Изчисляване на термопомпи: Термопомпи и енергоспестяващи системи: GK Informtech

Видове конструкции на термопомпи

Типът термопомпа обикновено се обозначава с фраза, обозначаваща източника на среда и топлоносителя на отоплителната система.
Има следните разновидности:

• ТН "въздух - въздух";
• ТН "въздух - вода";
• TN "почва - вода";
• TH "вода - вода".

Първата опция е конвенционална сплит система, работеща в режим на отопление. Изпарителят е монтиран на открито, а вътре в къщата е монтиран блок с кондензатор. Последният се продухва от вентилатор, поради което в помещението се подава топла въздушна маса.

Ако такава система е оборудвана със специален топлообменник с дюзи, ще се получи HP тип "въздух-вода". Свързан е с водна отоплителна система.

Изпарителят HP от типа "въздух-въздух" или "въздух-вода" може да бъде поставен не на открито, а в изпускателната вентилационна тръба (трябва да бъде принудително). В този случай ефективността на термопомпата ще се увеличи няколко пъти.

Термопомпите от типа "вода-вода" и "почва-вода" използват така наречения външен топлообменник или, както се нарича още, колектор за извличане на топлина.

Схематична схема на термопомпата

Това е дълга контурна тръба, обикновено пластмасова, през която около изпарителя циркулира течна среда. И двата вида термопомпи представляват едно и също устройство: в единия случай колекторът се потапя на дъното на повърхностен резервоар, а във втория - в земята. Кондензаторът на такава термопомпа е разположен в топлообменник, свързан към отоплителната система за топла вода.

Свързването на термопомпи по схемата "вода - вода" е много по-малко трудоемко от "почва - вода", тъй като няма нужда да се извършват земни работи. На дъното на резервоара тръбата е положена под формата на спирала. Разбира се, за тази схема е подходящ само резервоар, който не замръзва на дъното през зимата.

Класификация на термопомпите според характеристиките на средата

Класификацията на термопомпите е доста обемна. Устройствата са разделени според вида на работната течност, принципа на промяна на нейното физическо състояние, използването на преобразуващите устройства, естеството на енергийния носител, необходим за операцията. Като се има предвид, че на пазара има модели с различни комбинации от критерии за класификация, става ясно, че е доста трудно да се изброи всичко. Можете обаче да разгледате основните принципи на груповото разделение.

Инсталацията, дизайнът и крайните характеристики на термопомпата зависят от параметрите на топлинния източник и приемната среда. Днес се предлагат няколко вида инженерни решения.

Въздух-въздух

Термопомпите въздух-въздух са най-често срещаните устройства. Те са компактни и достатъчно прости. Домакинските климатици с режим на отопление работят по механика от този тип. Принципът на действие е прост:

• външен топлообменник се охлажда под температурата на въздуха и отвежда топлината;
• след компресията на входящия фреон в радиатора, температурата му се увеличава значително;
• вентилаторът вътре в стаята, духайки на топлообменника, отоплява стаята.

Извличането на енергия от околната среда не се извършва непременно от външен топлообменник. За тази цел въздух може да се вдухва в уред, разположен в стаята. Ето как работят някои канални системи.

Ако фреонът се компресира и разширява в климатик, тогава във вихровите термопомпи се използва прост въздух. Механиката на работа е подобна: преди да влезе във вътрешния топлообменник, газът се компресира и след като отдели енергия, той се издухва в камерата за екстракция на топлина чрез интензивен поток.

Вихровата термопомпа е голяма масивна инсталация, която работи ефективно само когато температурата на околната среда е висока. Следователно такива системи се инсталират в промишлени цехове, те използват отработените газове на пещите или горещия въздух на основната климатична система като източник на топлина.

Вода-вода

Термопомпата вода-вода работи на същия принцип като другите инсталации. Различни са само предавателните носители. Оборудването е оборудвано с потопяеми сонди, за да се стигне до хоризонта на подпочвените води с положителна температура дори в сурова зима.

В зависимост от нуждите от отопление, термопомпените системи вода-вода могат да бъдат с напълно различни размери. Например, като се започне от няколко сондажа, пробити около частна къща, завършващи с топлообменници с голяма площ, разположени директно в водоносния хоризонт, които се полагат по време на строителната фаза на сградата.

Термопомпите вода-вода се отличават с по-висока производителност и ефективна изходна мощност... Причината е в увеличения топлинен капацитет на течността. Водният слой, в който се намира сондата или топлообменникът, бързо освобождава енергия и поради огромния си обем леко намалява характеристиките си, допринасяйки за стабилната работа на системата. Също така оборудването вода-вода се характеризира с повишена ефективност.

Съвет! При определени условия веригата вода-вода може да се справи без междинни възли под формата на резервоари за съхранение на отоплителната мрежа. Правилно оценявайки съществуващите климатични условия и избирайки мощността на инсталацията, в къщата е монтиран бойлер с термопомпа и е организирана ефективна система за подово отопление.

Вода-въздух, въздух-вода

Комбинираните системи трябва да се избират с особено внимание. В същото време съществуващите климатични условия се оценяват внимателно. Например цикълът на термопомпата вода-въздух има добра ефективност на отопление в региони със силен студ. Системата въздух-вода във връзка с топъл под и бойлер за вторично отопление е в състояние да покаже максимални икономии в райони, където температурата на въздуха рядко пада под -5 ... -10 градуса.

Разтопена (саламура) вода

Термопомпа от този клас е един вид универсална. Може да се използва буквално навсякъде. Индикаторите за неговата полезна топлинна мощност са постоянни и стабилни. Принципът на действие на устройството със солен разтвор се основава на извличането на топлина, преди всичко, от почвата, която има нормални стойности на влага или е подгизнала.

Системата е лесна за инсталиране: за да поставите външни топлообменници, е достатъчно да ги заровите до определена дълбочина. Можете също така да изберете една от опциите за оборудване с газообразна или течна работна течност.

Изчисляването на термопомпа от клас саламура-вода се извършва според нивото на енергийните нужди за отопление. Има много методи за количественото му определяне. Можете да направите най-точното изчисление, като вземете предвид материала на стените на къщата, дизайна на прозорците, естеството на почвата, среднопретеглената температура на въздуха и много други.

Производителите на системи със солена вода предлагат различни опции за модели, които се различават по консумация на енергия на преобразувателния блок, дизайн и размери на външните топлообменници и параметрите на изходната верига. Не е трудно да се избере оптималната термопомпа според предварително съставен списък с изисквания.

Време е по същество да изучаваме чужд опит

Сега почти всеки знае за термопомпите, способни да извличат топлина от околната среда за отопление на сгради и ако не много отдавна потенциален клиент обикновено задава недоумения въпрос „как е възможно това?“, Сега въпросът „как е правилно? Да се ​​направи ? "

Отговорът на този въпрос не е лесен.

В търсене на отговори на многобройните въпроси, които неизбежно възникват при опит за проектиране на отоплителни системи с термопомпи, препоръчително е да се обърнете към опита на специалисти от онези страни, където термопомпите на наземни топлообменници се използват отдавна.

Посещението * на американското изложение AHR EXPO-2008, което беше предприето главно с цел да се получи информация за методите на инженерните изчисления за земни топлообменници, не доведе до преки резултати в тази посока, но на изложението ASHRAE беше продадена книга щанд, някои разпоредби от който послужиха като основа за тези публикации.

Веднага трябва да се каже, че прехвърлянето на американската методология в местната почва не е лесна задача. За американците нещата не са същите като в Европа. Само те измерват времето в същите единици като нас. Всички останали мерни единици са чисто американски или по-скоро британски. Американците не бяха особено щастливи с топлинния поток, който може да се измери както в британските термични единици, отнасящи се до единица време, така и в тонове хладилници, които вероятно са изобретени в Америка.

Основният проблем обаче не беше техническото неудобство от преизчисляването на мерните единици, приети в Съединените щати, към което човек може да свикне с времето, а липсата в споменатата книга на ясна методологична основа за изграждане на изчисление алгоритъм. Твърде много място се дава на рутинните и добре познати методи за изчисление, докато някои важни разпоредби остават напълно неразкрити.

По-специално, такива физически свързани първоначални данни за изчисляване на вертикални земни топлообменници, като температурата на флуида, циркулиращ в топлообменника и коефициента на преобразуване на термопомпата, не могат да бъдат зададени произволно и преди да се пристъпи към изчисленията, свързани с нестабилната топлина трансфер в земята, е необходимо да се определят връзките, свързващи тези параметри.

Критерият за ефективност на термопомпата е коефициентът на преобразуване α, чиято стойност се определя от съотношението на нейната топлинна мощност към мощността на електрическото задвижване на компресора. Тази стойност е функция на точките на кипене tu в изпарителя и tk на кондензацията, а по отношение на термопомпите вода-вода можем да говорим за температурите на течността на изхода от изпарителя t2I и на изхода от кондензатор t2K:

? =? (t2И, t2K). (един)

Анализът на каталожните характеристики на серийните хладилни машини и термопомпите вода-вода даде възможност да се покаже тази функция под формата на диаграма (фиг. 1).

Използвайки диаграмата, е лесно да се определят параметрите на термопомпата в най-началните етапи на проектиране. Очевидно е например, че ако отоплителната система, свързана към термопомпата, е проектирана да захранва отоплителна среда с температура на подаване 50 ° C, тогава максималният възможен коефициент на преобразуване на термопомпата ще бъде около 3,5. В същото време температурата на гликола на изхода на изпарителя не трябва да бъде по-ниска от + 3 ° С, което означава, че ще е необходим скъп наземен топлообменник.

В същото време, ако къщата се отоплява посредством топъл под, топлоносител с температура 35 ° C ще влезе в отоплителната система от кондензатора на термопомпата. В този случай термопомпата ще може да работи по-ефективно, например с коефициент на конверсия 4,3, ако температурата на гликола, охладен в изпарителя, е около –2 ° C.

Използвайки електронни таблици на Excel, можете да изразите функция (1) като уравнение:

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

Ако при желания коефициент на преобразуване и дадена стойност на температурата на охлаждащата течност в отоплителната система, захранвана от термопомпа, е необходимо да се определи температурата на течността, охладена в изпарителя, тогава уравнение (2) може да бъде представено като:

(3)

Можете да изберете температурата на охлаждащата течност в отоплителната система при дадените стойности на коефициента на преобразуване на термопомпата и температурата на течността на изхода на изпарителя, като използвате формулата:

(4)

Във формули (2) ... (4) температурите се изразяват в градуси по Целзий.

След като идентифицирахме тези зависимости, вече можем да преминем директно към американския опит.

Метод за изчисляване на термопомпи

Разбира се, процесът на избор и изчисляване на термопомпа е технически много сложна операция и зависи от индивидуалните характеристики на обекта, но може грубо да се сведе до следните етапи:

Определят се топлинните загуби през обвивката на сградата (стени, тавани, прозорци, врати). Това може да стане чрез прилагане на следното съотношение:

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

tnar - температура на външния въздух (° С);

tvn - вътрешна температура на въздуха (° С);

S е общата площ на всички заграждащи конструкции (m2);

n - коефициент, показващ влиянието на околната среда върху характеристиките на обекта. За помещения в пряк контакт с външната среда през таваните n = 1; за обекти с тавански етажи n = 0,9; ако обектът се намира над мазето n = 0,75;

β е коефициентът на допълнителни топлинни загуби, който зависи от вида на конструкцията и нейното географско местоположение β може да варира от 0,05 до 0,27;

RT - термично съпротивление, се определя от следния израз:

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

δі / λі е изчислен показател за топлопроводимост на материалите, използвани в строителството.

αout е коефициентът на топлинно разсейване на външните повърхности на ограждащите конструкции (W / m2 * оС);

αin - коефициентът на топлинно поглъщане на вътрешните повърхности на ограждащите конструкции (W / m2 * оС);

- Общата топлинна загуба на конструкцията се изчислява по формулата:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, където:

Qi - разход на енергия за отопление на въздуха, влизащ в помещението чрез естествени течове;

Qbp ​​- отделяне на топлина поради функционирането на битовите уреди и човешките дейности.

2. Въз основа на получените данни се изчислява годишното потребление на топлинна енергия за всеки отделен обект:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. пот. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / час годишно.) където:

tвн - препоръчителна температура на въздуха в помещенията;

tnar - температура на външния въздух;

tout.av - средната аритметична стойност на температурата на външния въздух за целия отоплителен сезон;

d е броят на дните от отоплителния период.

3. За пълен анализ ще трябва да изчислите и нивото на топлинна мощност, необходима за отопление на водата:

Qgv = V * 17 (kW / час годишно.) Където:

V е обемът на дневното нагряване на вода до 50 ° С.

Тогава общото потребление на топлинна енергия ще се определи по формулата:

Q = Qgv + Qyear (kW / час годишно.)

Като се вземат предвид получените данни, няма да е трудно да се избере най-подходящата термопомпа за отопление и водоснабдяване. Освен това изчислената мощност ще бъде определена като. Qtn = 1,1 * Q, където:

Qtn = 1,1 * Q, където:

1.1 е корекционен коефициент, показващ възможността за увеличаване на натоварването на термопомпата през периода на критичните температури.

След изчисляване на термопомпите можете да изберете най-подходящата термопомпа, способна да осигури необходимите параметри на микроклимата в помещения с всякакви технически характеристики. И като се има предвид възможността за интегриране на тази система с климатик, топъл под може да се отбележи не само заради функционалността му, но и заради високата му естетическа цена.

Как да си направя термопомпа „направи си сам“?

Цената на термопомпа е доста висока, дори ако не вземете предвид плащането за услугите на специалист, който ще я инсталира. Не всеки има достатъчен финансов капацитетнезабавно да плати за инсталирането на такова оборудване. В тази връзка мнозина започват да задават въпроса, възможно ли е да направите термопомпа със собствените си ръце от скрап? Това е напълно възможно. Освен това по време на работа можете да използвате не нови, а използвани резервни части.
Така че, ако решите да създадете термопомпа със собствените си ръце, преди да започнете работа, трябва:

• проверете състоянието на окабеляването във вашия дом;
• уверете се, че електромерът работи и проверете дали мощността на това устройство е поне 40 ампера.

Първата стъпка е да купете компресор... Можете да го закупите в специализирани компании или като се свържете с сервиз за ремонт на хладилно оборудване. Там можете да закупите компресор от климатик. Той е напълно подходящ за създаване на термопомпа. След това трябва да се фиксира към стената с помощта на скобите L-300.

Сега можете да преминете към следващия етап - производството на кондензатор. За да направите това, трябва да намерите резервоар за вода от неръждаема стомана с обем до 120 литра. Разрязва се наполовина и вътре е монтирана намотка. Можете да го направите сами, като използвате медна тръба от хладилника. Като алтернатива можете да го създадете от медна тръба с малък диаметър.

За да не изпитвате проблеми с производството на бобината, е необходимо да вземете обикновена газова бутилка и навийте медна жица около нея... По време на тази работа е необходимо да се обърне внимание на разстоянието между завоите, което трябва да бъде еднакво. За да фиксирате тръбата в това положение, трябва да използвате алуминиев перфориран ъгъл, който се използва за защита на ъглите на шпакловката. Използвайки намотки, тръбите трябва да бъдат разположени така, че намотките на проводника да са срещу отворите в ъгъла. Това ще осигури еднаква стъпка на завоите, а освен това конструкцията ще бъде доста здрава.

Когато бобината е инсталирана, двете половини на подготвения резервоар са свързани чрез заваряване. В този случай трябва да се внимава за заваряване на резбови връзки.

За да създадете изпарителя, можете да използвате пластмасови съдове за вода с общ обем 60 - 80 литра. Намотката е монтирана в нея от тръба с диаметър ¾ ". За подаване и източване на вода могат да се използват обикновени водопроводни тръби.

На стената с помощта на L-скобата с желания размер фиксиране на изпарителя.

Когато цялата работа приключи, остава само да поканите хладилен специалист. Той ще сглоби системата, ще завари медни тръби и ще изпомпа във фреон.

Типове термопомпи

Термопомпите са разделени на три основни типа според източника на нискокачествена енергия:

• Въздух.
• Грундиране.
• Вода - Източникът може да бъде подпочвена вода и повърхностни водни тела.

За по-често срещаните системи за водно отопление се използват следните видове термопомпи:

Въздух-вода е термопомпа с въздушен тип, която отоплява сграда чрез изтегляне на въздух отвън през външен модул. Работи на принципа на климатик, само че обратното, превръщайки въздушната енергия в топлина. Такава термопомпа не изисква големи инсталационни разходи, не е необходимо да се отрежда парцел за нея и освен това да се пробие кладенец. Ефективността на работа при ниски температури (-25 ° C) обаче намалява и се изисква допълнителен източник на топлинна енергия.

Устройството "подпочвена вода" се отнася до геотермалната енергия и произвежда топлина от земята с помощта на колектор, положен на дълбочина под замръзването на земята. Също така има зависимост от площта на обекта и пейзажа, ако колекторът е разположен хоризонтално. За вертикално разположение ще трябва да пробиете кладенец.

"Вода-вода" се инсталира там, където наблизо има водоем или подземни води. В първия случай резервоарът се полага на дъното на резервоара, във втория се пробива кладенец или няколко, ако площта на площадката позволява.Понякога дълбочината на подпочвените води е твърде дълбока, така че разходите за инсталиране на такава термопомпа могат да бъдат много високи.

Всеки тип термопомпа има свои предимства и недостатъци, ако сградата е далеч от резервоара или подземните води са твърде дълбоки, тогава водата към водата няма да работи. "Въздух-вода" ще бъде от значение само в относително топли региони, където температурата на въздуха през студения сезон не пада под -25 ° C.

Направи си сам инсталация на термопомпа

Сега, когато основната част на системата е готова, остава да я свържете с устройствата за приемане и разпределение на топлината. Тази работа може да се извърши сам. Това не е трудно. Процесът на инсталиране на устройство за приемане на топлина може да бъде различен и до голяма степен зависи от вида на помпата, която ще се използва като част от отоплителната система.

Вертикална помпа тип подземни води

Тук също ще са необходими определени разходи, тъй като когато инсталирате такава помпа, просто не можете да направите без да използвате сондажна машина. Цялата работа започва със създаването на кладенец, чиято дълбочина трябва да бъде 50-150 метра... След това геотермалната сонда се спуска, след което се свързва към помпата.

Хоризонтална помпа тип вода помпа

Когато е инсталирана такава помпа, е необходимо да се използва колектор, образуван от тръбна система. Той трябва да се намира под нивото на замръзване на почвата. Точността и дълбочината на поставяне на колектора до голяма степен зависят от климатичната зона. Първо се премахва почвеният слой. След това тръбите се полагат и след това се засипват със земя.
Можете да използвате друг начин - полагане на отделни тръби за вода в предварително изкопан изкоп. След като сте решили да го използвате, първо трябва да изкопаете траншеи, в които дълбочината трябва да бъде под нивото на замръзване.

Метод за изчисляване на мощността на термопомпа

В допълнение към определянето на оптималния енергиен източник ще е необходимо да се изчисли мощността на термопомпата, необходима за отопление. Това зависи от количеството топлинни загуби в сградата. Нека изчислим мощността на термопомпа за отопление на къща, използвайки конкретен пример.

За това използваме формулата Q = k * V * ∆T, където

• Q е топлинната загуба (kcal / час). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V е обемът на къщата в m3 (площта се умножава по височината на таваните);
• ∆Т е съотношението на минималните температури извън и вътре в помещенията през най-студения период от годината, ° С. Извадете външната част от вътрешната tº;
• k е обобщеният коефициент на топлопреминаване на сградата. За тухлена сграда със зидария в два слоя k = 1; за добре изолирана сграда k = 0,6.

По този начин изчисляването на мощността на термопомпата за отопление на тухлена къща от 100 квадратни метра и височина на тавана от 2,5 м, с ttº разлика от -30º навън до + 20º вътре, ще бъде както следва:

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

12500/860 = 14,53 kW. Тоест за стандартна тухлена къща с площ от 100 м ще е необходимо устройство от 14 киловата.

Потребителят приема избора на вида и мощността на термопомпата въз основа на редица условия:

• географски особености на района (близост до водни тела, наличие на подземни води, свободна зона за колектор);
• особености на климата (температура);
• вид и вътрешен обем на стаята;
• финансови възможности.

Имайки предвид всички горепосочени аспекти, ще можете да направите най-добрия избор на оборудване. За по-ефективен и правилен избор на термопомпа е по-добре да се свържете със специалисти, те ще могат да направят по-подробни изчисления и да осигурят икономическата целесъобразност на инсталирането на оборудването.

Отдавна и много успешно термопомпите се използват в битови и индустриални хладилници и климатици.

Днес тези устройства започнаха да се използват за изпълнение на функция от противоположния характер - отопление на жилище по време на студено време.

Нека да разгледаме как термопомпите се използват за отопление на частни къщи и какво трябва да знаете, за да изчислите правилно всички негови компоненти.

Какво представлява термопомпата, нейният обхват

Техническото определение на термопомпа е устройство за пренос на енергия от една област в друга, като същевременно се повишава ефективността на нейната работа. Тази механика не е трудно да се илюстрира. Нека си представим кофа студена вода и чаша гореща вода. Същото количество енергия се изразходва за нагряването им от определен топлинен знак. Ефективността на прилагането му обаче е различна. Ако в същото време намалите температурата на кофата с вода с 1 градус, получената топлинна енергия може да доведе течността в чашата до почти кипене.

Съгласно тази механика работи термопомпата, с която можете да отоплявате басейна или напълно да осигурите отопление за селска къща. Инсталацията прехвърля топлина от една зона в друга, обикновено отвън на помещението във вътрешността. Има много приложения за тази техника.

1. С определена мощност на термопомпата отоплението на къща става евтино и ефективно.
2. Лесно е да се направи БГВ с термопомпа, като се използват котли за претопляне.
3. С известни усилия и правилен дизайн е възможно да се създаде напълно автономна отоплителна система, захранвана от слънчеви панели.
4. Повечето модели термопомпи са приемлив вариант за подово отопление, използвано като отоплителен кръг.

За да изберете и закупите подходяща система, първо трябва да зададете правилно задачата, пред която е изправена. И едва след това, изложете изискванията за мощност и оценете приемливостта на отделните видове котли за отопление да отговорят на всички нужди.

Пример за изчисление на термопомпа

Ще подберем термопомпа за отоплителната система на едноетажна къща с обща площ 70 кв. м със стандартна височина на тавана (2,5 м), рационална архитектура и топлоизолация на ограждащите конструкции, която отговаря на изискванията на съвременните строителни норми. За отопление 1-во тримесечие. m от такъв обект, съгласно общоприетите стандарти, е необходимо да се харчат 100 W топлина. По този начин, за да отоплявате цялата къща, ще ви трябва:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW топлинна енергия.

Избираме термопомпа на марката "TeploDarom" (модел L-024-WLC) с топлинна мощност W = 7,7 kW. Компресорът на блока консумира N = 2,5 kW електроенергия.

Изчисляване на резервоара

Почвата на мястото, определено за изграждане на колектора, е глинеста, нивото на подпочвените води е високо (приемаме калоричността p = 35 W / m).

Мощността на колектора се определя по формулата:

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

L = 5200/35 = 148,5 м (приблизително).

Въз основа на факта, че е нерационално да се поставя верига с дължина над 100 m поради прекомерно високо хидравлично съпротивление, ние приемаме следното: колекторът на термопомпата ще се състои от две вериги - 100 m и 50 m дължина.

Площта на обекта, която ще трябва да бъде разпределена за колектора, се определя по формулата:

S = L x A,

Където А е стъпката между съседните участъци на контура. Приемаме: A = 0,8 m.

Тогава S = 150 х 0,8 = 120 кв. м.

Ефективност и COP

Това ясно показва, че ¾ от енергията, която получаваме от безплатни източници. (Щракнете за уголемяване)

Първо, нека дефинираме в термини:

• Ефективност - коефициент на ефективност, т.е. колко полезна енергия се получава като процент от енергията, изразходвана за работата на системата;
• COP - коефициент на изпълнение.

Такъв показател като ефективност често се използва за рекламни цели: "Ефективността на нашата помпа е 500%!" Изглежда, че те казват истината - за 1 kW консумирана енергия (за пълната работа на всички системи и блокове) те произвеждат 5 kW топлинна енергия.

Не забравяйте обаче, че ефективността не може да бъде по-висока от 100% (този показател се изчислява за затворени системи), така че би било по-логично да се използва индикатор COP (използван за изчисляване на отворени системи), който показва коефициента на преобразуване на използваната енергия в полезна енергия.

Обикновено COP се измерва в числа от 1 до 7. Колкото по-голям е броят, толкова по-ефективна е термопомпата. В горния пример (при 500% ефективност) COP е 5.

Възвръщаемост на термопомпата

Що се отнася до това колко време отнема на човек да върне парите си, вложени в нещо, това означава колко печеливша е била самата инвестиция. В областта на отоплението всичко е доста трудно, тъй като ние си осигуряваме комфорт и топлина и всички системи са скъпи, но в този случай можете да потърсите такава опция, която да върне изразходваните пари чрез намаляване на разходите по време на използване. И когато започнете да търсите подходящо решение, сравнявате всичко: газов котел, термопомпа или електрически котел. Ще анализираме коя система ще се изплати по-бързо и по-ефективно.

Понятието за възвръщаемост, в този случай, въвеждането на термопомпа за модернизиране на съществуващата система за топлоснабдяване, казано по-просто, може да бъде обяснено по следния начин:

Има една система - индивидуален газов котел, който осигурява автономно отопление и водоснабдяване. Има сплит система климатик, който осигурява една стая със студ. Инсталирани 3 сплит системи в различни стаи.

И има по-икономична усъвършенствана технология - термопомпа, която ще отоплява / охлажда къщи и загрява водата в правилните количества за къща или апартамент. Необходимо е да се определи доколко са се променили общите разходи за оборудване и първоначалните разходи, както и да се прецени колко са намалели годишните оперативни разходи на избраните видове оборудване. И за да се определи колко години, с получените икономии, по-скъпото оборудване ще се изплати. В идеалния случай се сравняват няколко предложени дизайнерски решения и се избира най-рентабилното.

Ние ще извършим изчислението и vyyaski, какъв е периодът на възвръщаемост на термопомпа в Украйна

Нека разгледаме конкретен пример

• Къщата е на 2 етажа, добре изолирана, с обща площ 150 кв. М.
• Система за разпределение на топлина / отопление: схема 1 - подово отопление, схема 2 - радиатори (или вентилаторни конвектори).
• Монтиран е газов котел за отопление и подаване на топла вода (БГВ), например 24kW, двуконтурен.
• Климатична система от сплит системи за 3 стаи от къщата.

Годишни разходи за отопление и отопление на вода

Макс. отоплителна мощност на термопомпа за отопление, kW	19993,59
Макс. консумирана мощност на термопомпа по време на работа за отопление, kW	7283,18

Макс. отоплителна мощност на термопомпа за захранване с топла вода, kW	2133,46
Макс. консумирана мощност на термопомпата при работа с водоснабдяване, kW	866,12

1. Приблизителната цена на котелно помещение с газов котел 24 kW (котел, тръбопроводи, окабеляване, резервоар, метър, монтаж) е около 1000 евро. Климатична система (една сплит система) за такава къща ще струва около 800 евро. Общо с подреждането на котелното помещение, проектни работи, присъединяване към газопроводната мрежа и монтажни работи - 6100 евро.

1. Приблизителната цена на термопомпата Mycond с допълнителна вентилаторна система, монтажни работи и свързване към електрическата мрежа е 6 650 евро.

1. Ръстът на инвестициите е: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 евро (или около 16500 UAH)
2. Намаляването на оперативните разходи е: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Период на изплащане Tocup. = 16500/19608 = 0,84 години!

Лесно използване на термопомпата

Термопомпите са най-универсалното, многофункционално и енергийно ефективно оборудване за отопление на дом, апартамент, офис или търговско съоръжение.

Интелигентната система за управление със седмично или ежедневно програмиране, автоматично превключване на сезонните настройки, поддържане на температурата в къщата, икономични режими, управление на подчинен котел, котел, циркулационни помпи, контрол на температурата в два отоплителни кръга, е най-модерната и усъвършенствана. Инверторен контрол на работата на компресора, вентилатора, помпите, позволява максимално спестяване на енергия.

Предимства на термопомпите и възможността за тяхното инсталиране

Както е посочено в рекламата, основното предимство на термопомпите е ефективността на отоплението. До известна степен това работи. Ако термопомпата има среда за извличане на енергия, която осигурява оптимална температура, инсталацията работи ефективно, разходите за отопление се намаляват с около 70-80%. Винаги обаче има случаи, когато термопомпата може да бъде загуба на пари.

Ефективността на термопомпата се определя от следните технологични характеристики:

• параметърът на граничната граница за намаляване на температурата от работната течност;
• минималната разлика в температурите на външния топлообменник и околната среда, при която извличането на топлина е изключително малко;
• нивото на потребление на енергия и полезна топлинна мощност.

Възможността за използване на термопомпа зависи от няколко фактора.

1. Области, в които подобно оборудване не показва добри резултати, са региони с мразовита зима и ниски средни дневни температури. В този случай термопомпата просто не е в състояние да отнеме достатъчно топлина от околната среда, приближавайки се до зоната на нулева ефективност. На първо място, това се отнася за системите въздух-въздух.
2. С увеличаване на обема на отопляемото пространство технологичните параметри на термопомпата се увеличават почти експоненциално. Топлообменниците стават все по-големи, размерът и броят на потапящите сонди във вода или земя се увеличават. В определен момент разходите за термопомпа за отопление, необходимите разходи за нейното инсталиране и поддръжка, както и заплащане на консумираната мощност, стават просто нерационални инвестиции. Много по-евтино е да се създаде класическа схема за отопление на газ с котел.
3. Колкото по-сложна е системата, толкова по-скъпо и проблематично е да я поправите в случай на повреда. Това е отрицателно допълнение към размера на отопляемата площ и характеристиките на климатичната зона.

Съвет! Като цяло използването на термопомпа като единствен източник на топлина за дома може да се разглежда само в ограничен брой ситуации. Винаги е разумно да използвате цялостна система за поддръжка. Тук броят на възможните комбинации е ограничен само от наличните енергийни източници и финансовите възможности на собственика.

Класиката е термопомпа и котел на газ / твърдо гориво, работещи заедно. Идеята е проста: продуктите от изгарянето на гориво се изхвърлят през широка тръба. В него се помещава топлообменникът. В системата за отопление и водоснабдяване са монтирани резервоари за съхранение и котел за индиректно отопление. Оборудването (котел и помпа) се активира едновременно, когато температурата на течността в разпределителната мрежа спадне. Работейки по двойки, те почти напълно оползотворяват енергията на горивото за горене, показвайки показатели за ефективност, близки до максимума.

Системата с адаптация към характеристиките на околната среда се основава на термопомпа, вентилаторен блок, топлинен пистолет от всякакъв клас. При достатъчно висока температура на въздуха отвън (до -5 ... -10 градуса по Целзий), термопомпата работи нормално, осигурявайки достатъчна изходна мощност за отопление. Конструктивната характеристика на системата е разположението на външния топлообменник в отделен вентилационен канал. Когато външната температура падне под оптималната граница, подаваният въздух се нагрява от топлинен пистолет (дизелов, електрически или газов).

Особено си струва да се отбележи: повечето схеми, които предвиждат адаптиране към температурата на въздуха или стабилизиране на работните параметри на термопомпата, се прилагат за устройства въздух-въздух и въздух-вода. Други системи, поради външните топлообменници, изолирани в земята или водата, не позволяват създаването на такива "оранжерийни" условия на работа.

Работа на термопомпата при работа по схемата подземни води

Колекторът може да бъде погребан по три начина.

Хоризонтална опция

Тръбите се полагат в окопи като змия на дълбочина, надвишаваща дълбочината на замръзване на почвата (средно - от 1 до 1,5 m).
Такъв колектор ще изисква парцел с достатъчно голяма площ, но всеки собственик на жилище може да го построи - не са необходими никакви умения, различни от способността за работа с лопата.

Трябва обаче да се има предвид, че изграждането на топлообменник на ръка е доста трудоемък процес.

Вертикална опция

Резервоарните тръби под формата на бримки с формата на буквата „U“ са потопени в кладенци с дълбочина от 20 до 100 м. Ако е необходимо, могат да бъдат изградени няколко такива кладенци. След инсталирането на тръбите кладенците се запълват с циментов разтвор.

Предимството на вертикалния колектор е, че за изграждането му е необходима много малка площ. Само че няма как сами да пробивате кладенци с дълбочина повече от 20 м - ще трябва да наемете екип от сондажи.

Комбинирана опция

Този колектор може да се счита за своеобразен хоризонтал, но за изграждането му е необходимо много по-малко пространство.
На мястото е изкопан кръгъл кладенец с дълбочина 2 m.

Тръбите на топлообменника са положени спирално, така че веригата да е като вертикално монтирана пружина.

След приключване на монтажните работи кладенецът се пълни. Както при хоризонталния топлообменник, цялото необходимо количество работа може да се извърши на ръка.

Колекторът се пълни с антифриз - разтвор на антифриз или етилен гликол. За да се осигури циркулацията му, във веригата се врязва специална помпа. След като абсорбира топлината на почвата, антифризът отива към изпарителя, където се извършва топлообмен между него и хладилния агент.

Трябва да се има предвид, че неограниченото извличане на топлина от почвата, особено когато колекторът е разположен вертикално, може да доведе до нежелани последици за геологията и екологията на обекта. Поради това през летния период е много желателно да се работи с термопомпата от типа „почва - вода“ в обратен режим - климатизация.

Газовата отоплителна система има много предимства и едно от основните е ниската цена на газа. Как да оборудвате отоплението на дома с газ, ще бъдете подканени от схемата за отопление на частна къща с газов котел. Обмислете изискванията за проектиране и подмяна на отоплителната система.

Прочетете за характеристиките на избора на слънчеви панели за отопление на дома в тази тема.

Как да изчислим и изберем термопомпа

Изчисляване и проектиране на термопомпи

Как да изчислим и изберем термопомпа.

Както знаете, термопомпите използват безплатни възобновяеми енергийни източници: нискокачествена топлина на въздух, почва, подземни, открити незамръзващи водни тела, отпадъци и отпадъчни води и въздух, както и отпадъчна топлина от технологични предприятия. За да се събере това, се консумира електричество, но съотношението между количеството получена топлинна енергия и количеството консумирана електроенергия е около 3–7 пъти.

Ако говорим само за източниците на нискокачествена топлина около нас за целите на отоплението, това е; външен въздух с температура от –3 до +15 ° С, въздух, отстранен от помещението (15–25 ° С), подпочвените (4–10 ° С) и подпочвените (около 10 ° C) води, езерните и речните води ( 5–10 ° С), земна повърхност (под точката на замръзване) (3–9 ° С) и дълбока почва (повече от 6 m - 8 ° C).

Извличане на топлина от околната среда (вътрешен квартал).

Течен хладилен агент се изпомпва в изпарителя при ниско налягане. Термичното ниво на температурите около изпарителя е по-високо от съответната точка на кипене на работната среда (хладилният агент е избран така, че да може да ври дори при минусови температури). Поради тази температурна разлика топлината се пренася в околната среда, в работната среда, която при тези температури кипи и се изпарява (превръща се в пара). Необходимата за това топлина се взема от някой от гореизброените нискокачествени топлинни източници.

Научете повече за възобновяемите енергийни източници

Ако за източник на топлина е избран атмосферен или вентилационен въздух, се използват термопомпи, работещи по схемата "въздух-вода". Помпата може да бъде разположена на закрито или на открито, с вграден или дистанционен кондензатор. Въздухът се издухва през топлообменника (изпарителя) с помощта на вентилатор.

Като източник на нискокачествена топлинна енергия могат да се използват подпочвени води с относително ниска температура или почвата на повърхностните слоеве на земята. Топлинното съдържание на почвената маса обикновено е по-високо. Термичният режим на почвата на повърхностните слоеве на земята се формира под въздействието на два основни фактора - падащата на повърхността слънчева радиация и потокът на радиогенна топлина от земните недра. Сезонните и ежедневни промени в интензивността на слънчевата радиация и температурата на външния въздух предизвикват колебания в температурата на горните слоеве на почвата. Дълбочината на проникване на ежедневните колебания в температурата на външния въздух и интензивността на падащата слънчева радиация, в зависимост от конкретните почвени и климатични условия, варира от няколко десетки сантиметра до един и половина метра. Дълбочината на проникване на сезонните колебания във външната температура на въздуха и интензивността на падащата слънчева радиация по правило не надвишава 15–20 m.

Видове хоризонтални топлообменници:

- топлообменник, направен от последователно свързани тръби; - топлообменник, направен от паралелно свързани тръби; - хоризонтален колектор, положен в изкоп; - топлообменник под формата на контур; - топлообменник под формата на спирала, разположен хоризонтално (т. нар. "хлъзгав" колектор); - топлообменник под формата на спирала, разположен вертикално.

Водата акумулира добре слънчевата топлина. Дори в студения зимен период подпочвените води имат постоянна температура от +7 до + 12 ° C. Това е предимството на този източник на топлина. Поради постоянното ниво на температурата, този източник на топлина има висока степен на преобразуване през термопомпата през цялата година. За съжаление, навсякъде няма достатъчно подземни води. Когато се използва като източник на подпочвени води, захранването се извършва от кладенеца с помощта на потопяема помпа към входа към топлообменника (изпарителя) на термопомпата, работеща според системата „вода-вода / отворена ”Схема, от изхода на топлообменника, водата или се изпомпва в друг кладенец, или се изхвърля във водоем. Предимството на отворените системи е възможността за получаване на голямо количество топлинна енергия при относително ниски разходи. Кладенците обаче изискват поддръжка. Освен това използването на такива системи не е възможно във всички области. Основните изисквания към почвата и подземните води са както следва:

- достатъчна водопропускливост на почвата, позволяваща попълване на запасите от вода; - добър химичен състав на подпочвените води (напр. ниско съдържание на желязо), за да се избегнат проблеми, свързани с образуването на отлагания по стените на тръбите и корозия.

Отворените системи се използват по-често за отопление или охлаждане на големи сгради. Най-голямата геотермална система за пренос на топлина в света използва подземните води като източник на нискокачествена топлинна енергия. Тази система се намира в Луисвил, Кентъки, САЩ. Системата се използва за топло- и студено захранване на хотелския и офис комплекс; неговият капацитет е приблизително 10 MW.

Нека вземем друг източник - резервоар, на дъното му можете да поставите контури от пластмасова тръба, схемата "вода-вода / затворена система". По тръбопровода циркулира разтвор на етилен гликол (антифриз), който предава топлината към хладилния агент чрез топлообменника (изпарителя) на термопомпата.

Почвата има способността да акумулира слънчева енергия за дълъг период от време, което осигурява относително еднаква температура на топлинния източник през цялата година и по този начин висок коефициент на преобразуване на термопомпата.Температурата в горния слой на почвата варира в зависимост от сезона. Под точката на замръзване тези температурни колебания са значително намалени. Топлината, натрупана в земята, се възстановява посредством хоризонтално затворени топлообменници, наричани още земни колектори, или чрез вертикално положени топлообменници, така наречените геотермални сонди. Топлината на околната среда се пренася от смес от вода и етиленгликол (саламура или среда), чиято точка на замръзване трябва да бъде приблизително -13 ° C (вземете предвид данните на производителя). Благодарение на това, саламурата не замръзва по време на работа.

Това означава, че има две възможности за получаване на нискокачествена топлина от почвата. Хоризонтално полагане на пластмасови тръби в изкопи с дълбочина 1,3–1,7 m, в зависимост от климатичните условия на района, или вертикални кладенци с дълбочина 20–100 m. Тръбите могат да се полагат в изкопи под формата на спирали, но с дълбочина на полагане 2 - 4 м, това значително ще намали общата дължина на окопите. Максималният топлообмен на повърхностната почва е от 7 до 25 W с lp.p., от геотермалната 20-50 W с l.p. Според производствените компании, експлоатационният живот на траншеите и кладенците е над 100 години.

Малко повече за вертикалните земни топлообменници.

От 1986 г. в Швейцария, близо до Цюрих, се провеждат проучвания върху система с вертикални наземни топлообменници [4]. В почвения масив е монтиран вертикален наземен коаксиален топлообменник с дълбочина 105 м. Този топлообменник е използван като източник на нискокачествена топлинна енергия за система за пренос на топлина, инсталирана в еднофамилна жилищна сграда. Вертикалният земен топлообменник осигурява върхова мощност от приблизително 70 вата на метър дължина, което създава значително топлинно натоварване върху околната почвена маса. Годишното производство на топлина е около 13 MWh.

На разстояние 0,5 и 1 m от главния кладенец бяха пробити две допълнителни кладенци, в които бяха монтирани температурни сензори на дълбочина 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 и 105 m, след което кладенците са пълнени глинесто-циментова смес. Температурата се измерва на всеки тридесет минути. В допълнение към температурата на почвата бяха записани и други параметри: скоростта на движение на охлаждащата течност, консумацията на енергия на задвижването на компресора, температурата на въздуха и т.н.

Първият период на наблюдение продължи от 1986 до 1991 година. Измерванията показват, че влиянието на топлината на външния въздух и слънчевата радиация се наблюдава в повърхностния слой на почвата на дълбочина 15 м. Под това ниво топлинният режим на почвата се формира главно поради топлината на вътрешността на земята. През първите 2-3 години работа температурата на почвената маса, заобикаляща вертикалния топлообменник, рязко спадна, но всяка година спадането на температурата намалява и след няколко години системата влезе в режим, близък до постоянен, когато температурата почвената маса около топлообменника стана 1 -2 ° C.

През есента на 1996 г., десет години след началото на експлоатацията на системата, измерванията бяха възобновени. Тези измервания показаха, че температурата на почвата не се е променила значително. През следващите години са регистрирани леки колебания в температурата на земята в диапазона от 0,5 ° C, в зависимост от годишното натоварване на отоплението. По този начин системата достигна квазистационарен режим след първите няколко години на работа.

Въз основа на експерименталните данни бяха изградени математически модели на процесите, протичащи в почвения масив, което даде възможност да се направи дългосрочна прогноза за промените в температурата на почвения масив.

Математическото моделиране показа, че годишното понижаване на температурата постепенно ще намалява и обемът на почвената маса около топлообменника, при условие на понижаване на температурата, ще се увеличава всяка година.В края на работния период започва процесът на регенерация: температурата на почвата започва да се повишава. Характерът на процеса на регенерация е подобен на естеството на процеса на "извличане" на топлина: през първите години на експлоатация се наблюдава рязко повишаване на температурата на почвата, а през следващите години скоростта на покачване на температурата намалява. Продължителността на периода на "регенериране" зависи от продължителността на работния период. Тези два периода са приблизително еднакви. В този случай периодът на работа на наземния топлообменник е бил тридесет години, а периодът на "регенерация" също се оценява на тридесет години.

По този начин отоплителните и охладителните системи за сгради, които използват нискокачествена топлина от земята, представляват надежден източник на енергия, който може да се използва навсякъде. Този източник може да се използва достатъчно дълго време и може да бъде подновен в края на работния период.

Изчисляване на хоризонталния колектор на термопомпа

Отвеждането на топлина от всеки метър на тръбата зависи от много параметри: дълбочината на монтажа, наличието на подпочвени води, качеството на почвата и т.н. Приблизително може да се счита, че за хоризонтални колектори това е 20 W.m.p. По-точно: сух пясък - 10, суха глина - 20, мокра глина - 25, глина с високо съдържание на вода - 35 W.m.p. Разликата в температурата на охлаждащата течност в директните и връщащите линии на контура при изчисленията обикновено се приема като 3 ° C. На мястото на колектора сградите не трябва да се издигат така, че топлината на земята, т.е. нашият енергиен източник беше попълнен с енергия от слънчевата радиация.

Минималното разстояние между положените тръби трябва да бъде най-малко 0,7–0,8 м. Дължината на един изкоп може да варира от 30 до 150 м. Важно е дължините на свързаните вериги да са приблизително еднакви. Препоръчва се да се използва разтвор на етилен гликол (среда) с точка на замръзване приблизително -13 ° C като нагревателна среда в първи контур. При изчисленията трябва да се вземе предвид, че топлинният капацитет на разтвора при температура 0 ° C е 3,7 kJ / (kg K), а плътността е 1,05 g / cm3. Когато се използва среда, загубата на налягане в тръбите е 1,5 пъти по-голяма, отколкото при циркулиране на вода. За да се изчислят параметрите на първи контур на инсталацията на термопомпата, ще е необходимо да се определи дебитът на средата:

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

Където .T - температурната разлика между захранващия и връщащия тръбопровод, която често се приема за 3 oK. Тогава Qo - топлинна мощност, получена от източник с нисък потенциал (земя). Последната стойност се изчислява като разлика между общата мощност на термопомпата Qwp и електрическата мощност, изразходвана за отопление на хладилния агент. P:

Qo = Qwp - P, kW.

Обща дължина на колекторните тръби L и общата площ на сайта за него A изчислява се по формулите:

L = Qo / q,

A = L da.

Тук q - специфично (от 1 м тръба) отнемане на топлина; да - разстояние между тръбите (стъпка на полагане).

Пример за изчисление. Топлинна помпа.

Първоначални условия: потребление на топлина за вила с площ 120–240 м2 (на базата на топлинни загуби, като се вземе предвид проникването) - 13 kW; температурата на водата в отоплителната система се приема за 35 ° C (подово отопление); минималната температура на охлаждащата течност на изхода към изпарителя е 0 ° С. За отопление на сградата е избрана 14,5 kW термопомпа от съществуващата техническа гама оборудване, като се вземат предвид загубите върху вискозитета на средата, при извличане и пренос на топлинна енергия от земята е 3,22 kW. Отнемане на топлина от повърхностния слой на почвата (суха глина), q е равно на 20 W / m.p. В съответствие с формулите изчисляваме:

1) необходимата топлинна мощност на колектора Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) обща дължина на тръбата L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. За да организирате такъв колектор, ще ви трябват 6 вериги с дължина 100 m;

3) със стъпка на полагане от 0,75 m, необходимата площ на площадката A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) общ заряд на разтвор на етилен гликол Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 м3, в една верига е равно на 0,58 м3.

За колекторното устройство избираме пластмасова тръба със стандартен размер 32x3. Загубата на налягане в него ще бъде 45 Pa / m.p.; съпротивлението на една верига е приблизително 7 kPa; дебит на охлаждащата течност - 0,3 m / s.

Изчисление на сондата

Когато се използват вертикални кладенци с дълбочина от 20 до 100 м, в тях се потапят U-образни пластмасови тръби (с диаметър от 32 мм). По правило в една ямка се вкарват две бримки, пълни с суспензионен разтвор. Средно специфичната топлинна мощност на такава сонда може да се приеме равна на 50 W / m.p. Можете също така да се съсредоточите върху следните данни за топлинната мощност:

- сухи седиментни скали - 20 W / m; - камениста почва и наситени с вода седиментни скали - 50 W / m; - скали с висока топлопроводимост - 70 W / m; - подземни води - 80 W / m.

Температурата на почвата на дълбочина над 15 m е постоянна и е приблизително +9 ° С. Разстоянието между кладенците трябва да бъде повече от 5 м. Ако има подземни течения, кладенците трябва да бъдат разположени на линия, перпендикулярна на потока.

Изборът на диаметри на тръбите се извършва въз основа на загубата на налягане за необходимия дебит на охлаждащата течност. Изчисляването на дебита на течността може да се извърши за t = 5 ° С.

Пример за изчисление.

Първоначалните данни са същите като при горното изчисление на хоризонталния резервоар. При специфична топлинна мощност на сондата от 50 W / m и необходима мощност от 11,28 kW, дължината на сондата L трябва да бъде 225 m.

За да настроите колектор, е необходимо да пробиете три кладенци с дълбочина 75 м. Във всеки от тях поставяме два контура от тръба 32x3; общо - 6 вериги, по 150 м всяка.

Общият дебит на охлаждащата течност при .t = 5 ° С ще бъде 2,1 m3 / h; дебит през една верига - 0,35 м3 / ч. Веригите ще имат следните хидравлични характеристики: загуба на налягане в тръбата - 96 Pa / m (топлоносител - 25% разтвор на етилен гликол); съпротивление на контура - 14,4 kPa; скорост на потока - 0,3 m / s.

Избор на оборудване

Тъй като температурата на антифриза може да варира (от –5 до +20 ° C), е необходим хидравличен разширителен резервоар в първи контур на блока на термопомпата.

Също така се препоръчва да се монтира резервоар за съхранение на отоплителната (кондензираща) линия на термопомпата: компресорът на термопомпата работи в режим на изключване. Твърде честото пускане може да доведе до ускорено износване на частите му. Резервоарът е полезен и като акумулатор на енергия - в случай на прекъсване на електрозахранването. Минималният му обем се взема в размер на 20-30 литра на 1 kW мощност на термопомпата.

Когато се използва бивалентност, втори източник на енергия (електрически, газов, течен или котел на твърдо гориво), той е свързан към веригата чрез акумулаторен резервоар, който също е термохидродистрибутор, активирането на котела се контролира от термопомпа или горното ниво на системата за автоматизация.

В случай на възможни прекъсвания на електрозахранването, мощността на инсталираната термопомпа може да бъде увеличена с коефициент, изчислен по формулата: f = 24 / (24 - t изключено), където t off е продължителността на спирането на електрозахранването.

В случай на възможно спиране на тока за 4 часа, този коефициент ще бъде равен на 1,2.

Мощността на термопомпата може да бъде избрана въз основа на моновалентен или бивалентен режим на нейната работа. В първия случай се приема, че термопомпата се използва като единствен генератор на топлинна енергия.

Трябва да се има предвид: дори у нас продължителността на периодите с ниски температури на въздуха е малка част от отоплителния сезон. Например за централния регион на Русия времето, когато температурата падне под –10 ° С, е само 900 часа (38 дни), докато продължителността на самия сезон е 5112 часа, а средната януарска температура е приблизително –10 ° С. Следователно най-целесъобразно е работата на термопомпата в бивалентен режим, като се предвижда включването на допълнителен източник по време на периоди, когато температурата на въздуха падне под определена: –5 ° С - в южните райони на Русия, - 10 ° С - в централните. Това дава възможност да се намалят разходите за термопомпата и особено за работата по монтажа на първи контур (полагане на траншеи, сондажни кладенци и др.), Което значително се увеличава с увеличаване на капацитета на инсталацията.

В Централния регион на Русия, за груба оценка при избора на термопомпа, работеща в бивалентен режим, може да се съсредоточи върху съотношението 70/30: 70% от потребността от топлина се покрива от термопомпата, а останалите 30 - от електрически или друг източник на топлинна енергия. В южните региони съотношението на мощността на термопомпата и допълнителния източник на топлина, което често се използва в Западна Европа, може да бъде ориентирано: 50 до 50.

За вила с площ от 200 м2 за 4 души с топлинна загуба от 70 W / m2 (изчислена за –28 ° C външна температура на въздуха), потреблението на топлина ще бъде 14 kW. Към тази стойност добавете 700 W за приготвяне на битова гореща вода. В резултат на това необходимата мощност на термопомпата ще бъде 14,7 kW.

Ако има възможност за временно прекъсване на електрозахранването, трябва да увеличите този брой със съответния коефициент. Да кажем, че дневното време за изключване е 4 часа, тогава мощността на термопомпата трябва да бъде 17,6 kW (коефициентът на умножение е 1,2). В случай на моновалентен режим, можете да изберете термопомпа земя-вода с мощност 17,1 kW, консумираща 6,0 kW електричество.

За бивалентна система с допълнителен електрически нагревател и температура на подаване на студена вода 10 ° C за необходимостта от получаване на топла вода и коефициент на безопасност, мощността на термопомпата трябва да бъде 11,4 W, а мощността на електрическия котел - 6,2 kW (общо - 17,6) ... Пиковата електрическа мощност, консумирана от системата, ще бъде 9,7 kW.

Приблизителните разходи за консумирана електроенергия за сезон, когато термопомпата работи в моновалентен режим, ще бъдат 500 рубли, а в бивалентен режим при температури под (-10 ° C) - 12500. Цената на енергийния носител при използване само на подходящият котел ще бъде: електричество - 42 000, дизелово гориво - 25 000 и газ - около 8 000 рубли. (при наличие на доставена тръба и ниски цени на газа в Русия). Понастоящем, за нашите условия, по отношение на ефективността на работа, термопомпата може да бъде сравнявана само с газов котел от нови серии и по отношение на експлоатационните разходи, трайността, безопасността (не се изисква котелно помещение) и екологичността, той надминава всички останали видове производство на топлинна енергия.

Имайте предвид, че когато инсталирате термопомпи, на първо място, трябва да се погрижите за изолацията на сградата и инсталирането на прозорци с двоен стъклопакет с ниска топлопроводимост, което ще намали топлинните загуби на сградата, а оттам и разходите за работа и оборудване.

https://www.patlah.ru

© "Енциклопедия на технологиите и техниките" Патлах В.В. 1993-2007

Изчисляване на хоризонталния колектор на термопомпа

Ефективността на хоризонтален колектор зависи от температурата на средата, в която е потопен, топлопроводимостта му и площта на контакт с повърхността на тръбата. Методът на изчисление е доста сложен, поради което в повечето случаи се използват усреднени данни.

Смята се, че всеки метър от топлообменника осигурява на HP следната топлинна мощност:

• 10 W - при погребване в суха пясъчна или камениста почва;
• 20 W - в суха глинеста почва;
• 25 W - във влажна глинеста почва;
• 35 W - в много влажна глинеста почва.

По този начин, за да се изчисли дължината на колектора (L), необходимата топлинна мощност (Q) трябва да бъде разделена на калоричността на почвата (p):

L = Q / p.

Посочените стойности могат да се считат за валидни само ако са изпълнени следните условия:

• Парцелът над колектора не е застроен, не е засенчен или засаден с дървета или храсти.
• Разстоянието между съседни завои на спиралата или участъци на "змията" е най-малко 0,7 m.

Как работят термопомпите

Всяка термопомпа има работна среда, наречена хладилен агент. Обикновено фреонът действа в това си качество, по-рядко амоняк. Самото устройство се състои само от три компонента:

Изпарителят и кондензаторът са два резервоара, които приличат на дълги извити тръби - намотки.Кондензаторът е свързан в единия край към изхода на компресора, а изпарителят към входа. Краищата на намотките са съединени и на кръстовището между тях е монтиран клапан за намаляване на налягането. Изпарителят е в контакт - директно или индиректно - с източника, а кондензаторът е в контакт с отоплителната или БГВ системата.

Как работи термопомпата

Операцията на HP се основава на взаимозависимостта на обема на газа, налягането и температурата. Ето какво се случва вътре в уреда:

1. Амонякът, фреонът или друг хладилен агент, движейки се по изпарителя, се загрява от източника, например, до температура от +5 градуса.
2. След като премине през изпарителя, газът достига компресора, който го изпомпва до кондензатора.
3. Разреденият от компресора хладилен агент се задържа в кондензатора чрез редуциращ клапан, така че налягането му тук е по-високо, отколкото в изпарителя. Както знаете, с увеличаване на налягането температурата на всеки газ се увеличава. Точно това се случва с хладилния агент - той загрява до 60 - 70 градуса. Тъй като кондензаторът се измива от охлаждащата течност, циркулираща в отоплителната система, последният също се загрява.
4. Хладилният агент се изпуска на малки порции през редуциращия клапан към изпарителя, където налягането му отново спада. Газът се разширява и охлажда и тъй като част от вътрешната му енергия е загубена в резултат на топлообмен на предишния етап, температурата му пада под първоначалните +5 градуса. След изпарителя той отново се загрява, след това се изпомпва в кондензатора от компресора - и така в кръг. Научно този процес се нарича цикъл на Карно.

Но термопомпата все още остава много печеливша: за всеки изразходван kW * h електроенергия е възможно да се получат от 3 до 5 kW * h топлина.

Пестене на енергия

Използването на алтернативни енергийни източници днес е приоритетна задача за почти всички сфери на съвременната човешка дейност. Активното използване на вятър, вода, слънчева енергия позволява не само значително да намали цената на финансовите ресурси при изпълнението на всички видове технологични операции, но също така има благоприятен ефект върху състоянието на околната среда (свързано с намаляване на емисиите на замърсителите в атмосферата).

Подобна тенденция се наблюдава и в жилищния сектор, с оглед на което слънчевите колектори, вятърните генератори, икономичните топлинни генератори все повече се използват за създаване на благоприятни условия за живот, както и се предприемат мерки за повишаване нивото на топлоизолация на всички елементи на структурата.

Много ефективна мярка от икономическа гледна точка е използването на термопомпи - геотермални енергийни източници. По принцип термопомпите са проектирани по такъв начин, че да могат да извличат топлина буквално малко по малко от околната среда и едва след това да я трансформират и насочват към мястото на директната употреба. Въздухът, водата, почвата могат да действат като енергийни източници за термопомпа, докато целият процес се реализира поради физическите свойства на някои вещества (хладилни агенти) да кипят при ниски температури.

По този начин разходите на традиционните ресурси за работата на представения топлогенератор са свързани само с транспортирането на енергия, докато основната му част е включена отвън. Поради фундаменталните характеристики на термопомпите, коефициентът на тяхната производителност може да достигне 3-5 единици, т.е. изразходвайки 100 W електрическа енергия за работата на термопомпата, можете да получите до 0,5 kW топлинна мощност.