Puterea pompei de căldură pentru încălzirea unei case. Pompă de căldură pentru încălzirea unei case private

Tipuri de modele de pompe de căldură

Tipul de pompă de căldură este de obicei notat printr-o frază care indică sursa de mediu și lichidul de răcire al sistemului de încălzire.

Există următoarele soiuri:

• TN „aer-aer”;
• HP "aer - apă";
• TN „sol - apă”;
• TN „apă – apă”.

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

Dacă un astfel de sistem este echipat cu un schimbător de căldură special cu țevi, rezultatul este un schimbător de căldură aer-apă. Este conectat la un sistem de incalzire a apei.

Un evaporator HP de tip „aer-aer” sau „aer-apă” poate fi amplasat nu pe stradă, ci în conducta de ventilație de evacuare (trebuie forțat). În acest caz, eficiența HP va crește de câteva ori.

Pompele de căldură de tipul „apă-apă” și „pământ-apă” utilizează un așa-numit schimbător de căldură extern sau, așa cum este numit și un colector, pentru a extrage căldura.

Schema de funcționare a unei pompe de căldură

Aceasta este o țeavă cu buclă lungă, de obicei din plastic, prin care circulă un lichid, spălând vaporizatorul. Ambele tipuri de HP reprezintă același dispozitiv: într-un caz, colectorul este scufundat în fundul unui rezervor de suprafață, iar în al doilea - în pământ. Condensatorul unei astfel de pompe de căldură este amplasat într-un schimbător de căldură conectat la sistemul de încălzire a apei.

Conectarea unui VT conform schemei „apă-apă” necesită mult mai puțină muncă decât „apa subterană”, deoarece nu este nevoie de lucrări de excavare. Conducta este așezată în spirală în partea de jos a rezervorului. Desigur, numai un rezervor care nu îngheață până la fund în timpul iernii este potrivit pentru această schemă.

A sosit momentul să studiem în mod substanțial experiența străină

Aproape toată lumea știe acum despre pompele de căldură capabile să extragă căldură din mediu pentru a încălzi clădirile și, dacă până de curând un potențial client, de regulă, punea întrebarea perplexă „cum este posibil?”, acum întrebarea „cum este corect acest lucru”. ” se aude din ce în ce mai mult face?”.

Nu este ușor să răspunzi la această întrebare.

În căutarea unui răspuns la numeroasele întrebări care apar inevitabil atunci când se încearcă proiectarea sistemelor de încălzire cu pompe de căldură, este indicat să apelăm la experiența specialiștilor din acele țări în care pompele de căldură pe schimbătoare de căldură la sol sunt folosite de mult timp.

O vizită* la expoziția americană AHR EXPO 2008, care a fost întreprinsă în principal pentru a obține informații despre metodele de calcul ingineresc ale schimbătoarelor de căldură din sol, nu a adus rezultate directe în această direcție, dar a fost vândută o carte la standul expozițional ASHRAE, unele dintre ale căror prevederi au servit ca bază pentru aceste publicații.

Trebuie spus imediat că transferul metodelor americane pe solul domestic nu este o sarcină ușoară. Pentru americani, totul nu este la fel ca în Europa. Doar ei măsoară timpul în aceleași unități ca și noi. Toate celelalte unități de măsură sunt pur americane, sau mai degrabă britanice. Americanii au mai ales ghinion cu fluxul de căldură, care poate fi măsurat atât în ​​unități termice britanice pe unitatea de timp, cât și în tone de răcire, care probabil au fost 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 în timp, ci absența în cartea menționată a unei baze metodologice clare pentru construirea unui algoritm de calcul. . Prea mult spațiu este dedicat metodelor de calcul de rutină și binecunoscute, în timp ce unele prevederi importante rămân complet nedezvăluite.

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

Criteriul pentru eficiența unei pompe de căldură este coeficientul de conversie?, a cărui valoare este determinată de raportul dintre puterea sa termică și puterea antrenării electrice a compresorului. Această valoare este o funcție a temperaturii de fierbere în vaporizatorul t u și a temperaturii de condensare t k, iar în raport cu pompele de căldură apă-apă se poate vorbi despre temperaturile lichidului la ieșirea din evaporator t 2I și la ieșirea din condensatorul t 2 K:

? = ?(t2I,t2K). (1)

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

Folosind diagrama, nu este dificil să determinați parametrii pompei de căldură în stadiile inițiale de proiectare. Este evident, de exemplu, că dacă sistemul de încălzire conectat la pompa de căldură este proiectat să furnizeze lichid de răcire cu o temperatură de alimentare de 50°C, atunci coeficientul de conversie maxim posibil al pompei de căldură va fi de aproximativ 3,5. În acest caz, temperatura glicolului la ieșirea din evaporator nu trebuie să fie mai mică de +3°C, ceea ce înseamnă că va fi necesar un schimbător de căldură scump.

În același timp, dacă casa este încălzită prin încălzire prin pardoseală, lichidul de răcire cu o temperatură de 35°C va curge din condensatorul pompei de căldură în sistemul de încălzire. În acest caz, pompa de căldură poate funcționa mai eficient, de exemplu cu un factor de conversie de 4,3, dacă temperatura glicolului răcit în evaporator este în jur de -2°C.

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

0,1729 (41,5 + t 2I – 0,015t 2I t 2 K – 0,437 t 2 K (2)

Dacă, cu coeficientul de conversie dorit și o valoare dată a temperaturii lichidului de răcire într-un sistem de încălzire alimentat de o pompă de căldură, este necesară determinarea temperaturii lichidului răcit în evaporator, atunci ecuația (2) poate fi prezentată ca:

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

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

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

Metoda de calcul pentru pompele de căldură

Desigur, procesul de selectare și calculare a unei pompe de căldură este o operațiune foarte complexă din punct de vedere tehnic și depinde de caracteristicile individuale ale obiectului, dar aproximativ poate fi redus la următorii pași:

Se determină pierderile de căldură prin anvelopa clădirii (pereți, tavane, ferestre, uși). Acest lucru se poate face prin aplicarea următoarei relații:

Qok = S*(tin – tout)* (1 + Σ β) *n / Rt(W)unde

tout – temperatura aerului exterior (°C);

staniu – temperatura interioară a aerului (°C);

S – suprafața totală a tuturor structurilor de împrejmuire (m2);

n – coeficient care indică influența mediului asupra caracteristicilor obiectului. Pentru încăperi în contact direct cu mediul exterior prin tavane n=1; pentru obiecte cu etaje de mansardă n=0,9; dacă obiectul este situat deasupra subsolului n = 0,75;

β – coeficientul de pierdere suplimentară de căldură, care depinde de tipul structurii și de localizarea sa geografică β poate varia de la 0,05 la 0,27;

Rt – rezistența termică, determinată de următoarea expresie:

Rt = 1/ α intern + Σ (δ i / λ i) + 1/ α extern (m2*°C / W), unde:

δ і / λі – indicator calculat al conductivității termice a materialelor utilizate în construcții.

α nar – coeficientul de disipare termică a suprafețelor exterioare ale structurilor de închidere (W/m2*оС);

α intern – coeficientul de absorbție termică a suprafețelor interioare ale structurilor de închidere (W/m2*оС);

— Pierderea totală de căldură a structurii se calculează folosind formula:

Qt.pot = Qok + Qi – Qbp, unde:

Qi este consumul de energie pentru încălzirea aerului care intră în încăpere prin scurgeri naturale;

Qbp ​​​​- generarea de căldură datorită funcționării aparatelor de uz casnic și activităților umane.

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

Qan = 24*0,63*Qt. sudoare.*((d*(tin - tout.av.)/ (tin - tout.))(kW/oră pe an.) unde:

tout – temperatura aerului exterior;

tout.av – valoarea medie aritmetică a temperaturii aerului exterior pentru întreg sezonul de încălzire;

d – numărul de zile din perioada de încălzire.

Qgv = V * 17 (kW/oră pe an) unde:

V – volumul zilnic de încălzire a apei până la 50 °C.

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

Q = Qgv + Qan (kW/oră pe an.)

Ținând cont de datele obținute, alegerea celei mai potrivite pompe de căldură pentru încălzire și alimentare cu apă caldă nu va fi dificilă. Mai mult, puterea calculată va fi determinată astfel: Qтн=1,1*Q, unde:

Qтн=1,1*Q, unde:

1.1 – factor de corecție care indică posibilitatea creșterii sarcinii pompei de căldură în perioada de temperaturi critice.

După calcularea pompelor de căldură, puteți selecta cea mai potrivită pompă de căldură, care poate oferi parametrii de microclimat necesari în încăperi cu orice caracteristici tehnice. Și având în vedere posibilitatea integrării acestui sistem cu un sistem de climatizare prin pardoseală încălzită, se poate remarca nu numai funcționalitatea acestuia, ci și valoarea sa estetică ridicată.

Dacă v-a plăcut materialul, vă voi fi recunoscător dacă îl recomandați prietenilor sau lăsați un comentariu util.

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.
• Apa - sursa poate fi apa subterana si corpurile de apa de suprafata.

Pentru sistemele de încălzire a apei, care sunt mai frecvente, se folosesc 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 exterioară. 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 nevoie să alocați un teren pentru aceasta și, mai ales, să forați un puț. Cu toate acestea, eficiența de funcționare la temperaturi scăzute (-25ºС) este redusă și este necesară o sursă suplimentară de energie termică.

Dispozitivul „apelor subterane” este un dispozitiv geotermal și extrage căldura din sol folosind un colector plasat la o adâncime sub înghețul solului. Există, de asemenea, o dependență de zona sitului și de peisaj dacă colectorul este amplasat orizontal. Pentru o locație verticală, va trebui să forați un puț.

„Apă-apă” este instalată acolo unde există un iaz sau apă subterană în apropiere. În primul caz, colectorul este așezat pe fundul rezervorului, în al doilea, un puț sau mai multe sunt forate, dacă zona sitului permite. Uneori, adâncimea apei subterane este prea mare, 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 situată departe de un corp de apă sau apa subterană este prea adâncă, atunci „apă-apă” nu va funcționa. „Aer-apa” va fi relevant doar în regiunile relativ calde, unde temperatura aerului în sezonul rece nu scade sub -25 ° C.

Metoda de calcul a puterii pompei de caldura

Pe lângă determinarea sursei optime de energie, va trebui să calculați puterea pompei de căldură necesară pentru încălzire. Depinde de cantitatea de căldură pierdută din clădire. Să calculăm puterea unei pompe de căldură pentru încălzirea unei case folosind un exemplu specific.

Pentru a face acest lucru, folosim formula Q=k*V*∆T, unde

• Q este pierderea de căldură (kcal/oră). 1 kW/h = 860 kcal/h;
• V este volumul casei în m3 (suprafața se înmulțește cu înălțimea tavanelor);
• ∆T – raportul dintre temperaturile minime din exterior și din interiorul încăperii în perioada cea mai rece a anului, °C. Din tº internă scădem pe cea externă;
• k este coeficientul generalizat de transfer termic 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 mp și înălțimea tavanului de 2,5 m, cu o diferență de ttº de la -30º la exterior la +20º în interior, va fi următorul:

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

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

Consumatorul face alegerea tipului și puterii pompei de căldură pe baza unui număr de condiții:

• caracteristicile geografice ale zonei (proximitatea lacurilor de acumulare, prezența apei subterane, teren liber pentru un colector);
• caracteristici climatice (temperatura);
• tipul și volumul interior al camerei;
• oportunități financiare.

Tinand cont de toate aspectele de mai sus, puteti face alegerea optima a echipamentului. Pentru o selecție mai eficientă și corectă a unei pompe de căldură, este mai bine să contactați specialiști, aceștia vor putea face calcule mai detaliate și vor oferi fezabilitatea economică a instalării echipamentului.

Pompele de căldură sunt folosite de multă vreme și cu mare succes în frigiderele și aparatele de aer condiționat de uz casnic și industrial.

Astăzi, aceste dispozitive au început să fie folosite pentru a îndeplini funcția opusă - încălzirea unei locuințe pe vreme rece.

Să ne uităm la modul în care pompele de căldură sunt folosite pentru a încălzi casele private și ce trebuie să știți pentru a calcula corect toate componentele acesteia.

Exemplu de calcul al pompei de căldură

Vom selecta un element de încălzire pentru sistemul de încălzire al unei case cu un etaj, cu o suprafață totală de 70 de metri pătrați. m cu o înălțime standard a tavanului (2,5 m), arhitectură rațională și izolație termică a structurilor de închidere care îndeplinesc cerințele codurilor moderne de construcție. Pentru încălzirea primului mp. m de 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 pompa de caldura marca TeploDarom (model L-024-WLC) cu o putere termica W = 7,7 kW. Compresorul unității consumă N = 2,5 kW de energie electrică.

Calculul rezervorului

Solul din zona alocată construcției colectorului este argilos, nivelul apei subterane este ridicat (presupunem 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 (aprox.).

Pe baza faptului că așezarea unui circuit mai lung de 100 m este irațională din cauza rezistenței hidraulice excesiv de ridicate, acceptăm următoarele: colectorul pompei de căldură va fi format din două circuite - 100 m și 50 m lungime.

Zona sitului care va trebui alocată pentru colector va fi determinată de formula:

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

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

Rambursarea unei pompe de căldură

Când vine vorba de cât de mult va dura unei persoane să-și recupereze banii investiți în ceva, ne referim la cât de profitabilă a fost investiția în sine. În sectorul de încălzire, totul este destul de dificil, întrucât ne asigurăm confort și căldură, iar toate sistemele sunt scumpe, dar în acest caz, puteți căuta o variantă care să returneze banii cheltuiți prin reducerea costurilor în timpul utilizării. Iar când începi să cauți o soluție potrivită, compari 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, pur și simplu, poate fi explicat după cum urmează:

Există un singur sistem - un cazan individual pe gaz, care asigură încălzire autonomă și apă caldă. Există un aparat de aer condiționat cu sistem split care furnizează aer rece într-o cameră. 3 sisteme split instalate în camere diferite.

Și există o tehnologie avansată mai economică - o pompă de căldură, care va încălzi / răci casele și va încălzi apa în cantitățile potrivite pentru o casă sau un apartament. Este necesar să se determine cât de mult s-a schimbat costul total al echipamentelor și costurile inițiale și, de asemenea, să se estimeze cât de mult au scăzut costurile anuale de operare a tipurilor de echipamente selectate. Și stabiliți câți ani vor dura ca echipamentele mai scumpe să se plătească singure cu economiile rezultate. În mod ideal, sunt comparate mai multe soluții de proiectare propuse și este selectată cea mai rentabilă.

Vom efectua calcule și vom afla care este perioada de rambursare pentru o pompă de căldură în Ucraina

Să ne uităm la un exemplu concret

• Casa are 2 etaje, este bine izolata, avand o suprafata totala de 150 mp.
• Sistem de distribuție/încălzire a căldurii: circuit 1 – pardoseală încălzită, circuit 2 – radiatoare (sau ventiloconvector).
• A fost instalat un cazan pe gaz pentru încălzire și alimentare cu apă caldă (ACM), de exemplu 24 kW, dublu circuit.
• Sistem de aer conditionat split pentru 3 camere ale casei.

Costuri anuale de încălzire și încălzire a apei

1. Costul aproximativ al unei cazane cu o centrala pe gaz de 24 kW (cazan, conducte, cablaj, rezervor, contor, instalatie) este de aproximativ 1000 Euro. Un sistem de aer condiționat (one split system) pentru o astfel de casă va costa aproximativ 800 de euro. În total, inclusiv montarea cazanului, lucrări de proiectare, racordare la rețeaua de gaze și lucrări de instalare - 6.100 euro.

1. Costul aproximativ al unei pompe de caldura Mycond cu sistem de ventiloconvector suplimentar, lucrari de montaj si racordare la reteaua electrica este de 6.650 euro.

1. Creșterea investițiilor de capital este: K2-K1 = 6650 – 6100 = 550 euro (sau aproximativ 16500 UAH)
2. Reducerea costurilor de exploatare este: C1-C2 = 27252 – 7644 = 19608 UAH.
3. Perioada de rambursare Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 ani!

Ușurință în 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 unități 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 slave, boiler, pompe de circulație, controlul temperaturii în două circuite de încălzire, este cel mai avansat și avansat . Controlul inverter al compresorului, ventilatorului și pompelor permite economii maxime de energie.

Funcționarea pompei de căldură atunci când se lucrează conform schemei de apă subterană

Colectorul poate fi instalat în pământ în trei moduri.

Opțiune orizontală

Țevile sunt așezate în șanțuri într-un model „șarpe” până la o adâncime care depășește adâncimea de îngheț a solului (în medie, de la 1 la 1,5 m).

Un astfel de colecționar va necesita un teren destul de mare, dar orice proprietar de casă îl poate construi - nu vor fi necesare alte abilități decât capacitatea de a lucra cu o lopată.

Ar trebui, totuși, să se țină seama de faptul că construirea manuală a unui schimbător de căldură este un proces destul de intensiv în muncă.

Opțiune verticală

Conductele colectoare sub formă de bucle în formă de litera „U” sunt scufundate în puțuri cu o adâncime de 20 până la 100 m. Dacă este necesar, se pot construi mai multe astfel de puțuri. După instalarea țevilor, puțurile sunt umplute cu mortar de ciment.

Avantajul unui colector vertical este că construcția lui necesită o suprafață foarte mică. Cu toate acestea, nu există nicio modalitate de a foraj puturi mai mari de 20 m adâncime pe cont propriu - va trebui să angajați o echipă de foratori.

Opțiune combinată

Acest colector poate fi considerat un tip de orizontal, dar construcția lui va necesita mult mai puțin spațiu.

Pe șantier este săpată o fântână rotundă cu adâncimea de 2 m.

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

La finalizarea lucrărilor de instalare, puțul este umplut. Ca și în cazul unui schimbător de căldură orizontal, toate lucrările necesare se pot face cu propriile mâini.

Colectorul este umplut cu soluție de antigel - antigel sau etilenglicol. Pentru a asigura circulația acestuia, în circuit este introdusă o pompă specială. După ce a absorbit căldura solului, antigelul intră în evaporator, unde are loc schimbul de căldură între acesta și agent frigorific.

Trebuie avut în vedere faptul că extracția nelimitată a căldurii din sol, în special atunci când colectorul este amplasat vertical, poate duce la consecințe nedorite pentru geologia și ecologia sitului. Prin urmare, vara, este foarte de dorit să se opereze HP-uri de tip „sol-apă” în modul invers - aer condiționat.

Un sistem de incalzire pe gaz are o multime de avantaje iar unul dintre principalele este costul scazut al gazului. Schema de încălzire pentru o casă privată cu un cazan pe gaz vă va spune cum să aranjați încălzirea casei dvs. cu gaz. Să luăm în considerare designul sistemului de încălzire și cerințele de înlocuire.

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

Calculul unui colector orizontal cu pompă de căldură

Eficiența unui colector orizontal depinde de temperatura mediului în care este scufundat, de conductibilitatea sa termică și de zona de contact cu suprafața conductei. Metoda de calcul este destul de complexă, așa că în majoritatea cazurilor se folosesc date medii.

Se crede că fiecare metru de schimbător de căldură oferă CP următoarea putere termică:

• 10 W – atunci când este îngropat în sol uscat nisipos sau stâncos;
• 20 W – în sol argilos uscat;
• 25 W – în sol argilos umed;
• 35 W – în sol argilos foarte umed.

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

• Zona de teren de deasupra canalizării nu este dezvoltată, umbrită sau plantată cu copaci sau tufișuri.
• Distanța dintre turele adiacente ale spiralei sau secțiunile „șarpelui” este de cel puțin 0,7 m.

Principiul de funcționare al pompelor de căldură

Orice HP conține un mediu de lucru numit agent frigorific. De obicei, freonul acționează în această calitate, mai rar amoniacul. Dispozitivul în sine este format din doar trei componente:

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

Principiul de funcționare al pompei de căldură

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

1. Amoniacul, freonul sau alt agent frigorific, care se deplasează prin evaporator, este încălzit din mediul sursă, să zicem, la o temperatură de +5 grade.
2. După trecerea prin evaporator, gazul ajunge la compresor, care îl pompează în condensator.
3. Agentul frigorific pompat de compresor este reținut în condensator printr-o supapă de reducere a presiunii, astfel încât presiunea acestuia este aici mai mare decât în ​​evaporator. După cum se știe, odată cu creșterea presiunii, temperatura oricărui gaz crește. Este exact ceea ce se întâmplă cu agentul frigorific - 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 și el.
4. Prin supapa de reducere a presiunii, agentul frigorific este evacuat în porțiuni mici în evaporator, unde presiunea acestuia scade din nou. Gazul se dilată și se răcește și, deoarece o parte din energia internă a fost pierdută de el ca urmare a schimbului de căldură în etapa anterioară, temperatura sa scade sub valoarea inițială de +5 grade. După evaporator, acesta este încălzit din nou, apoi pompat în condensator de către compresor - și așa mai departe într-un cerc. Din punct de vedere științific, acest proces se numește ciclul Carnot.

Dar HP rămâne încă foarte profitabil: pentru fiecare kWh de energie electrică cheltuită, puteți obține de la 3 la 5 kWh de căldură.

Influența datelor inițiale asupra rezultatului calculului

Să folosim acum modelul matematic construit în timpul calculelor pentru a monitoriza influența diferitelor date inițiale asupra rezultatului final al calculului. Să remarcăm că calculele efectuate în Excel permit ca astfel de analize să fie efectuate foarte rapid.

În primul rând, să ne uităm la modul în care magnitudinea fluxului de căldură către VGT din sol este afectată de conductivitatea sa termică.

O pompă de căldură geotermală este cea mai economică modalitate de a încălzi și de a climatiza o clădire. Costul unei pompe de căldură este mare, dar continuă să scadă pe măsură ce cererea crește. Acest sistem este ideal pentru instalarea de pardoseli încălzite sau radiatoare de încălzire concepute pentru temperaturi scăzute ale lichidului de răcire. Atunci când îl proiectați, principalul lucru este să alegeți puterea optimă. În ultimul articol ne-am uitat la auto-asamblarea unei pompe de căldură, totuși, pentru majoritatea oamenilor, informațiile mai importante vor fi cum să alegeți o pompă de căldură, cât costă și ce trebuie luat în considerare?

Calculul puterii pompei de căldură

Atunci când alegeți echipament, este necesar să țineți cont de pierderea de căldură a casei. Dar acest lucru nu este întotdeauna posibil sau foarte costisitor, iar achiziționarea unei pompe de căldură cu o rezervă mare de putere este foarte costisitoare. Prin urmare, este necesar să aveți o sursă de căldură de rezervă în caz de înghețuri severe (de exemplu, un cazan pe lemne). Acest lucru vă va permite să alegeți o pompă de căldură cu o putere cu o treime mai mică decât cea necesară pentru a compensa pierderile de căldură pe vremea cea mai rece. Acest echipament poate funcționa în oricare dintre cele trei moduri:monoelectric, monovalent și bivalent . Alegerea modului depinde de nivelul de consum.

Cum se calculează consumul de căldură în funcție de zonă

Este necesar să se ia măsuri pentru izolarea clădirii și reducerea pierderilor de căldură la 40-80 W/m². Apoi, pentru calcule suplimentare, vom accepta următoarele date.

1. O casă fără izolație termică necesită 120 W/m² pentru încălzire.
2. Același lucru pentru o clădire cu izolație termică normală – 80 W/m².
3. Cladire noua cu izolare termica buna - aproximativ 50 W/m².
4. Casa cu tehnologii de economisire a energiei – 40 W/m².
5. Cu consum pasiv de energie – 10 W/m².

Vă oferim un calcul aproximativ al unei pompe de căldură, cu ajutorul căruia puteți determina cum să alegeți o pompă de căldură. Să presupunem că suprafața totală a tuturor camerelor încălzite din casă este de 180 m². Izolarea termică este bună, iar consumul de căldură este în jur de 9 kW. Atunci pierderea de căldură va fi: 180 × 50 = 9000 W. O întrerupere temporară a curentului este luată în considerare ca 3 × 2 = 6 ore, dar nu vom lua în considerare 2 ore, deoarece clădirea este inertă. Obținem cifra finală: 9000 W × 24 ore = 216 kW oră. Apoi 216 kW oră / (18 ore + 2 ore) = 10,8 kW.
Astfel, pentru a incalzi aceasta casa este necesara instalarea unei pompe de caldura de 10,8 kW. Pentru a simplifica calculul, trebuie să adăugați 20% la valoarea pierderii de căldură (adică să creșteți 9000 W cu 20%). Dar acest lucru nu ia în considerare costul încălzirii apei pentru a satisface nevoile casnice.

Contabilizarea consumului de energie pentru încălzirea apei

Pentru a determina puterea maximă a pompei, adăugăm consumul de energie pentru încălzirea apei (până la t = 45 ˚C) la o rată de 50 de litri pe zi per persoană. Deci, pentru patru persoane, aceasta ar fi egală cu 0,35 x 4 = 1,4 kW. De aici puterea totală: 10,8 kW + 1,4 kW = 12,4 kW.

Dependența puterii de modul de funcționare

Calculul depunerii termice trebuie efectuată ținând cont de modul de funcționare.

1. Monovalent Modul presupune utilizarea acestui echipament fără echipament auxiliar (ca singur). Pentru a determina sarcina totală de căldură, ar trebui să țineți cont de costurile de compensare a întreruperilor de curent de urgență (maximum - timp de 2 ore, de 3 ori pe zi).
2. Monoenergeticemodul: folosește un al doilea generator de căldură, a cărui funcționare utilizează același tip de energie (electricitate). Este conectat la sistem dacă este necesară creșterea temperaturii lichidului de răcire. Acest lucru se poate face automat (instalarea unei pompe de căldură include și instalarea senzorilor de monitorizare a temperaturii și a echipamentelor de control) sau manual. Dar chiar și în condiții severe de iarnă nu sunt atât de multe zile reci și generatorul de căldură suplimentar nu trebuie activat des. Dar o astfel de organizare a încălzirii vă permite să economisiți echipamente: o pompă de căldură cu 30% mai puțin puternică este mai ieftină, dar va fi suficientă pentru a furniza căldură pentru 90% din perioada de încălzire.
3. Cu bivalent modul pompa de caldura este asistata de un cazan pe gaz sau unul care functioneaza pe combustibil lichid. Procesul este controlat de un procesor care primește informații de la senzorii de temperatură. Un astfel de echipament poate fi instalat ca suplimentar (în timpul reconstrucției clădirii) față de cel existent.

Prezentare generală a pieței pompelor de căldură

Există mai multe tipuri de echipamente disponibile astăzi pe piață. Este de remarcat pompele de căldură geotermale ale companiei austriece OCHSNER : au fost îmbunătățite de producător timp de 35 de ani. Brand bine stabilit Waterkotte : cazanele cu un strat exterior de acest brand au cea mai mare productivitate. Dintre echipamentele rusești, se pot evidenția pe cele produse sub marca „ HENK."
Pentru a ne imagina mai ușor cheltuielile viitoare, vom indica costul echipamentului principal și instalarea acestuia.

1. Pompă de căldură cu sondă de pământ:

• lucrări de foraj – 6 mii euro;
• pret pompa de caldura – 6 mii euro;
• costuri cu energia electrică (pe an) – 400 euro.

2. Cu colector orizontal:

• costul pompei în sine este de aproximativ 6 mii de euro;
• lucrările de foraj vor necesita 3 mii de euro;
• costul energiei electrice – 450 euro pentru perioada de incalzire.

3. Pompă de căldură cu aer:

• pret pompa – 8 mii euro;
• lucrari de montaj – 500 euro;
• curent electric – 600 euro.

4. Pompă apă-apă:

• pompa poate fi achizitionata cu 6 mii de euro;
• foraj puț – 4 mii euro;
• costuri cu energia electrică (pe an) – 360 euro.

Acestea sunt date aproximative pentru echipamente cu o putere de aproximativ 6 - 8 kW. În cele din urmă, totul depinde de mulți factori (prețurile de instalare, adâncimea de foraj, pompa de putere necesară etc.) iar costurile pot crește de câteva ori. Dar, alegând încălzirea folosind o pompă de căldură, clientul are posibilitatea de a câștiga independență față de creșterea prețurilor la lichidele de răcire tradiționale și de a refuza serviciile companiilor de energie termică și electrică.

O prezentare generală a utilizării unui sistem bazat pe pompă de căldură poate fi văzută în acest videoclip

Utilizarea căldurii ambientale de calitate scăzută pentru încălzirea și încălzirea apei devine benefică din punct de vedere economic cu utilizarea pe termen lung a sistemului. Un obstacol în calea utilizării pe scară largă a unor astfel de dispozitive este costul inițial ridicat al echipamentului și al instalării acestuia. Prin urmare, instalarea completă sau parțială a unei pompe de căldură cu propriile mâini este întotdeauna relevantă, permițându-vă să economisiți bani semnificativi.

Orez. 1 pompa de caldura apa-apa in casa

La crearea pompelor de căldură pentru încălzire, se utilizează căldură naturală de calitate scăzută a maselor de aer, sol și apă. Speciile acvatice absorb energia termică din fântâni, fântâni, iazuri și alte corpuri de apă deschise. O pompă de căldură funcționează ca un frigider, care preia căldură din compartimentul frigiderului și o eliberează în exterior printr-un radiator extern.

În timpul instalării, schimbătorul de căldură primar cu un lichid de răcire circulant este plasat într-un recipient cu apă, din care se preia căldură. Apa este aspirată de o pompă de apă, trece printr-un sistem de conducte și apoi intră în evaporator - în dispozitiv, atunci când lichidul este încălzit, acesta se evaporă. În evaporator, lichidul de răcire transferă căldură către freon, pentru care o temperatură pozitivă mică de 6 - 8 C este punctul de fierbere, iar agentul frigorific gazos intră în compresor.

Fig. 2. Diagrama unei pompe de căldură apă-apă

Acolo este comprimat, ceea ce duce la o creștere a temperaturii gazului și la alimentarea suplimentară a condensatorului. În condensator, energia termică din gaz cu o temperatură de 40 - 70 C este transferată în apă din sistemul de încălzire, gazul răcit se condensează și intră în supapa de reducere a presiunii (accelerator). Presiunea sa scade - acest lucru duce la o răcire mai mare a gazului la o stare lichidă, în care este din nou furnizat la evaporator. Sistemul funcționează într-un mod circular închis și ciclic.

Calcul pompei de caldura

Pentru a proiecta un sistem cu propriile mâini, mai întâi trebuie să efectuați un calcul ținând cont de nevoile de energie termică (pompele pot fi utilizate suplimentar pentru a furniza apă caldă casei) și posibilele pierderi. Algoritmul de calcul constă din următoarele operații.

1. Se calculează suprafața camerei încălzite.
2. Pe baza valorilor obținute, cantitatea totală de energie necesară pentru încălzire se determină pe baza calculului de 70 - 100 wați pe metru pătrat. Parametrul depinde de înălțimea tavanelor, de materialul de fabricație și de gradul de conductivitate termică a casei.
3. La furnizarea de apă caldă, valoarea obținută este mărită cu 15 - 20%.
4. Pe baza puterii primite, se selectează un compresor și se calculează și se proiectează principalele componente ale sistemului: conductă, evaporator, condensator, pompă electrică și alte componente.

Componente pentru un sistem de încălzire cu pompă de căldură atunci când sunt fabricate independent

Este destul de dificil pentru un proprietar obișnuit să concureze cu pompele de căldură industriale de la producători interni și străini, cu toate acestea, instalarea și producerea de componente individuale nu este o sarcină imposibilă. Sarcina principală la instalarea unei pompe de căldură rămâne corectitudinea calculelor, deoarece dacă există o eroare, sistemul poate avea o eficiență scăzută și poate deveni ineficient.

Compresor

Pentru instalare veți avea nevoie de unul nou sau folosit. compresorul este în stare de funcționare cu o resursă neexpirată de putere adecvată. Puterea obișnuită a compresorului ar trebui să fie de 20 - 30% din cea calculată; puteți utiliza unități standard din fabrică pentru frigidere sau aparate de aer condiționat spiralat, care au o eficiență mai mare în comparație cu dispozitivele cu piston.

Evaporator și condensator

Pentru a răci și a încălzi lichidele, acestea sunt de obicei trecute prin țevi de cupru plasate într-un recipient cu un schimbător de căldură. Pentru a crește zona de răcire, conducta de cupru este aranjată sub formă de spirală; lungimea necesară este calculată folosind formula de calcul a ariei împărțite la secțiune transversală. Volumul rezervorului de schimb de căldură este calculat pe baza implementării schimbului de căldură eficient, valoarea medie obișnuită este de aproximativ 120 de litri. Pentru o pompă de căldură este rațional să se folosească țevi pentru aparatele de aer condiționat, care au inițial o formă de spirală și sunt vândute în serpentine.

Orez. 3 Conductă de cupru și rezervor pentru schimbătorul de căldură

Mulți producători de pompe de căldură au înlocuit această metodă de proiectare a schimbătoarelor de căldură cu una mai compactă, folosind schimbul de căldură pe principiul „pipe-in-pipe”. Diametrul standard al țevii de plastic pentru evaporator este de 32 mm, în ea este plasată o țeavă de cupru cu diametrul de 19 mm, evaporatorul este izolat termic, lungimea totală a schimbătorului de căldură este de aproximativ 10 - 12 m. Pentru condensator, puteți folosi 25 mm. teava metal-plastic si 12,7 mm. cupru.

Figura 4. Asamblarea și aspectul unui schimbător de căldură din conducte de cupru și plastic

Pentru a crește suprafața și eficiența schimbătorului de căldură, unii meșteri răsucesc o împletitură din mai multe țevi de cupru cu diametru mic, le acoperă cu sârmă subțire și așează structura în plastic. Acest lucru vă permite să obțineți o zonă de schimb de căldură de aproximativ 1 metru cub pe un segment de 10 metri.

Supapă termostatică

Un dispozitiv selectat corespunzător reglează gradul de umplere a evaporatorului și este în mare măsură responsabil pentru performanța întregului sistem. De exemplu, dacă alimentarea cu agent frigorific este prea mare, acesta nu va avea timp să se evapore complet, iar picăturile de lichid vor intra în compresor, ducând la întreruperea funcționării acestuia și la scăderea temperaturii gazului de ieșire. Prea puțin freon în evaporator după creșterea temperaturii în compresor nu va fi suficient pentru a încălzi volumul necesar de apă.

Orez. 5 Echipament de bază pentru pompa de căldură

Senzori

Pentru ușurința în utilizare, monitorizarea funcționării, detectarea defecțiunilor și configurarea sistemului, este necesar să aveți senzori de temperatură încorporați. Informațiile sunt importante în toate etapele de funcționare a sistemului; numai cu ajutorul ei, folosind formule, se poate stabili cel mai important parametru al echipamentului instalat pentru pompele de căldură cu apă - indicatorul de eficiență COP.

Echipament de pompare

Când pompele de căldură funcționează, apa este preluată și furnizată dintr-un puț, un puț sau un rezervor deschis folosind pompe de apă. Se pot folosi tipuri submersibile sau de suprafață, de obicei puterea lor este mică, 100 - 200 W sunt suficiente pentru a furniza apă. Pentru a controla funcționarea și a proteja pompele și sistemul, sunt instalate suplimentar filtre, un manometru, apometre și automatizări simple.

Orez. 6 Aspectul unei pompe de căldură auto-asamblate

Asamblarea echipamentului pompei de căldură cu propriile mâini nu prezintă mari dificultăți dacă știți să manipulați o unealtă specială pentru sudarea și lipirea cuprului. Lucrarea finalizată va ajuta la economisirea de fonduri semnificative - costul componentelor va fi de aproximativ 600 USD. Adică, achiziționarea de echipamente industriale va costa de 10 ori mai mult (aproximativ 6000 USD). O structură auto-asamblată, dacă este calculată și configurată corespunzător, are o eficiență (COP) de aproximativ 4, ceea ce corespunde modelelor industriale.

După cum știți, pompele de căldură folosesc surse de energie regenerabile gratuite: căldură de calitate scăzută din aer, sol, rezervoare subterane, deschise, care nu îngheață, apă reziduală și uzată și aer, precum și căldură reziduală de la întreprinderile tehnologice. Pentru a colecta acest lucru, electricitatea este cheltuită, 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 de calitate scăzută din jurul nostru pentru utilizare în scopuri de încălzire, aceasta este; aer exterior cu o temperatură de -3 până la +15 °C, aer evacuat din încăpere (15-25 °C), subsol (4-10 °C) și apă subterană (aproximativ 10 °C), apă de lac și râu (5 -10 °C), suprafața solului (sub punctul de îngheț) (3-9 °C) și adâncimea solului (mai mult de 6 m - 8 o C).

Extragerea căldurii din mediu (cartierul interior).

Un mediu de lucru lichid, agentul frigorific, 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 mediului, mediului 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 cu potențial scăzut de mai sus.

Aflați mai multe despre sursele regenerabile de energie

Dacă ca sursă de căldură se alege aerul atmosferic sau de ventilație, se folosesc pompe de căldură care funcționează conform schemei aer-apă. Pompa poate fi amplasată în interior sau în exterior, cu un condensator încorporat sau la distanță. Aerul este suflat prin schimbătorul de căldură (evaporator) folosind un ventilator.

Apele subterane cu o temperatură relativ scăzută sau solul din straturile de suprafață ale pământului pot fi folosite ca sursă de energie termică cu potențial scăzut. Conținutul de căldură al masei de sol este în general mai mare. Regimul termic al solului din straturile de suprafață ale pământului se formează sub influența a doi factori principali - radiația solară incidentă la suprafață și fluxul de căldură radiogenă din interiorul pământului. Modificările sezoniere și zilnice ale intensității radiației solare și ale temperaturii aerului exterior provoacă fluctuații ale temperaturii straturilor superioare ale solului. Adâncimea de penetrare a fluctuațiilor zilnice ale temperaturii aerului exterior și intensitatea radiației solare incidente, în funcție de condițiile specifice solului și climatice, variază de la câteva zeci de centimetri până la un metru și jumătate. Adâncimea de penetrare a fluctuațiilor sezoniere ale temperaturii aerului exterior și intensitatea radiației solare incidente nu depășește, de regulă, 15-20 m.

Tipuri de schimbătoare de căldură orizontale:

1. schimbător de căldură din conducte conectate în serie;
2. schimbător de căldură realizat din conducte conectate în paralel;
3. colector orizontal așezat într-un șanț;
4. schimbător de căldură în formă de buclă;
5. un schimbător de căldură în formă de spirală situat orizontal (așa-numitul colector „slinky”);
6. schimbător de căldură sub formă de spirală situat vertical.

Apa acumulează bine căldura solară. Chiar și în perioada rece de iarnă, apele subterane au o temperatură constantă de +7 până 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, apele subterane nu sunt disponibile în cantități suficiente peste tot. La utilizarea apei subterane ca sursă, alimentarea se realizează dintr-un puț folosind o pompă submersibilă la intrarea în schimbătorul de căldură (evaporator) a unei pompe de căldură care funcționează conform schemei „apă-apă/sistem deschis”; ieșirea din schimbătorul de căldură, apa este fie pompată într-un alt puț, fie aruncată într-un rezervor. Avantajul sistemelor deschise este capacitatea de a obține cantități mari de energie termică la costuri relativ mici. Cu toate acestea, puțurile necesită întreținere. În plus, utilizarea unor astfel de sisteme nu este posibilă în toate domeniile. Principalele cerințe pentru sol și apele subterane sunt următoarele:
- permeabilitate suficientă a solului, permițând refacerea rezervelor de apă;
- compoziția chimică bună a apelor subterane (de exemplu, conținut scăzut de fier), care evită problemele asociate cu formarea depunerilor pe pereții conductelor și coroziunea.

Sistemele deschise sunt mai des folosite pentru a furniza încălzire sau răcire clădirilor mari. Cel mai mare sistem geotermal de transfer de căldură din lume utilizează apele subterane ca sursă de energie termică de calitate scăzută. Acest sistem este situat în SUA în Louisville, Kentucky. Sistemul este utilizat pentru alimentarea cu căldură și rece a unui complex hotelier și de birouri; puterea sa este de aproximativ 10 MW.

Să luăm o altă sursă - un rezervor; pe fundul acesteia pot fi așezate bucle de țeavă de plastic, o schemă „apă-apă/sistem închis”. Prin conductă circulă o soluție de etilenglicol (antigel), care transferă căldură agentului frigorific prin schimbătorul de căldură (evaporatorul) al pompei de căldură.
Solul are capacitatea de a acumula energie solară pe o perioadă lungă de timp, ceea ce asigură o temperatură relativ uniformă a sursei de căldură pe tot parcursul anului și, astfel, un coeficient de conversie ridicat al pompei de căldură. Temperatura în straturile superioare ale solului variază în funcție de anotimp. Sub linia de îngheț, aceste fluctuații de temperatură sunt reduse semnificativ. Căldura acumulată în sol este extrasă prin schimbătoare de căldură etanșate așezate orizontal, numite și colectoare de pământ, sau prin schimbătoare de căldură așezate vertical, așa-numitele sonde geotermale. Căldura ambientală este transferată printr-un amestec de apă și etilenglicol (saramură sau mediu), al cărui punct de îngheț trebuie să fie de aproximativ -13°C (țin cont de datele producătorului). Datorită acestui fapt, saramura nu îngheață în timpul funcționării.
Aceasta înseamnă că există două opțiuni posibile pentru a obține căldură de calitate scăzută din sol. Pozarea orizontală a țevilor din plastic în șanțuri cu adâncimea de 1,3-1,7 m, în funcție de condițiile climatice ale zonei, sau puțuri verticale cu adâncimea de 20-100 m. Pozarea țevilor în șanțuri se poate face și sub formă de spirale, dar cu o adâncime de așezare de 2-4 m, aceasta va reduce semnificativ lungimea totală a șanțurilor. Transferul maxim de căldură al solului de suprafață este de la 7 la 25 W pe p.p., de la geotermal 20-50 W pe m.p. Potrivit companiilor producătoare, durata de viață a șanțurilor și puțurilor este de peste 100 de ani.

Mai multe despre schimbătoarele de căldură verticale la sol.

Din 1986, s-au efectuat cercetări asupra unui sistem cu schimbătoare de căldură la sol verticale în Elveția, lângă Zurich. În masa solului a fost instalat un schimbător de căldură de tip coaxial vertical cu adâncimea de 105 m. Acest schimbător de căldură a fost folosit ca sursă de energie termică de calitate scăzută pentru un sistem de transfer termic instalat într-o clădire rezidențială cu un singur apartament. Schimbătorul de căldură la sol vertical a furnizat o putere de vârf de aproximativ 70 W pe metru lungime, creând o sarcină termică semnificativă asupra masei solului înconjurător. Producția anuală de energie termică este de aproximativ 13 MWh.
La o distanță de 0,5 și 1 m de puțul principal au fost forate două puțuri suplimentare, în care au fost instalați senzori de temperatură la adâncimea de 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 și 105 m, după care fântânile au fost umplute cu amestec de argilă-ciment. Temperaturile au fost măsurate la fiecare treizeci de minute. Pe lângă temperatura solului, au fost înregistrați și alți parametri: viteza de deplasare a lichidului de răcire, consumul de energie de către antrenarea compresorului, temperatura aerului etc.

Prima perioadă de observare a durat din 1986 până în 1991. Măsurătorile au arătat că influența căldurii aerului exterior și a radiației solare se observă în stratul de suprafață al solului la o adâncime de până la 15 m. Sub acest nivel, regimul termic al solului se formează în principal datorită căldurii. din interiorul pământului. În primii 2-3 ani de funcționare, temperatura masei de sol din jurul schimbătorului de căldură vertical a scăzut brusc, dar în fiecare an scăderea temperaturii a scăzut, iar după câțiva ani sistemul a ajuns la un regim aproape constant, când temperatura de masa solului din jurul schimbătorului de căldură a devenit cu 1 mai mică decât cea inițială.-2 °C.

În toamna anului 1996, la zece ani după ce sistemul a început să funcționeze, măsurătorile au fost reluate. Aceste măsurători au arătat că temperatura solului nu s-a schimbat semnificativ. În anii următori, s-au înregistrat ușoare fluctuații ale temperaturii solului cu 0,5 °C în funcție de sarcina anuală de încălzire. Astfel, sistemul a ajuns într-un mod cvasi-staționar după primii câțiva ani de funcționare.

Pe baza datelor experimentale, au fost construite modele matematice ale proceselor care au loc în masa solului, care au făcut posibilă realizarea unei prognoze pe termen lung a schimbărilor de temperatură a masei solului.

Modelarea matematică a arătat că scăderea anuală a temperaturii va scădea treptat, iar volumul masei solului din jurul schimbătorului de căldură, supus scăderii 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 „selectare” a căldurii: în primii ani de funcționare are loc o creștere bruscă a temperaturii solului, iar în anii următori rata de creștere a temperaturii scade. Durata perioadei de „regenerare” depinde de durata perioadei de funcționare. Aceste două perioade sunt aproximativ aceleași. În cazul în cauză, 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 grad scăzut de la pământ reprezintă o sursă de energie fiabilă care poate fi folosită peste tot. Această sursă poate fi folosită destul de mult timp și poate fi reînnoită la sfârșitul perioadei de funcționare.

Calculul unui colector orizontal cu pompă de căldură

Eliminarea căldurii de la fiecare metru de țeavă depinde de mulți parametri: adâncimea de așezare, prezența apei subterane, calitatea solului etc. Aproximativ putem presupune că pentru colectoarele orizontale este de 20 W.m.p. Mai precis: nisip uscat - 10, argilă uscată - 20, argilă umedă - 25, argilă cu un conținut ridicat de apă - 35 W.m.p. Diferența de temperatură a lichidului de răcire în liniile înainte și retur ale buclei în calcule este de obicei considerată ca fiind de 3 °C. Pe locul colectorului, nu trebuie ridicate clădiri astfel încât căldura pământului, de ex. sursa noastră de energie a fost completată cu energie din radiația solară.

Distanța minimă dintre țevile așezate trebuie să fie de cel puțin 0,7-0,8 m. Lungimea unui șanț poate varia de la 30 la 150 m, este important ca lungimile circuitelor conectate să fie aproximativ aceleași. Se recomandă utilizarea unei soluții de etilenglicol (mediu) cu un punct de îngheț de aproximativ -13 o C ca agent de răcire 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 folosește un mediu, pierderea de presiune în conducte este de 1,5 ori mai mare decât la circulația apei. Pentru a calcula parametrii circuitului primar al unei instalații de pompă de căldură, va trebui să determinați debitul mediului:

Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),
unde t este diferența de temperatură dintre liniile de alimentare și retur, care este adesea luată egală cu 3 o K. Atunci Qo este puterea termică primită de la o sursă cu potențial scăzut (pământ). Ultima valoare este calculată ca diferență între puterea totală a pompei de căldură Qwp și puterea electrică cheltuită pentru încălzirea agentului frigorific P:

Qo = Qwp - P, kW.

Lungimea totală a conductelor colectoare L și aria totală a zonei A pentru aceasta sunt calculate folosind formulele:

Aici q este îndepărtarea de căldură specifică (de la 1 m de conductă); da - distanta dintre conducte (pas de pozare).

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 ținând cont de infiltrare) - 13 kW; Temperatura apei din sistemul de încălzire este considerată a fi de 35 °C (încălzire prin pardoseală); Temperatura minimă a lichidului de răcire la ieșirea în evaporator este de 0 °C. Pentru încălzirea clădirii, din gama tehnică existentă a fost selectată o pompă de căldură cu o capacitate de 14,5 kW, ținând cont de pierderile de vâscozitate a mediului, la selectarea și transferul energiei termice din sol, în valoare de 3,22 kW. Îndepărtarea căldurii de pe stratul de suprafață al solului (argilă uscată), q este egal cu 20 W/m.p. În conformitate cu formulele calculăm:

1) puterea termică necesară a colectorului Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;
2) lungimea totală a conductei L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 m.p. Pentru organizarea unui astfel de colector vor fi necesare 6 circuite de 100 m lungime;
3) cu o etapă de așezare de 0,75 m, aria necesară a șantierului este A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) umplerea totală a soluției de etilenglicol Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, într-un circuit este de 0,58 m3.

Pentru a instala colectorul, selectăm o țeavă de plastic de dimensiunea 32x3. Pierderea de presiune în acesta va fi de 45 Pa/m.p.; rezistența unui circuit este de aproximativ 7 kPa; viteza de curgere a lichidului de răcire - 0,3 m/s.

Calculul sondei

La utilizarea puțurilor verticale cu adâncimea de la 20 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 godeu, umplut cu o soluție de suspensie. În medie, îndepărtarea căldurii specifice a unei astfel de sonde poate fi luată egală cu 50 W/m.p. De asemenea, vă puteți concentra pe următoarele date despre îndepărtarea căldurii:

• roci sedimentare uscate - 20 W/m;
• sol stâncos și roci sedimentare saturate cu apă - 50 W/m;
• roci cu conductivitate termică ridicată - 70 W/m;
• apă subterană - 80 W/m.

Temperatura solului la o adâncime mai mare de 15 m este constantă și este de aproximativ +9 °C. Distanța dintre puțuri trebuie să fie mai mare de 5 m. În prezența fluxurilor subterane, puțurile ar trebui să fie amplasate pe o linie perpendiculară pe flux.
Selectarea diametrelor conductei se face pe baza pierderilor de presiune pentru debitul necesar de lichid de răcire. Calculul debitului de lichid poate fi efectuat pentru t = 5 °C.

Exemplu de calcul.

Datele inițiale sunt aceleași ca în calculul de mai sus al unui rezervor orizontal. Cu o îndepărtare a căldurii specifice sondei de 50 W/m și o putere necesară de 11,28 kW, lungimea sondei L ar trebui să fie de 225 m.
Pentru a instala un colector, este necesar să forați trei puțuri cu o adâncime de 75 m. În fiecare dintre ele plasăm două bucle de țeavă de dimensiune standard 32x3; în total - 6 circuite a câte 150 m fiecare.

Debitul total de lichid de răcire la t = 5 °C va fi de 2,1 m3/h; debitul printr-un circuit este de 0,35 m3/h. Circuitele vor avea următoarele caracteristici hidraulice: pierdere de presiune în conductă - 96 Pa/m (lichid de răcire - soluție de etilenglicol 25%); rezistența circuitului - 14,4 kPa; viteza de curgere - 0,3 m/s.

Alegerea echipamentelor

Deoarece temperatura antigelului poate varia (de la -5 la +20 °C), este necesar un vas de expansiune hidraulic în circuitul primar al instalației pompei de căldură.
De asemenea, se recomandă instalarea unui rezervor de stocare pe linia de încălzire (condensator) 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 util și ca dispozitiv de stocare a energiei în cazul unei pene de curent. Volumul său minim este luat la o rată de 20-30 de litri la 1 kW de putere a pompei de căldură.

Când se utilizează o bivalență, o a doua sursă de energie (cazan electric, pe gaz, lichid sau combustibil solid), aceasta este conectată la circuit printr-un rezervor de baterie, care este și distribuitor termohidraulic; activarea cazanului este controlată de o pompă de căldură sau un sistem de automatizare de nivel superior.
În cazul unor posibile întreruperi de curent, puteți crește puterea pompei de căldură instalată cu un factor calculat prin formula: f = 24/(24 - t off), unde t off este durata întreruperii alimentării cu energie electrică.

În cazul unei posibile întreruperi de curent timp de 4 ore, acest coeficient va fi egal cu 1,2.
Puterea pompei de căldură poate fi selectată în funcție de modul de funcționare monovalent sau bivalent. În primul caz, se presupune că pompa de căldură este folosită ca singur generator de energie termică.

Trebuie luat în considerare: chiar și la noi, durata perioadelor cu temperaturi scăzute ale aerului este o mică parte a sezonului de încălzire. De exemplu, pentru regiunea centrală a Rusiei, timpul în care temperatura scade sub -10 °C este de numai 900 de ore (38 de zile), în timp ce durata sezonului în sine este de 5112 ore, iar temperatura medie în ianuarie este de aproximativ - 10 °C. Prin urmare, este cel mai potrivit să funcționeze pompa de căldură în modul bivalent, care implică pornirea unei surse suplimentare în perioadele în care temperatura aerului scade sub un anumit nivel: -5 °C în regiunile de sud ale Rusiei, -10 °C în regiunile centrale. Acest lucru vă permite să reduceți costul pompei de căldură și, mai ales, al instalării circuitului primar (pozare de șanțuri, forare puțuri etc.), care crește foarte mult odată cu creșterea puterii de instalare.

În condițiile regiunii Centrale a Rusiei, pentru o estimare aproximativă atunci când selectați o pompă de căldură care funcționează în modul bivalent, vă puteți concentra pe raportul de 70/30: 70% din cererea de căldură este acoperită de o pompă de căldură, iar ramanand 30% printr-o sursa electrica sau alta de energie termica. În regiunile sudice, vă puteți ghida după raportul dintre puterea pompei de căldură și sursa suplimentară de căldură, adesea folosită în Europa de Vest: 50 la 50.

Pentru o cabana cu o suprafata de 200 m2 pentru 4 persoane cu pierderi de caldura de 70 W/m2 (calculate la -28 °C temperatura aerului exterior), necesarul de caldura va fi de 14 kW. La aceasta valoare ar trebui adaugati 700 W pentru prepararea apei calde sanitare. Ca urmare, puterea necesară pompei de căldură va fi de 14,7 kW.

Dacă există posibilitatea unei întreruperi temporare de curent, trebuie să măriți acest număr cu factorul corespunzător. Să presupunem că timpul zilnic de oprire este de 4 ore, apoi puterea pompei de căldură ar trebui să fie de 17,6 kW (factor de creștere - 1,2). În cazul modului monovalent, puteți alege o pompă de căldură freatică cu o putere 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 nevoia de apă caldă și factor de siguranță, puterea pompei de căldură ar trebui să fie de 11,4 W, iar boilerul electric - 6,2 kW (total - 17.6). Puterea electrică de vârf consumată de sistem va fi de 9,7 kW.

Costul aproximativ al energiei electrice consumate pe sezon atunci 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 energiei atunci când se utilizează numai cazanul corespunzător va fi: electricitate - 42.000, motorină - 25.000 și gaz - aproximativ 8.000 de ruble. (în prezența unei conducte de aprovizionare și a prețurilor mici ale gazelor existente în Rusia). În prezent, în condițiile noastre, din punct de vedere al eficienței de funcționare, o pompă de căldură nu poate fi comparată decât cu un cazan pe gaz de serie nouă, iar în ceea ce privește costurile de funcționare, durabilitate, siguranță (nu este necesară camera de cazane) și respectarea mediului, ea le depășește pe toate. alte tipuri de producere a energiei termice.

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