare ale tipurilor de echipamente selectate. Și pentru a determina în câți ani, cu economiile rezultate, echipamentele mai scumpe vor da roade. În mod ideal, sunt comparate mai multe soluții de proiectare propuse și este selectată cea mai rentabilă.

Vom efectua calculul și vyyaski, care este perioada de recuperare a unei pompe de căldură în Ucraina

Să luăm în considerare un exemplu specific

• Casa este pe 2 etaje, bine izolată, cu o suprafață totală de 150 mp.
• Sistem de distribuție a căldurii / încălzirii: circuitul 1 - încălzire prin pardoseală, circuitul 2 - calorifere (sau ventiloconvectoare).
• A fost instalat un cazan pe gaz pentru încălzire și alimentare cu apă caldă (ACM), de exemplu, 24kW, cu dublu circuit.
• Sistem de aer conditionat split pentru 3 camere ale casei.

Costurile anuale pentru încălzirea și încălzirea apei

Max. capacitatea de încălzire a pompei de căldură pentru încălzire, kW	19993,59
Max. consumul de energie al pompei de căldură când funcționează pentru încălzire, kW	7283,18

Max. capacitatea de încălzire a pompei de căldură pentru alimentarea cu apă caldă, kW	2133,46
Max. consumul de energie al pompei de căldură în timpul funcționării cu alimentare cu apă caldă, kW	866,12

1. Costul aproximativ al unei camere de cazan cu un cazan pe gaz de 24 kW (cazan, conducte, cabluri, rezervor, contor, instalație) este de aproximativ 1000 Euro. Un sistem de aer condiționat (un sistem split) pentru o astfel de casă va costa aproximativ 800 de euro. În total cu amenajarea sălii cazanelor, lucrări de proiectare, conectare la rețeaua de conducte de gaz și lucrări de instalare - 6100 euro.

1. Costul aproximativ al pompei de căldură Mycond cu sistem de ventiloconvectoare suplimentar, lucrări de instalare și conectarea la rețea este de 6.650 euro.

1. Creșterea investiției este: К2-К1 = 6650 - 6100 = 550 euro (sau aproximativ 16500 UAH)
2. Reducerea costurilor de operare este: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Perioada de rambursare Tocup. = 16500/19608 = 0,84 ani!

Ușurința de utilizare a pompei de căldură

Pompele de căldură sunt echipamentele cele mai versatile, multifuncționale și eficiente din punct de vedere energetic pentru încălzirea unei case, apartamente, birouri sau instalații comerciale.

Un sistem inteligent de control cu ​​programare săptămânală sau zilnică, comutare automată a setărilor sezoniere, menținerea temperaturii în casă, moduri economice, controlul unui cazan sclav, cazan, pompe de circulație, controlul temperaturii în două circuite de încălzire, este cel mai avansat și avansat. Controlul invertorului asupra funcționării compresorului, ventilatorului, pompelor, permite economii maxime de energie.

Avantajele pompelor de căldură și fezabilitatea instalării acestora

După cum se menționează în reclamă, principalul avantaj al pompelor de căldură este eficiența încălzirii. Într-o anumită măsură, așa funcționează. Dacă pompa de căldură are un mediu de extracție a energiei care asigură o temperatură optimă, instalația funcționează eficient, costurile de încălzire fiind reduse cu aproximativ 70-80%. Cu toate acestea, există întotdeauna cazuri când o pompă de căldură poate fi o risipă de bani.

Eficiența unei pompe de căldură este determinată de următoarele caracteristici tehnologice:

• parametrul limitei limită pentru reducerea temperaturii de către fluidul de lucru;
• diferența minimă a temperaturilor schimbătorului extern și a mediului, la care extracția de căldură este extrem de mică;
• nivelul consumului de energie și puterea de căldură utilă.

Fezabilitatea utilizării unei pompe de căldură depinde de mai mulți factori.

1. Zonele în care un astfel de echipament nu prezintă rezultate bune sunt regiunile cu ierni geroase și temperaturi medii zilnice scăzute. În acest caz, pompa de căldură pur și simplu nu poate elimina suficientă căldură din mediu, apropiindu-se de zona cu eficiență zero. În primul rând, acest lucru se aplică sistemelor aer-aer.
2. Odată cu creșterea volumului spațiului încălzit, parametrii tehnologici ai pompei de căldură cresc aproape exponențial. Schimbătoarele de căldură sunt din ce în ce mai mari, dimensiunea și numărul sondelor de imersie în apă sau pământ sunt în creștere. La un moment dat, costul unei pompe de căldură pentru încălzire, cheltuielile necesare pentru instalarea și întreținerea acesteia, precum și plata pentru puterea consumată, devin pur și simplu investiții iraționale. Este mult mai ieftin să creați o schemă clasică de încălzire pe gaz cu un cazan.
3. Cu cât sistemul este mai complex, cu atât este mai scump și mai problematic să îl reparați în caz de avarie. Aceasta este o adăugare negativă la dimensiunea zonei încălzite și caracteristicile zonei climatice.

Sfat! În general, utilizarea unei pompe de căldură ca singură sursă de căldură pentru o casă poate fi luată în considerare doar într-un număr limitat de situații. Este întotdeauna înțelept să folosiți un sistem de asistență cuprinzător. Aici, numărul combinațiilor posibile este limitat doar de sursele de energie disponibile și de capacitățile financiare ale proprietarului.

Clasicul este o pompă de căldură și un cazan pe gaz / combustibil solid care lucrează împreună. Ideea este simplă: produsele de combustie sunt evacuate printr-o conductă largă. Găzduiește schimbătorul de pompă de căldură. Rezervoarele de stocare și un cazan de încălzire indirectă sunt instalate în sistemul de încălzire și alimentare cu apă caldă. Echipamentul (cazanul și pompa) este activat simultan atunci când temperatura lichidului din rețeaua de distribuție scade. Lucrând în perechi, utilizează aproape complet energia combustibilului de ardere, arătând indicatori de eficiență aproape de maxim.

Sistemul cu adaptare la caracteristicile mediului se bazează pe o pompă termică, un bloc ventilator, un pistol de căldură de orice clasă. La o temperatură a aerului suficient de ridicată în exterior (până la -5 ... -10 grade Celsius), pompa de căldură funcționează normal, asigurând o putere suficientă pentru încălzire. Caracteristica de proiectare a sistemului este amplasarea schimbătorului său extern de căldură într-un canal de ventilație separat. Când temperatura exterioară scade sub nivelul optim, aerul furnizat este încălzit cu un pistol de căldură (motorină, electrică sau cu gaz).

Merită remarcat în special: majoritatea schemelor care asigură adaptarea la temperatura aerului sau stabilizarea parametrilor de funcționare ai pompei de căldură sunt aplicate dispozitivelor aer-aer și aer-apă. Alte sisteme, datorită schimbătoarelor exterioare de căldură izolate în pământ sau în apă, nu permit crearea unor astfel de condiții de funcționare „de seră”.

Funcționarea pompei de căldură când lucrați conform schemei de apă freatică

Colectorul poate fi îngropat în trei moduri.

Opțiune orizontală

Țevile sunt așezate în tranșee ca un șarpe la o adâncime care depășește adâncimea înghețului solului (în medie - de la 1 la 1,5 m).
Un astfel de colecționar va necesita un teren de o suprafață suficient de mare, dar orice proprietar poate să-l construiască - nu sunt necesare abilități, altele decât capacitatea de a lucra cu o lopată.

Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că construcția unui schimbător de căldură manual este un proces destul de laborios.

Opțiune verticală

Țevile rezervorului sub formă de bucle având forma literei „U” sunt scufundate în puțuri cu o adâncime de 20 până la 100 m. Dacă este necesar, pot fi construite mai multe astfel de puțuri. După instalarea conductelor, puțurile sunt umplute cu mortar de ciment.

Avantajul unui colector vertical este că este necesară o suprafață foarte mică pentru construcția sa. Cu toate acestea, nu există nici o modalitate de a fora singuri adâncimi mai mari de 20 m - va trebui să angajați o echipă de foratoare.

Opțiune combinată

Acest colector poate fi considerat un fel de orizontal, dar este nevoie de mult mai puțin spațiu pentru construcția sa.
O groapă rotundă este săpată pe site cu o adâncime de 2 m.

Conductele schimbătorului de căldură sunt așezate în spirală, astfel încât circuitul să fie ca un arc instalat vertical.

La finalizarea lucrărilor de instalare, fântâna este umplută. La fel ca în cazul unui schimbător de căldură orizontal, toată cantitatea necesară de muncă poate fi făcută manual.

Colectorul este umplut cu soluție antigel - antigel sau etilen glicol. Pentru a asigura circulația sa, o pompă specială este tăiată în circuit. După ce a absorbit căldura solului, antigelul merge la evaporator, unde are loc schimbul de căldură între acesta și agentul frigorific.

Trebuie avut în vedere faptul că extracția nelimitată de căldură din sol, mai ales atunci când colectorul este situat vertical, poate duce la consecințe nedorite pentru geologia și ecologia sitului. Prin urmare, în perioada de vară, este foarte de dorit să acționați pompa de căldură de tip „sol - apă” în regim invers - aer condiționat.

Sistemul de încălzire pe gaz are multe avantaje, iar unul dintre principalele este costul redus al gazului. Cum să echipați încălzirea locuinței cu gaz, veți fi solicitat de schema de încălzire a unei case private cu un cazan pe gaz. Luați în considerare cerințele de proiectare și înlocuire a sistemului de încălzire.

Citiți despre caracteristicile alegerii panourilor solare pentru încălzirea locuințelor în acest subiect.

Cum se calculează și se alege o pompă de căldură

Calculul și proiectarea pompelor de căldură

Cum se calculează și se selectează o pompă de căldură.

După cum știți, pompele de căldură utilizează surse de energie regenerabile gratuite: căldură de aer de calitate scăzută, sol, subteran, corpuri de apă deschise fără îngheț, deșeuri și apă uzată și aer, precum și căldură reziduală de la întreprinderi tehnologice. Pentru a-l colecta, se consumă energie electrică, dar raportul dintre cantitatea de energie termică primită și cantitatea de energie electrică consumată este de aproximativ 3-7 ori.

Dacă vorbim doar despre sursele de căldură slabă din jurul nostru în scopuri de încălzire, este; aer exterior cu o temperatură cuprinsă între –3 și +15 ° С, aer scos din cameră (15-25 ° С), subsol (4-10 ° С) și apele solului (aproximativ 10 ° C), apele lacului și râului ( 5-10 ° С), suprafața solului (sub punctul de îngheț) (3-9 ° С) și terenul adânc (mai mult de 6 m - 8 ° C).

Extragerea căldurii din mediu (districtul interior).

Un mediu frigorific lichid este pompat în evaporator la presiune scăzută. Nivelul termic al temperaturilor din jurul evaporatorului este mai mare decât punctul de fierbere corespunzător al mediului de lucru (agentul frigorific este selectat astfel încât să poată fierbe chiar și la temperaturi sub zero). Datorită acestei diferențe de temperatură, căldura este transferată în mediu, în mediul de lucru, care la aceste temperaturi fierbe și se evaporă (se transformă în abur). Căldura necesară pentru aceasta este preluată din oricare dintre sursele de căldură de calitate inferioară enumerate mai sus.

Aflați mai multe despre sursele de energie regenerabile

Dacă aerul atmosferic sau de ventilație este selectat ca sursă de căldură, sunt utilizate pompele de căldură care funcționează conform schemei „aer-apă”. Pompa poate fi amplasată în interior sau în exterior, cu condensator încorporat sau la distanță. Aerul este suflat prin schimbătorul de căldură (evaporator) cu ajutorul unui ventilator.

Ca sursă de energie termică de calitate scăzută, pot fi utilizate apele subterane cu o temperatură relativ scăzută sau solul straturilor de suprafață ale pământului. Conținutul de căldură al masei solului este în general mai mare. Regimul termic al solului straturilor de suprafață ale pământului se formează sub influența a doi factori principali - radiația solară care cade pe suprafață și fluxul de căldură radiogenă din interiorul pământului. Modificările sezoniere și zilnice ale intensității radiației solare și ale temperaturii aerului exterior determină fluctuații ale temperaturii straturilor superioare ale solului. Adâncimea de pătrundere a fluctuațiilor zilnice în temperatura aerului exterior și intensitatea radiației solare incidente, în funcție de sol și condiții climatice specifice, variază de la câteva zeci de centimetri la un metru și jumătate. Adâncimea de pătrundere a fluctuațiilor sezoniere în temperatura aerului exterior și intensitatea radiației solare incidente nu depășește, de regulă, 15-20 m.

Tipuri de schimbătoare de căldură orizontale:

- un schimbător de căldură din țevi conectate în serie; - un schimbător de căldură realizat din țevi conectate în paralel; - colector orizontal așezat într-un șanț; - un schimbător de căldură sub formă de buclă; - un schimbător de căldură sub formă de spirală, situat pe orizontală (așa-numitul colector „slinky”); - un schimbător de căldură sub formă de spirală, situat vertical.

Apa acumulează bine căldura solară. Chiar și în perioada rece de iarnă, apa subterană are o temperatură constantă de +7 la + 12 ° C. Acesta este avantajul acestei surse de căldură. Datorită nivelului constant de temperatură, această sursă de căldură are o rată de conversie ridicată prin pompa de căldură pe tot parcursul anului. Din păcate, nu există suficientă apă subterană peste tot. Atunci când este utilizat ca sursă de apă subterană, alimentarea se realizează de la fântână cu ajutorul unei pompe submersibile la intrarea în schimbătorul de căldură (evaporator) al pompei de căldură care funcționează conform schemei sistem apă-apă / apă deschisă , de la ieșirea schimbătorului de căldură, apa este fie pompată într-o altă fântână, fie evacuată într-un corp de apă. Avantajul sistemelor deschise este capacitatea de a obține o cantitate mare de energie termică la costuri relativ mici. Cu toate acestea, puțurile necesită întreținere. În plus, utilizarea acestor sisteme nu este posibilă în toate domeniile. Principalele cerințe pentru sol și apă freatică sunt următoarele:

- permeabilitatea suficientă a solului la apă, permițând reaprovizionarea cu apă; - o bună compoziție chimică a apelor subterane (de exemplu, conținut scăzut de fier) ​​pentru a evita problemele asociate cu formarea depunerilor pe pereții conductelor și coroziunea.

Sistemele deschise sunt mai des utilizate pentru încălzirea sau răcirea clădirilor mari. Cel mai mare sistem de transfer termic geotermic din lume folosește apa subterană ca sursă de energie termică de calitate inferioară. Acest sistem este situat în Louisville, Kentucky, SUA. Sistemul este utilizat pentru alimentarea cu căldură și frig a complexului hotelier și de birouri; capacitatea sa este de aproximativ 10 MW.

Să luăm o altă sursă - un rezervor, pe fundul său puteți așeza bucle dintr-o țeavă de plastic, schema „apă-apă / sistem închis”. O soluție de etilen glicol (antigel) circulă prin conductă, care transferă căldura agentului frigorific prin schimbătorul de căldură (evaporator) al pompei de căldură.

Solul are capacitatea de a acumula energie solară pentru o perioadă lungă de timp, ceea ce asigură o temperatură relativ uniformă a sursei de căldură pe tot parcursul anului și, astfel, un factor de conversie ridicat al pompei de căldură.Temperatura din solul superior variază în funcție de sezon. Sub punctul de îngheț, aceste fluctuații de temperatură sunt semnificativ reduse. Căldura acumulată în sol este recuperată prin intermediul schimbătoarelor de căldură etanșeizate pe orizontală, numite și colectoare de sol sau prin intermediul schimbătoarelor de căldură așezate vertical, așa-numitele sonde geotermale. Căldura mediului este transferată de un amestec de apă și etilen glicol (saramură sau mediu), al cărui punct de îngheț trebuie să fie de aproximativ -13 ° C (respectați datele producătorului). Datorită acestui fapt, saramura nu îngheață în timpul funcționării.

Aceasta înseamnă că există două opțiuni pentru a obține căldură de calitate scăzută din sol. Așezarea orizontală a țevilor de plastic în tranșee adânci de 1,3–1,7 m, în funcție de condițiile climatice ale zonei, sau a puțurilor verticale adânci de 20–100 m. Țevile pot fi așezate în tranșee sub formă de spirale, dar cu o adâncime de așezare de 2 - 4 m, aceasta va reduce semnificativ lungimea totală a tranșeelor. Transferul maxim de căldură al solului de suprafață este de la 7 la 25 W cu l.p., de la geotermal 20-50 W cu l.p. Potrivit companiilor producătoare, durata de viață a tranșeelor ​​și a puțurilor este de peste 100 de ani.

Un pic mai mult despre schimbătoarele de căldură verticale la sol.

Din 1986, în Elveția, în apropiere de Zurich, s-au efectuat studii asupra unui sistem cu schimbătoare de căldură verticale la sol [4]. În masivul solului a fost instalat un schimbător de căldură coaxial la sol vertical cu o adâncime de 105 m. Acest schimbător de căldură a fost utilizat ca sursă de energie termică de calitate inferioară pentru un sistem de transfer de căldură instalat într-o clădire rezidențială unifamilială. Schimbătorul de căldură vertical la sol a furnizat o putere maximă de aproximativ 70 de wați pe metru de lungime, ceea ce a creat o sarcină termică semnificativă asupra masei solului înconjurător. Producția anuală de căldură este de aproximativ 13 MWh.

La o distanță de 0,5 și 1 m de fântâna principală, au fost forate două fântâni suplimentare, în care s-au instalat senzori de temperatură la o adâncime de 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 și 105 m, după care fântânile au fost umplute cu amestec de argilă-ciment. Temperatura a fost măsurată la fiecare treizeci de minute. Pe lângă temperatura solului, s-au înregistrat și alți parametri: viteza de mișcare a lichidului de răcire, consumul de energie al acționării compresorului, temperatura aerului etc.

Prima perioadă de observație a durat între 1986 și 1991. Măsurătorile au arătat că influența căldurii aerului exterior și a radiației solare este observată în stratul superficial al solului la o adâncime de 15 m. Sub acest nivel, regimul termic al solului se formează în principal datorită căldurii interiorul pământului. În primii 2-3 ani de funcționare, temperatura masei solului care înconjoară schimbătorul de căldură vertical a scăzut brusc, dar în fiecare an temperatura a scăzut și, după câțiva ani, sistemul a intrat într-un mod aproape constant, când temperatura de masa solului din jurul schimbătorului de căldură a devenit 1 -2 ° C.

În toamna anului 1996, la zece ani de la începerea funcționării sistemului, măsurătorile au fost reluate. Aceste măsurători au arătat că temperatura solului nu s-a modificat semnificativ. În anii următori, s-au înregistrat ușoare fluctuații ale temperaturii solului în intervalul de 0,5 ° C, în funcție de sarcina anuală de încălzire. Astfel, sistemul a atins un regim cvasi-staționar după primii câțiva ani de funcționare.

Pe baza datelor experimentale, au fost construite modele matematice ale proceselor care au loc în masivul solului, ceea ce a făcut posibilă realizarea unei prognoze pe termen lung a modificărilor temperaturii masivului solului.

Modelarea matematică a arătat că scăderea anuală a temperaturii va scădea treptat, iar volumul masei de sol din jurul schimbătorului de căldură, supus unei scăderi a temperaturii, va crește în fiecare an.La sfârșitul perioadei de funcționare, începe procesul de regenerare: temperatura solului începe să crească. Natura procesului de regenerare este similară cu natura procesului de „extracție” a căldurii: în primii ani de funcționare, există o creștere bruscă a temperaturii solului, iar în anii următori rata de creștere a temperaturii scade. Lungimea perioadei de „regenerare” depinde de durata perioadei de funcționare. Aceste două perioade sunt aproximativ aceleași. În acest caz, perioada de funcționare a schimbătorului de căldură la sol a fost de treizeci de ani, iar perioada de „regenerare” este, de asemenea, estimată la treizeci de ani

Astfel, sistemele de încălzire și răcire pentru clădiri care utilizează căldură de calitate inferioară de pe pământ reprezintă o sursă fiabilă de energie care poate fi utilizată peste tot. Această sursă poate fi utilizată suficient de mult timp și poate fi reînnoită la sfârșitul perioadei de funcționare.

Calculul colectorului orizontal al pompei de căldură

Îndepărtarea căldurii din fiecare metru al conductei depinde de mulți parametri: adâncimea de așezare, disponibilitatea apei subterane, calitatea solului etc. Aproximativ se poate considera că pentru colectoarele orizontale este de 20 W.m.p. Mai precis: nisip uscat - 10, lut uscat - 20, lut umed - 25, lut cu un conținut ridicat de apă - 35 W.m.p. Diferența de temperatură a lichidului de răcire în liniile directe și de retur ale buclei în calcule este de obicei luată ca 3 ° C. Pe locul colectorului, clădirile nu trebuie ridicate astfel încât căldura pământului, adică sursa noastră de energie a fost alimentată cu energie din radiația solară.

Distanța minimă între țevile așezate trebuie să fie de cel puțin 0,7-0,8 m. Lungimea unei tranșee poate varia de la 30 la 150 m. Este important ca lungimile circuitelor conectate să fie aproximativ aceleași. Se recomandă utilizarea unei soluții de etilen glicol (mediu) cu un punct de îngheț de aproximativ -13 ° C ca mediu de încălzire în circuitul primar. În calcule, trebuie luat în considerare faptul că capacitatea termică a soluției la o temperatură de 0 ° C este de 3,7 kJ / (kg K), iar densitatea este de 1,05 g / cm3. Când se utilizează un mediu, pierderea de presiune din conducte este de 1,5 ori mai mare decât atunci când se circulă apa. Pentru a calcula parametrii circuitului primar al instalației pompei de căldură, va fi necesar să se determine debitul mediului:

Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),

Unde .t - diferența de temperatură între liniile de alimentare și retur, care se presupune adesea a fi 3 oK. Atunci Qo - puterea termică primită de la o sursă cu potențial redus (sol). Această din urmă valoare se calculează ca diferență între puterea totală a pompei de căldură Qwp și puterea electrică consumată pentru încălzirea agentului frigorific. P:

Qo = Qwp - P, kW.

Lungimea totală a conductelor colectoare L și suprafața totală a site-ului pentru aceasta A calculat după formulele:

L = Qo / q,

A = L da.

Aici q - eliminarea termică specifică (de la 1 m de conductă); da - distanța dintre țevi (pas de așezare)

Exemplu de calcul. Pompa de caldura.

Condiții inițiale: cererea de căldură a unei cabane cu o suprafață de 120-240 m2 (pe baza pierderilor de căldură luând în considerare infiltrarea) - 13 kW; temperatura apei din sistemul de încălzire este de 35 ° C (încălzire prin pardoseală); temperatura minimă a lichidului de răcire la ieșirea către evaporator este de 0 ° С. Pentru încălzirea clădirii, a fost selectată o pompă de căldură de 14,5 kW din gama tehnică de echipamente existente, luând în considerare pierderile de vâscozitate ale mediului, la extragerea și transferul energiei termice de la sol, este de 3,22 kW. Îndepărtarea căldurii de pe stratul de suprafață al solului (lut uscat), q este egal cu 20 W / p.p. În conformitate cu formulele, calculăm:

1) puterea de căldură necesară a colectorului Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) lungimea totală a țevii L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. Pentru a organiza un astfel de colector, veți avea nevoie de 6 circuite de 100 m lungime;

3) cu o treaptă de așezare de 0,75 m, suprafața necesară a amplasamentului A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) sarcina generală a soluției de etilen glicol Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, într-un circuit este egal cu 0,58 m3.

Pentru dispozitivul colector, selectăm o țeavă de plastic de dimensiunea standard 32x3. Pierderea de presiune în acesta va fi de 45 Pa / p.p ​​.; rezistența unui circuit este de aproximativ 7 kPa; debitul lichidului de răcire - 0,3 m / s.

Calculul sondei

Atunci când se utilizează puțuri verticale cu adâncimea de 20 până la 100 m, țevile din plastic în formă de U (cu diametre de la 32 mm) sunt scufundate în ele. De regulă, două bucle sunt introduse într-un puț, umplut cu o soluție de suspensie. În medie, puterea specifică de căldură a unei astfel de sonde poate fi luată egal cu 50 W / p.p. De asemenea, vă puteți concentra pe următoarele date despre puterea de căldură:

- roci sedimentare uscate - 20 W / m; - sol pietros și roci sedimentare saturate cu apă - 50 W / m; - roci cu conductivitate termică ridicată - 70 W / m; - apa subterana - 80 W / m.

Temperatura solului la o adâncime mai mare de 15 m este constantă și este de aproximativ +9 ° С. Distanța dintre puțuri ar trebui să fie mai mare de 5 m. Dacă există curenți subterani, puțurile ar trebui să fie situate pe o linie perpendiculară pe debit.

Selectarea diametrelor conductelor se efectuează pe baza pierderii de presiune pentru debitul de lichid de răcire necesar. Calculul debitului lichidului poate fi efectuat pentru t = 5 ° С.

Exemplu de calcul.

Datele inițiale sunt aceleași ca în calculul de mai sus al rezervorului orizontal. Cu o putere termică specifică a sondei de 50 W / m și o putere necesară de 11,28 kW, lungimea sondei L ar trebui să fie de 225 m.

Pentru dispozitivul colectorului, este necesar să găuriți trei puțuri cu o adâncime de 75 m. În fiecare dintre ele așezăm două bucle ale unei țevi de 32x3; în total - 6 circuite, câte 150 m fiecare.

Debitul total al lichidului de răcire la .t = 5 ° С va fi de 2,1 m3 / h; debit printr-un circuit - 0,35 m3 / h. Circuitele vor avea următoarele caracteristici hidraulice: pierderea de presiune în țeavă - 96 Pa / m (purtător de căldură - soluție de etilen glicol 25%); rezistența buclei - 14,4 kPa; viteza de curgere - 0,3 m / s.

Selectarea echipamentului

Deoarece temperatura antigelului poate varia (de la –5 la +20 ° C), este necesar un rezervor de expansiune hidraulic în circuitul primar al pompei de căldură.

De asemenea, se recomandă instalarea unui rezervor de stocare pe linia de încălzire (condensare) a pompei de căldură: compresorul pompei de căldură funcționează în modul pornit-oprit. Pornirile prea frecvente pot duce la uzura accelerată a pieselor sale. Rezervorul este, de asemenea, util ca acumulator de energie - în cazul unei întreruperi de curent. Volumul său minim este luat la o rată de 20-30 litri pe 1 kW de putere a pompei de căldură.

Atunci când se utilizează bivalența, o a doua sursă de energie (cazan electric, gazos, lichid sau combustibil solid), acesta este conectat la circuit printr-un rezervor de acumulator, care este și un termohidrodistribuitor, activarea cazanului este controlată de o pompă de căldură sau nivelul superior al sistemului de automatizare.

În cazul unor posibile întreruperi de energie, puterea pompei de căldură instalată poate fi mărită cu un coeficient calculat prin formula: f = 24 / (24 - t off), unde t off este durata de întrerupere a energiei.

În cazul unei eventuale întreruperi a curentului electric timp de 4 ore, acest coeficient va fi egal cu 1,2.

Puterea pompei de căldură poate fi selectată pe baza modului de funcționare monovalent sau bivalent. În primul caz, se presupune că pompa de căldură este utilizată ca singurul generator de energie termică.

Ar trebui luat în considerare: chiar și în țara noastră, durata perioadelor cu temperaturi scăzute ale aerului este o mică parte a sezonului de încălzire. De exemplu, pentru regiunea centrală a Rusiei, timpul când temperatura scade sub –10 ° С este de numai 900 de ore (38 de zile), în timp ce durata sezonului în sine este de 5112 ore, iar temperatura medie din ianuarie este de aproximativ –10 ° С. Prin urmare, cea mai oportună este funcționarea pompei de căldură într-un mod bivalent, asigurând includerea unei surse suplimentare în perioadele în care temperatura aerului scade sub o anumită: - 5 ° С - în regiunile sudice ale Rusiei, - 10 ° С - în cele centrale. Acest lucru face posibilă reducerea costului pompei de căldură și, în special, a lucrărilor la instalarea circuitului primar (așezarea șanțurilor, sondele de foraj etc.), care crește foarte mult odată cu creșterea capacității instalației.

În regiunea centrală a Rusiei, pentru o estimare aproximativă la selectarea unei pompe de căldură care funcționează în mod bivalent, se poate concentra pe raportul 70/30: 70% din cererea de căldură este acoperită de pompa de căldură, iar restul de 30 - de electrică sau altă sursă de energie termică. În regiunile sudice, puteți fi ghidați de raportul dintre puterea pompei de căldură și sursa de căldură suplimentară, adesea utilizată în Europa de Vest: 50 până la 50.

Pentru o cabană cu o suprafață de 200 m2 pentru 4 persoane cu o pierdere de căldură de 70 W / m2 (calculată pentru –28 ° C temperatura aerului exterior), cererea de căldură va fi de 14 kW. La această valoare, adăugați 700 W pentru prepararea apei calde menajere. Ca urmare, puterea necesară a pompei de căldură va fi de 14,7 kW.

Dacă există posibilitatea unei întreruperi temporare de curent, trebuie să măriți acest număr cu un factor adecvat. Să presupunem că timpul de oprire zilnic este de 4 ore, apoi puterea pompei de căldură ar trebui să fie de 17,6 kW (factorul de multiplicare este 1,2). În cazul modului monovalent, puteți alege o pompă de căldură sol-apă cu o capacitate de 17,1 kW, consumând 6,0 ​​kW de energie electrică.

Pentru un sistem bivalent cu un încălzitor electric suplimentar și o temperatură de alimentare cu apă rece de 10 ° C pentru necesitatea de a obține apă caldă și un factor de siguranță, puterea pompei de căldură ar trebui să fie de 11,4 W, iar puterea cazanului electric - 6,2 kW (în total - 17,6) ... Puterea electrică de vârf consumată de sistem va fi de 9,7 kW.

Costul aproximativ al energiei electrice consumate pe sezon, când pompa de căldură funcționează în modul monovalent, va fi de 500 de ruble, iar în modul bivalent la temperaturi sub (-10 ° C) - 12.500. Costul transportatorului de energie atunci când se utilizează numai cazanul va fi: electricitate - 42.000, motorină - 25.000, și gaz - aproximativ 8.000 de ruble. (în prezența unei conducte furnizate și a prețurilor scăzute la gaz în Rusia). În prezent, pentru condițiile noastre, în ceea ce privește eficiența muncii, o pompă de căldură poate fi comparată numai cu un cazan pe gaz din seria nouă și în ceea ce privește costurile de funcționare, durabilitatea, siguranța (nu este necesară o cameră de încălzire) și respectarea mediului, depășește toate celelalte tipuri de producție de energie termică.

Rețineți că atunci când instalați pompe de căldură, în primul rând, ar trebui să aveți grijă de izolarea clădirii și de instalarea ferestrelor cu geam termopan cu conductivitate termică redusă, ceea ce va reduce pierderile de căldură ale clădirii și, prin urmare, costul lucrărilor și al echipamentelor.

https://www.patlah.ru

© "Enciclopedia tehnologiilor și tehnicilor" Patlakh V.V. 1993-2007

Calculul colectorului orizontal al pompei de căldură

Eficiența unui colector orizontal depinde de temperatura mediului în care este scufundat, de conductivitatea sa termică și de zona de contact cu suprafața țevii. Metoda de calcul este destul de complicată, prin urmare, în majoritatea cazurilor, se utilizează date medii.

Se crede că fiecare metru al schimbătorului de căldură furnizează HP puterea de căldură următoare:

• 10 W - când este îngropat în sol uscat nisipos sau stâncos;
• 20 W - în sol uscat de lut;
• 25 W - în solul argilos umed;
• 35 W - în sol argilos foarte umed.

Astfel, pentru a calcula lungimea colectorului (L), puterea termică necesară (Q) ar trebui împărțită la puterea calorică a solului (p):

L = Q / p.

Valorile date pot fi considerate valabile numai dacă sunt îndeplinite următoarele condiții:

• Terenul de deasupra colectorului nu este construit, nu este umbrit sau plantat cu copaci sau tufișuri.
• Distanța dintre virajele adiacente ale spiralei sau secțiunile „șarpelui” este de cel puțin 0,7 m.

Cum funcționează pompele de căldură

Orice pompă de căldură are un mediu de lucru numit agent frigorific. De obicei, freonul acționează în această capacitate, mai rar amoniac. Dispozitivul în sine constă doar din trei componente:

Evaporatorul și condensatorul sunt două rezervoare care arată ca niște tuburi curbe lungi - bobine.Condensatorul este conectat la un capăt la ieșirea compresorului, iar evaporatorul la intrare. Capetele bobinelor sunt unite și se instalează o supapă de reducere a presiunii la joncțiunea dintre ele. Evaporatorul este în contact - direct sau indirect - cu mediul sursă, iar condensatorul este în contact cu sistemul de încălzire sau alimentarea cu apă caldă.

Cum funcționează pompa de căldură

Operațiunea HP se bazează pe interdependența volumului, presiunii și temperaturii gazului. Iată ce se întâmplă în interiorul unității:

1. Amoniacul, freonul sau alt agent frigorific, care se deplasează de-a lungul evaporatorului, se încălzește de la mediul sursă, de exemplu, la o temperatură de +5 grade.
2. După trecerea prin evaporator, gazul ajunge la compresor, care îl pompează la condensator.
3. Agentul frigorific evacuat de compresor este ținut în condensator de supapa de reducere a presiunii, deci presiunea acestuia este mai mare aici decât în ​​evaporator. După cum știți, odată cu creșterea presiunii, temperatura oricărui gaz crește. Exact asta se întâmplă cu agentul frigorific - acesta se încălzește până la 60 - 70 de grade. Deoarece condensatorul este spălat de lichidul de răcire care circulă în sistemul de încălzire, acesta din urmă se încălzește.
4. Agentul frigorific este evacuat în porțiuni mici prin supapa de reducere a presiunii către evaporator, unde presiunea acestuia scade din nou. Gazul se extinde și se răcește și, deoarece o parte din energia internă a fost pierdută de acesta ca urmare a schimbului de căldură în etapa anterioară, temperatura acestuia scade sub +5 grade inițiale. După evaporator, acesta se încălzește din nou, apoi este pompat în condensator de către compresor - și așa mai departe într-un cerc. Științific, acest proces se numește ciclul Carnot.

Dar pompa de căldură rămâne încă foarte profitabilă: pentru fiecare kWh consumat de energie electrică, este posibil să se obțină între 3 și 5 kWh de căldură.

Economie de energie

Utilizarea surselor alternative de energie astăzi este o sarcină prioritară pentru aproape toate sferele activității umane moderne. Utilizarea activă a energiei eoliene, a apei, a soarelui permite nu numai reducerea semnificativă a costului resurselor financiare în implementarea tuturor tipurilor de operațiuni tehnologice, ci are și un efect benefic asupra stării mediului (asociat cu o scădere a emisiilor de poluanți în atmosferă).

O tendință similară poate fi observată în sectorul rezidențial, având în vedere că colectoarele solare, generatoarele eoliene, generatoarele economice de căldură sunt utilizate din ce în ce mai mult pentru a crea condiții de viață favorabile, precum și se iau măsuri pentru creșterea nivelului de izolație termică a tuturor elementelor a structurii.

O măsură foarte eficientă din punct de vedere economic este utilizarea pompelor de căldură - surse de energie geotermală. În principiu, pompele de căldură sunt proiectate în așa fel încât să poată extrage căldură literalmente câte puțin din mediu și doar apoi să o transforme și să o direcționeze către locul de utilizare directă. Aerul, apa, solul pot acționa ca surse de energie pentru o pompă de căldură, în timp ce întregul proces se realizează datorită proprietăților fizice ale unor substanțe (agenți frigorifici) de a fierbe la temperaturi scăzute.

Astfel, costurile resurselor tradiționale pentru performanța generatorului de căldură prezentat sunt asociate numai cu transportul de energie, în timp ce partea sa principală este implicată din exterior. Datorită caracteristicilor fundamentale ale pompelor de căldură, coeficientul de performanță al acestora poate ajunge la 3-5 unități, adică cheltuind 100 W de energie electrică pentru funcționarea pompei de căldură, puteți obține până la 0,5 kW de putere termică.