Proračun dizalica topline: Dizalice topline i sustavi za uštedu energije: GK Informtech

Vrste izvedbi dizalica topline

Tip toplinske pumpe obično se označava frazom koja označava izvorni medij i nosač topline sustava grijanja.
Postoje sljedeće sorte:

• TN "zrak - zrak";
• TN "zrak - voda";
• TN "tlo - voda";
• TH "voda - voda".

Prva opcija je konvencionalni split sustav koji radi u načinu grijanja. Isparivač je postavljen na otvorenom, a unutar kuće ugrađena je jedinica s kondenzatorom. Potonji puše ventilator, zbog čega se u sobu dovodi topla zračna masa.

Ako je takav sustav opremljen posebnim izmjenjivačem topline s mlaznicama, dobit će se HP tip "zrak-voda". Spojen je na sustav grijanja vode.

HP-ov isparivač tipa "zrak-zrak" ili "zrak-voda" može se postaviti ne vani, već u ispušni ventilacijski kanal (mora biti prisiljen). U tom će se slučaju učinkovitost toplinske pumpe povećati nekoliko puta.

Toplinske pumpe tipa "voda-voda" i "tlo-voda" koriste takozvani vanjski izmjenjivač topline ili, kako se još naziva, kolektor za izdvajanje topline.

Shematski dijagram dizalice topline

Ovo je duga petljasta cijev, obično plastična, kroz koju tekući medij cirkulira oko isparivača. Obje vrste dizalica topline predstavljaju isti uređaj: u jednom slučaju, kolektor je uronjen na dno površinskog spremnika, au drugom - u zemlju. Kondenzator takve dizalice topline nalazi se u izmjenjivaču topline spojenom na sustav grijanja tople vode.

Spajanje dizalica topline prema shemi "voda - voda" mnogo je manje naporno od "tla - vode", jer nema potrebe za izvođenjem zemljanih radova. Na dnu rezervoara cijev je položena u obliku spirale. Naravno, za ovu shemu prikladan je samo spremnik koji se zimi ne smrzava na dno.

Razvrstavanje dizalica topline prema karakteristikama medija

Klasifikacija dizalica topline prilično je opsežna. Uređaji su podijeljeni prema vrsti radne tekućine, principu promjene njezinog fizičkog stanja, upotrebi uređaja za pretvorbu, prirodi nosača energije potrebne za rad. Uzimajući u obzir da na tržištu postoje modeli s raznim kombinacijama klasifikacijskih kriterija, postaje jasno da je prilično teško sve nabrojati. Međutim, možete razmotriti osnovne principe podjele grupa.

Instalacija, dizajn i konačne karakteristike dizalice topline ovise o parametrima izvora topline i medija primatelja. Danas se nudi nekoliko vrsta inženjerskih rješenja.

Zrak-zrak

Dizalice topline zrak-zrak najčešći su uređaji. Oni su dovoljno kompaktni i jednostavni. Klima uređaji za kućanstvo s načinom grijanja rade na mehaničarima ove vrste. Princip rada je jednostavan:

• vanjski izmjenjivač topline hladi se ispod temperature zraka i uklanja toplinu;
• nakon kompresije dolaznog freona u radijator, njegova temperatura se uvelike povećava;
• ventilator u sobi, pušeći na izmjenjivač topline, zagrijava sobu.

Vađenje energije iz okoliša ne mora nužno provoditi vanjski izmjenjivač topline. U tu svrhu zrak se može upuhivati ​​u jedinicu koja se nalazi u sobi. Tako rade neki kanalski sustavi.

Ako se freon komprimira i proširi u klima uređaju, tada se u vrtložnim dizalicama topline koristi jednostavni zrak. Mehanika rada je slična: prije ulaska u unutarnji izmjenjivač topline plin se komprimira i nakon što preda energiju, intenzivnim protokom upuhuje u komoru za odvođenje topline.

Vrtložna dizalica topline velika je, masivna instalacija koja djeluje učinkovito samo kada je temperatura okoline visoka. Stoga se takvi sustavi instaliraju u industrijskim radionicama, oni koriste ispušne plinove peći ili vrući zrak glavnog klimatizacijskog sustava kao izvor topline.

Voda-voda

Dizalica topline voda-voda radi na istom principu kao i ostale instalacije. Samo su prijenosni mediji različiti. Oprema je opremljena podvodnim sondama kako bi se do horizonta podzemne vode s pozitivnom temperaturom došlo čak i po oštroj zimi.

Ovisno o potrebama za grijanjem, sustavi dizalica topline voda-voda mogu biti potpuno različitih veličina. Na primjer, počevši od nekoliko bušotina izbušenih oko privatne kuće, završavajući izmjenjivačima topline velikih površina smještenih izravno u vodonosnom sloju, koji su položeni tijekom faze izgradnje zgrade.

Dizalice topline voda-voda odlikuju se većom produktivnošću i efektivnom izlaznom snagom... Razlog je povećani toplinski kapacitet tekućine. Vodeni sloj u kojem se nalazi sonda ili izmjenjivač topline brzo oslobađa energiju, a zbog svog ogromnog volumena blago smanjuje svoje karakteristike, pridonoseći stabilnom radu sustava. Također, opremu voda-voda karakterizira povećana učinkovitost.

Savjet! Pod određenim uvjetima, krug voda-voda može bez međučvorova u obliku spremnika za mrežu grijanja. Ispravno procjenjujući postojeće klimatske uvjete i odabirući snagu instalacije, u kuću se ugrađuje bojler s dizalicom topline i organizira učinkovit sustav podnog grijanja.

Voda-zrak, zrak-voda

Kombinirani sustavi moraju se birati s posebnom pažnjom. Istodobno se pažljivo procjenjuju postojeći klimatski uvjeti. Na primjer, ciklus dizalice topline voda-zrak ima dobru učinkovitost grijanja u regijama s jakim mrazom. Sustav zrak-voda u kombinaciji s toplim podom i spremnikom za sekundarno grijanje može pokazati maksimalne uštede u područjima gdje temperatura zraka rijetko pada ispod -5 ... -10 stupnjeva.

Otopiti (salamuru) -vodu

Toplinska pumpa ove klase svojevrsna je univerzalnost. Može se koristiti doslovno svugdje. Pokazatelji korisne topline su konstantni i stabilni. Načelo rada uređaja slanica zasniva se na izdvajanju topline, prije svega, iz tla koje ima normalne vrijednosti vlage ili je preplavljeno.

Sustav se lako instalira: za postavljanje vanjskih izmjenjivača topline dovoljno ih je zakopati do određene dubine. Također možete odabrati jednu od opcija za opremu s plinovitim ili tekućim radnim fluidom.

Izračun toplinske pumpe klase salamura-voda vrši se prema razini potrebe za energijom za grijanje. Postoji mnoštvo metoda za njegovo kvantitativno određivanje. Možete napraviti najtočniji izračun uzimajući u obzir materijal zidova kuće, dizajn prozora, prirodu tla, ponderiranu prosječnu temperaturu zraka i još mnogo toga.

Proizvođači sustava slane vode nude razne mogućnosti za modele koji se razlikuju u potrošnji energije pretvorbene jedinice, dizajnu i dimenzijama vanjskih izmjenjivača topline i parametrima izlaznog kruga. Nije teško odabrati optimalnu dizalicu topline prema unaprijed formiranom popisu zahtjeva.

Vrijeme je za suštinsko proučavanje stranih iskustava

Gotovo svi sada znaju za dizalice topline sposobne za izvlačenje topline iz okoliša za grijanje zgrada, a ako je ne tako davno potencijalni kupac obično postavljao zbunjeno pitanje "kako je to moguće?", Sada pitanje "kako je to ispravno? Učiniti ? "

Odgovor na ovo pitanje nije lak.

U potrazi za odgovorima na brojna pitanja koja se neizbježno nameću prilikom pokušaja dizajniranja sustava grijanja s dizalicama topline, poželjno je obratiti se iskustvu stručnjaka u onim zemljama u kojima se dizalice topline na prizemnim izmjenjivačima topline koriste već dulje vrijeme.

Posjet * američkoj izložbi AHR EXPO-2008, koji je poduzet uglavnom radi dobivanja informacija o metodama inženjerskih proračuna za izmjenjivače topline u zemlji, nije donio izravne rezultate u tom smjeru, ali knjiga je prodana na izložbi ASHRAE štand, čije su neke odredbe poslužile kao osnova za ove publikacije.

Odmah treba reći da prijenos američke metodologije na domaće tlo nije lak zadatak. Za Amerikance stvari nisu iste kao u Europi. Samo što oni mjere vrijeme u istim jedinicama kao i mi. Sve ostale mjerne jedinice čisto su američke, odnosno britanske. Amerikanci su posebno imali sreće s toplinskim protokom, koji se može izmjeriti kako u britanskim toplinskim jedinicama, koji se odnose na jedinicu vremena, tako i u tonama hladnjaka, koje su vjerojatno izumljene u Americi.

Glavni problem, međutim, nije bila tehnička neugodnost preračunavanja mjernih jedinica usvojenih u Sjedinjenim Državama, na što se čovjek s vremenom može naviknuti, već nepostojanje u spomenutoj knjizi jasne metodološke osnove za izračun izračuna algoritam. Previše se prostora daje rutinskim i poznatim metodama izračuna, dok neke važne odredbe ostaju potpuno neotkrivene.

Konkretno, takvi fizički povezani podaci za izračunavanje vertikalnih izmjenjivača topline tla, kao što je temperatura fluida koji cirkulira u izmjenjivaču topline i faktor pretvorbe dizalice topline, ne mogu se proizvoljno postaviti, a prije nego što nastavite s izračunima koji se odnose na nestalnu toplinu prijenosa u tlo, potrebno je utvrditi odnose koji povezuju ove parametre.

Kriterij učinkovitosti dizalice topline je koeficijent pretvorbe α čija se vrijednost određuje omjerom njegove toplinske snage i snage električnog pogona kompresora. Ova vrijednost je funkcija točaka vrenja tu u isparivaču i tk kondenzacije, a u odnosu na dizalice topline voda-voda možemo govoriti o temperaturama tekućine na izlazu iz isparivača t2I i na izlazu iz kondenzator t2K:

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

Analiza kataloških karakteristika serijskih rashladnih strojeva i dizalica topline voda-voda omogućila je prikaz ove funkcije u obliku dijagrama (slika 1).

Pomoću dijagrama lako je odrediti parametre dizalice topline u vrlo početnim fazama projektiranja. Očito je, na primjer, da ako je sustav grijanja spojen na dizalicu topline dizajniran za opskrbu grijaćim medijem s polaznom temperaturom od 50 ° C, tada će maksimalni mogući faktor pretvorbe dizalice biti oko 3,5. Istodobno, temperatura glikola na izlazu iz isparivača ne smije biti niža od + 3 ° C, što znači da će biti potreban skupi izmjenjivač topline u zemlji.

Istodobno, ako se kuća zagrijava pomoću toplog poda, nosač topline s temperaturom od 35 ° C ući će u sustav grijanja iz kondenzatora toplinske pumpe. U tom će slučaju dizalica topline moći raditi učinkovitije, na primjer, s pretvorbenim faktorom 4,3, ako je temperatura glikola hlađenog u isparivaču oko –2 ° C.

Pomoću Excel proračunskih tablica možete izraziti funkciju (1) kao jednadžbu:

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

Ako je pri željenom faktoru pretvorbe i zadanoj vrijednosti temperature rashladne tekućine u sustavu grijanja s pogonom na toplinsku pumpu potrebno odrediti temperaturu tekućine ohlađene u isparivaču, tada se može prikazati jednadžba (2) kao:

(3)

Možete odabrati temperaturu rashladne tekućine u sustavu grijanja na danim vrijednostima koeficijenta pretvorbe dizalice topline i temperature tekućine na izlazu iz isparivača pomoću formule:

(4)

U formulama (2) ... (4) temperature su izražene u Celzijevim stupnjevima.

Utvrdivši ove ovisnosti, sada možemo izravno prijeći na američko iskustvo.

Metoda za proračun dizalica topline

Naravno, postupak odabira i izračuna toplinske pumpe tehnički je vrlo složen postupak i ovisi o individualnim karakteristikama objekta, ali se može grubo svesti na sljedeće faze:

Utvrđuju se gubici topline kroz ovojnicu zgrade (zidovi, stropovi, prozori, vrata). To se može postići primjenom sljedećeg omjera:

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

tnar - temperatura vanjskog zraka (° S);

tvn - unutarnja temperatura zraka (° S);

S je ukupna površina svih ogradnih konstrukcija (m2);

n - koeficijent koji ukazuje na utjecaj okoliša na karakteristike objekta. Za prostorije u izravnom kontaktu s vanjskim okolišem kroz stropove n = 1; za objekte s potkrovnim etažama n = 0,9; ako se objekt nalazi iznad podruma n = 0,75;

β je koeficijent dodatnog gubitka topline, koji ovisi o tipu građevine i njezinom zemljopisnom položaju β može varirati od 0,05 do 0,27;

RT - toplinski otpor, određuje se sljedećim izrazom:

Rt = 1 / αint + Σ (δí / λí) + 1 / αout (m2 * ° S / W), gdje:

δí / λí izračunati je pokazatelj toplinske vodljivosti materijala koji se koriste u građevinarstvu.

αout je koeficijent toplinske disipacije vanjskih površina zatvarajućih konstrukcija (W / m2 * oS);

αin - koeficijent toplinske apsorpcije unutarnjih površina zatvorenih konstrukcija (W / m2 * oS);

- Ukupni toplinski gubici konstrukcije izračunavaju se po formuli:

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

Qi - potrošnja energije za zagrijavanje zraka koji ulazi u prostoriju prirodnim curenjem;

Qbp ​​- oslobađanje topline zbog funkcioniranja kućanskih aparata i ljudskih aktivnosti.

2. Na temelju dobivenih podataka izračunava se godišnja potrošnja toplinske energije za svaki pojedini objekt:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / sat godišnje.) gdje:

tvn - preporučena temperatura zraka u zatvorenom;

tnar - temperatura vanjskog zraka;

tout.av - aritmetička srednja vrijednost temperature vanjskog zraka za cijelu sezonu grijanja;

d je broj dana razdoblja grijanja.

3. Za cjelovitu analizu također ćete trebati izračunati razinu toplinske snage potrebne za grijanje vode:

Qgv = V * 17 (kW / sat godišnje.) Gdje:

V je volumen dnevnog zagrijavanja vode do 50 ° S.

Tada će se ukupna potrošnja toplinske energije odrediti formulom:

Q = Qgv + Qyear (kW / sat godišnje.)

Uzimajući u obzir dobivene podatke, neće biti teško odabrati najprikladniju dizalicu topline za grijanje i opskrbu toplom vodom. Štoviše, izračunata snaga će se odrediti kao. Qtn = 1,1 * Q, gdje:

Qtn = 1,1 * Q, gdje:

1.1 je korekcijski faktor koji ukazuje na mogućnost povećanja opterećenja toplinske pumpe tijekom razdoblja kritičnih temperatura.

Nakon izračuna toplinskih crpki možete odabrati najprikladniju dizalicu topline koja može pružiti potrebne parametre mikroklime u sobama s bilo kojim tehničkim karakteristikama. A s obzirom na mogućnost integracije ovog sustava s klima uređajem, topli pod može se primijetiti ne samo zbog svoje funkcionalnosti, već i zbog visoke estetske cijene.

Kako napraviti DIY dizalicu topline?

Trošak dizalice topline prilično je visok, čak i ako ne uzmete u obzir plaćanje usluga stručnjaka koji će je instalirati. Nisu svi dovoljan financijski kapacitetda odmah plati ugradnju takve opreme. S tim u vezi, mnogi počinju postavljati pitanje, je li moguće napraviti toplinsku pumpu vlastitim rukama od otpadnih materijala? To je sasvim moguće. Osim toga, tijekom rada možete koristiti ne nove, već rabljene rezervne dijelove.
Dakle, ako odlučite stvoriti toplinsku pumpu vlastitim rukama, prije početka rada morate:

• provjerite stanje ožičenja u vašem domu;
• provjerite radi li brojilo električne energije i provjerite je li snaga ovog uređaja najmanje 40 ampera.

Prvi korak je da kupiti kompresor... Možete ga kupiti u specijaliziranim tvrtkama ili kontaktiranjem radionice za popravak rashladne opreme. Tamo možete kupiti kompresor od klima uređaja. Prilično je pogodan za stvaranje dizalice topline. Dalje, mora se pričvrstiti na zid pomoću nosača L-300.

Sada možete prijeći na sljedeću fazu - proizvodnju kondenzatora. Da biste to učinili, morate pronaći spremnik za vodu od nehrđajućeg čelika zapremnine do 120 litara. Prerezan je na pola, a unutar njega je ugrađena zavojnica. Možete ga sami izraditi pomoću bakrene cijevi iz hladnjaka. Alternativno, možete ga stvoriti od bakrene cijevi malog promjera.

Da ne biste imali problema s izradom zavojnice, potrebno je uzeti običnu plinsku bocu i oko nje namotajte bakrenu žicu... Tijekom ovog rada potrebno je obratiti pažnju na udaljenost između zavoja, koja bi trebala biti jednaka. Da biste fiksirali cijev u ovom položaju, trebali biste upotrijebiti aluminijski perforirani kut koji služi za zaštitu kutova kita. Koristeći zavojnice, cijevi bi trebale biti postavljene tako da zavojnice žice budu nasuprot rupama u kutu. To će osigurati jednak nagib zavoja, a osim toga, struktura će biti prilično jaka.

Kada je zavojnica instalirana, dvije polovice pripremljenog spremnika povezane su zavarivanjem. U tom slučaju treba paziti na zavarivanje navojnih spojeva.

Da biste stvorili isparivač, možete koristiti plastične posude za vodu ukupne zapremine 60 - 80 litara. Zavojnica je u nju postavljena iz cijevi promjera ¾ ". Obične cijevi za vodu mogu se koristiti za dovod i odvod vode.

Na zidu pomoću L-nosača željene veličine učvršćivanje isparivača.

Kad su svi poslovi dovršeni, preostaje samo pozvati stručnjaka za hlađenje. Sastavit će sustav, zavariti bakrene cijevi i pumpati u freon.

Vrste dizalica topline

Toplinske pumpe su podijeljene u tri glavne vrste prema izvoru energije niskog stupnja:

• Zrak.
• Grundiranje.
• Voda - Izvor mogu biti podzemne vode i tijela površinskih voda.

Za sustave grijanja vode, koji su češći, koriste se sljedeće vrste dizalica topline:

Zrak-voda je dizalica topline zraka koja zagrijava zgradu uvlačeći zrak izvana kroz vanjsku jedinicu. Radi na principu klima uređaja, samo obrnuto, pretvarajući zračnu energiju u toplinu. Takva dizalica topline ne zahtijeva velike instalacijske troškove, za nju nije potrebno dodijeliti zemljište i, štoviše, bušiti bušotinu. Međutim, učinkovitost rada pri niskim temperaturama (-25 ° C) opada i potreban je dodatni izvor toplinske energije.

Uređaj "podzemna voda" odnosi se na geotermalnu energiju i proizvodi toplinu iz tla pomoću kolektora, položenog na dubinu ispod smrzavanja tla. Također, postoji ovisnost o površini mjesta i krajoliku, ako je kolektor smješten vodoravno. Za okomito postavljanje morat ćete izbušiti bušotinu.

"Voda-voda" instalira se tamo gdje je u blizini vodeno tijelo ili podzemna voda. U prvom slučaju, ležište se polaže na dno rezervoara, u drugom se buši bušotina ili nekoliko njih, ako to područje područja omogućuje.Ponekad je dubina podzemne vode preduboka, pa troškovi ugradnje takve dizalice topline mogu biti vrlo visoki.

Svaka vrsta dizalice topline ima svoje prednosti i nedostatke, ako je zgrada daleko od rezervoara ili je podzemna voda preduboka, voda-voda neće raditi. "Zrak-voda" bit će relevantan samo u relativno toplim regijama, gdje temperatura zraka u hladnoj sezoni ne pada ispod -25 ° C.

Uradi sam instalaciju dizalice topline

Sada kada je glavni dio sustava spreman, ostaje ga povezati s uređajima za unos i raspodjelu topline. Ovaj posao možete obaviti sami. To nije teško. Postupak ugradnje uređaja za unos topline može biti različit i uvelike ovisi o vrsti pumpe koja će se koristiti kao dio sustava grijanja.

Podzemna voda vertikalne pumpe

I ovdje će biti potrebni određeni troškovi, jer prilikom instaliranja takve crpke jednostavno ne možete bez upotrebe opreme za bušenje. Svi radovi započinju stvaranjem bunara čija dubina treba biti 50-150 metara... Dalje, geotermalna sonda se spušta, nakon čega se spaja na pumpu.

Voda tla u vodoravnoj pumpi

Kada je takva pumpa instalirana, potrebno je koristiti razdjelnik oblikovan cijevnim sustavom. Trebao bi se nalaziti ispod razine smrzavanja tla. Točnost i dubina postavljanja kolektora uvelike ovise o klimatskoj zoni. Prvo se uklanja sloj tla. Tada se cijevi polažu, a zatim se zasipaju zemljom.
Možete koristiti drugi način - polaganje pojedinih cijevi za vodu u prethodno iskopanom rovu. Odlučivši ga koristiti, prvo morate iskopati rovove, u kojima bi dubina trebala biti ispod razine smrzavanja.

Metoda za izračunavanje snage toplinske pumpe

Uz određivanje optimalnog izvora energije, bit će potrebno izračunati i snagu toplinske pumpe potrebne za grijanje. Ovisi o količini gubitka topline u zgradi. Izračunajmo snagu toplinske pumpe za grijanje kuće na konkretnom primjeru.

Za to koristimo formulu Q = k * V * ∆T, gdje

• Q je gubitak topline (kcal / sat). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V je obujam kuće u m3 (površina se pomnoži s visinom stropova);
• ∆T je omjer minimalnih temperatura izvan i unutar prostorija tijekom najhladnijeg razdoblja godine, ° S. Oduzmite vanjsku stranu od unutarnje tº;
• k je generalizirani koeficijent prijenosa topline zgrade. Za zgradu od opeke sa zidanim zidovima u dva sloja k = 1; za dobro izoliranu zgradu k = 0,6.

Dakle, izračun snage toplinske pumpe za grijanje cigle od 100 četvornih metara i visine stropa od 2,5 m, s ttº razlikom od -30º izvana do + 20º iznutra, bit će sljedeći:

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

12500/860 = 14,53 kW. Odnosno, za standardnu ​​kuću od opeke površine 100 m bit će potreban uređaj od 14 kilovata.

Potrošač prihvaća izbor vrste i snage dizalice topline na temelju niza uvjeta:

• geografske značajke područja (blizina vodnih tijela, prisutnost podzemne vode, slobodno područje za kolektor);
• značajke klime (temperature);
• vrsta i unutarnji volumen prostorije;
• financijske mogućnosti.

Uzimajući u obzir sve gore navedene aspekte, moći ćete napraviti najbolji izbor opreme. Za učinkovitiji i pravilniji odabir dizalice topline, bolje je kontaktirati stručnjake, oni će moći izvršiti detaljnije izračune i pružiti ekonomsku izvedivost ugradnje opreme.

Dugo i vrlo uspješno toplinske pumpe koriste se u kućanskim i industrijskim hladnjacima i klima uređajima.

Danas su se ti uređaji počeli koristiti za obavljanje funkcije suprotne prirode - zagrijavanje stana za vrijeme hladnog vremena.

Pogledajmo kako se toplinske pumpe koriste za grijanje privatnih kuća i što trebate znati kako biste ispravno izračunali sve njegove komponente.

Što je dizalica topline, njezin opseg

Tehnička definicija dizalice topline je uređaj za prijenos energije iz jednog područja u drugo, istodobno povećavajući učinkovitost njegovog rada. Ovog mehaničara nije teško ilustrirati. Zamislimo kantu hladne vode i čašu vruće vode. Ista količina energije troši se za njihovo zagrijavanje od određene toplinske oznake. Međutim, učinkovitost njegove primjene je različita. Ako istodobno smanjite temperaturu kante vode za 1 stupanj, dobivena toplinska energija može tekućinu u čaši gotovo zakipjeti.

Prema ovoj mehanici djeluje dizalica topline kojom možete grijati bazen ili u potpunosti osigurati grijanje ladanjske kuće. Instalacija prenosi toplinu iz jednog područja u drugo, općenito izvana u sobu. Postoji mnogo aplikacija za ovu tehniku.

1. S određenom ocjenom snage dizalice topline, grijanje kuće postaje jeftino i učinkovito.
2. Jednostavno je napraviti PTV s toplinskom pumpom pomoću kotlova za ponovno zagrijavanje.
3. Uz određeni napor i pravilan dizajn moguće je stvoriti potpuno autonomni sustav grijanja koji se napaja solarnim pločama.
4. Većina modela toplinskih pumpi prihvatljiva je opcija za podno grijanje koje se koristi kao krug grijanja.

Da biste odabrali i kupili prikladan sustav, prije svega morate pravilno postaviti zadatak s kojim se suočava. I tek nakon toga, iznesite zahtjeve za snagom i procijenite prihvatljivost pojedinih vrsta kotlova za grijanje da zadovolje sve potrebe.

Primjer proračuna toplinske pumpe

Odabrat ćemo dizalicu topline za sustav grijanja jednokatnice ukupne površine 70 kvadratnih metara. m sa standardnom visinom stropa (2,5 m), racionalnom arhitekturom i toplinskom izolacijom zatvorenih konstrukcija koja udovoljava zahtjevima suvremenih građevinskih propisa. Za grijanje 1. kvartala. m takvog predmeta, prema općeprihvaćenim standardima, potrebno je potrošiti 100 W topline. Dakle, za grijanje cijele kuće trebat će vam:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW toplinske energije.

Odabiremo toplinsku pumpu marke "TeploDarom" (model L-024-WLC) toplinske snage W = 7,7 kW. Kompresor jedinice troši N = 2,5 kW električne energije.

Proračun ležišta

Tlo na mjestu dodijeljenom za izgradnju kolektora je ilovasto, razina podzemne vode je visoka (uzimamo ogrjevnu vrijednost p = 35 W / m).

Snaga kolektora određuje se formulom:

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

L = 5200/35 = 148,5 m (približno)

Na temelju činjenice da je neracionalno postavljati krug duljine veće od 100 m zbog pretjerano visokog hidrauličkog otpora, prihvaćamo sljedeće: razdjelnik toplinske pumpe sastojat će se od dva kruga - duljine 100 m i 50 m.

Područje mjesta koje će trebati biti dodijeljeno kolektoru određuje se formulom:

S = L x A,

Gdje je A korak između susjednih dijelova konture. Prihvaćamo: A = 0,8 m.

Tada je S = 150 x 0,8 = 120 sq. m.

Učinkovitost i COP

Jasno pokazuje da ¾ energije dobivamo iz slobodnih izvora. (Kliknite za uvećanje)

Prvo, definirajmo pojmovima:

• Učinkovitost - koeficijent učinkovitosti, tj. koliko se korisne energije dobije kao postotak energije potrošene na rad sustava;
• COP - koeficijent izvedbe.

Takav pokazatelj kao učinkovitost često se koristi u reklamne svrhe: "Učinkovitost naše pumpe je 500%!" Čini se kao da govore istinu - za 1 kW potrošene energije (za puni rad svih sustava i jedinica) proizveli su 5 kW toplinske energije.

Međutim, imajte na umu da učinkovitost ne može biti veća od 100% (ovaj se pokazatelj izračunava za zatvorene sustave), pa bi bilo logičnije koristiti pokazatelj COP (koristi se za proračun otvorenih sustava), koji pokazuje faktor pretvorbe utrošene energije u korisna energija.

Obično se COP mjeri brojevima od 1 do 7. Što je veći broj, to je toplinska pumpa učinkovitija. U gornjem primjeru (s 500% učinkovitosti), COP je 5.

Povrat toplinske pumpe

Kad je riječ o tome koliko vremena treba čovjeku da vrati svoj novac uložen u nešto, to znači koliko je sama investicija bila profitabilna. Na području grijanja sve je prilično teško, jer sami sebi osiguravamo udobnost i toplinu, a svi su sustavi skupi, no u ovom slučaju možete potražiti takvu opciju koja bi vratila potrošeni novac smanjenjem troškova tijekom uporabe. A kad počnete tražiti prikladno rješenje, uspoređujete sve: plinski kotao, dizalicu topline ili električni kotao. Analizirat ćemo koji će se sustav brže i učinkovitije isplatiti.

Koncept povrata, u ovom slučaju, uvođenje dizalice topline za modernizaciju postojećeg sustava opskrbe toplinom, pojednostavljeno rečeno, može se objasniti na sljedeći način:

Postoji jedan sustav - pojedinačni plinski kotao, koji osigurava autonomno grijanje i opskrbu toplom vodom. Postoji split sustav klima uređaja koji jednu sobu hladi. Instalirali su 3 split sustava u različitim sobama.

A tu je i ekonomičnija napredna tehnologija - dizalica topline koja će zagrijavati / hladiti kuće i zagrijavati vodu u pravim količinama za kuću ili stan. Potrebno je utvrditi koliko su se promijenili ukupni troškovi opreme i početni troškovi, a također procijeniti koliko su se smanjili godišnji operativni troškovi odabranih vrsta opreme. I utvrditi koliko će se godina, s rezultirajućom uštedom, skuplja oprema isplatiti. U idealnom slučaju uspoređuje se nekoliko predloženih rješenja za dizajn i odabire se ono najisplativije.

Izvršit ćemo proračun i vyyaski, koje je razdoblje povrata toplinske pumpe u Ukrajini

Razmotrimo konkretan primjer

• Kuća je na 2 etaže, dobro izolirana, ukupne površine 150 m2.
• Sustav distribucije topline / grijanja: krug 1 - podno grijanje, krug 2 - radijatori (ili ventilokonvektori).
• Instaliran je plinski kotao za grijanje i opskrbu toplom vodom (PTV), na primjer 24kW, dvokružni.
• Klima uređaj iz split sustava za 3 prostorije kuće.

Godišnji troškovi za grijanje i grijanje vode

Maks. kapacitet grijanja dizalice topline za grijanje, kW	19993,59
Maks. potrošnja energije toplinske pumpe tijekom rada za grijanje, kW	7283,18

Maks. kapacitet grijanja dizalice topline za opskrbu toplom vodom, kW	2133,46
Maks. potrošnja energije dizalice topline pri radu na opskrbu toplom vodom, kW	866,12

1. Približni trošak kotlovnice s plinskim kotlom od 24 kW (kotao, cjevovodi, ožičenje, spremnik, brojilo, instalacija) je oko 1000 eura. Sustav klimatizacije (jedan split sustav) za takvu kuću koštat će oko 800 eura. Ukupno s uređenjem kotlovnice, projektnim radovima, priključkom na plinovodnu mrežu i instalacijskim radovima - 6100 eura.

1. Približni trošak toplinske pumpe Mycond s dodatnim sustavom ventilokonvektora, instalacijskim radovima i priključkom na električnu mrežu iznosi 6.650 eura.

1. Rast ulaganja je: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 eura (ili oko 16500 UAH)
2. Smanjenje operativnih troškova iznosi: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Razdoblje povrata Tocup. = 16500/19608 = 0,84 godine!

Jednostavnost upotrebe dizalice topline

Toplinske pumpe su najsvestranija, multifunkcionalna i energetski učinkovita oprema za grijanje kuće, stana, ureda ili komercijalnog objekta.

Inteligentni upravljački sustav s tjednim ili dnevnim programiranjem, automatskim prebacivanjem sezonskih postavki, održavanjem temperature u kući, štedljivim načinima rada, upravljanjem pomoćnim kotlom, kotlom, cirkulacijskim crpkama, regulacijom temperature u dva kruga grijanja, najnapredniji je i najnapredniji. Inverterska kontrola rada kompresora, ventilatora, pumpi omogućuje maksimalnu uštedu energije.

Prednosti dizalica topline i izvedivost njihove ugradnje

Kao što je navedeno u oglasu, glavna prednost dizalica topline je učinkovitost grijanja. Do neke mjere to tako djeluje. Ako dizalica topline ima okruženje za izdvajanje energije koje osigurava optimalnu temperaturu, instalacija djeluje učinkovito, troškovi grijanja smanjuju se za oko 70-80%. Međutim, uvijek postoje slučajevi kada dizalica topline može biti bačen novac.

Učinkovitost dizalice topline određuje se sljedećim tehnološkim karakteristikama:

• parametar granične granice za smanjenje temperature radne tekućine;
• minimalna razlika u temperaturama vanjskog izmjenjivača i okoline, pri kojoj je ekstrakcija topline izuzetno mala;
• razina potrošnje energije i korisne topline.

Izvedivost uporabe dizalice topline ovisi o nekoliko čimbenika.

1. Područja u kojima takva oprema ne pokazuje dobre rezultate su područja s ledenim zimama i niskim prosječnim dnevnim temperaturama. U ovom slučaju, toplinska pumpa jednostavno nije u stanju odnijeti dovoljno topline iz okoline, približavajući se zoni nulte učinkovitosti. Prije svega, ovo se odnosi na sustave zrak-zrak.
2. S povećanjem volumena grijanog prostora, tehnološki parametri dizalice topline povećavaju se gotovo eksponencijalno. Izmjenjivači topline postaju sve veći, veličina i broj uranjajućih sondi u vodu ili zemlju se povećavaju. U određenom trenutku, troškovi dizalice topline za grijanje, potrebni troškovi za njezinu ugradnju i održavanje, kao i plaćanje potrošene energije, postaju jednostavno neracionalna ulaganja. Mnogo je jeftinije stvoriti klasičnu shemu grijanja na plin s kotlom.
3. Što je sustav složeniji, to ga je skuplje i problematičnije popraviti u slučaju kvara. Ovo je negativan dodatak veličini grijane površine i karakteristikama klimatskog pojasa.

Savjet! Općenito, korištenje dizalice topline kao jedinog izvora topline za dom može se razmotriti samo u ograničenom broju situacija. Uvijek je pametno koristiti sveobuhvatan sustav podrške. Ovdje je broj mogućih kombinacija ograničen samo dostupnim izvorima energije i financijskim mogućnostima vlasnika.

Klasika je dizalica topline i kotao na plin / kruto gorivo koji rade zajedno. Ideja je jednostavna: proizvodi izgaranja goriva ispuštaju se kroz široku cijev. U njemu se nalazi izmjenjivač toplinske pumpe. Spremnici i kotao za neizravno grijanje ugrađeni su u sustav grijanja i opskrbe toplom vodom. Oprema (kotao i pumpa) aktivira se istodobno kada temperatura tekućine u distribucijskoj mreži padne. Radeći u parovima, gotovo u potpunosti koriste energiju goriva za izgaranje, pokazujući pokazatelje učinkovitosti blizu maksimuma.

Sustav s prilagodbom karakteristikama okoliša temelji se na toplinskoj pumpi, ventilatorskom bloku, toplinskom pištolju bilo koje klase. Pri dovoljno visokoj temperaturi zraka vani (do -5 ... -10 Celzijevih stupnjeva), dizalica topline normalno radi, pružajući dovoljnu izlaznu snagu za grijanje. Značajka dizajna sustava je mjesto njegovog vanjskog izmjenjivača topline u odvojenom ventilacijskom kanalu. Kada vanjska temperatura padne ispod optimalne oznake, dovedeni zrak zagrijava se toplinskim pištoljem (dizel, električni ili plinski).

Posebno je vrijedno napomenuti: većina shema koje osiguravaju prilagodbu temperaturi zraka ili stabiliziranje radnih parametara dizalice topline primjenjuju se na uređaje zrak-zrak i zrak-voda. Drugi sustavi, zbog vanjskih izmjenjivača topline izoliranih u tlu ili vodi, ne dopuštaju stvaranje takvih uvjeta rada "staklenika".

Rad toplinske pumpe pri radu prema shemi podzemne vode

Sakupljač se može pokopati na tri načina.

Horizontalna opcija

Cijevi se polažu u rovove poput zmije do dubine koja prelazi dubinu smrzavanja tla (u prosjeku - od 1 do 1,5 m).
Takav kolektor zahtijevat će zemljište s dovoljno velikom površinom, ali svaki ga vlasnik kuće može izgraditi - nisu potrebne nikakve vještine, osim sposobnosti rada s lopatom.

Međutim, treba uzeti u obzir da je ručna izrada izmjenjivača topline prilično naporan postupak.

Vertikalna opcija

Rezervoarske cijevi u obliku petlji oblika slova "U" uronjene su u bušotine dubine od 20 do 100 m. Ako je potrebno, može se izgraditi nekoliko takvih bušotina. Nakon ugradnje cijevi, bušotine se pune cementnim mortom.

Prednost vertikalnog kolektora je u tome što je za njegovu izgradnju potrebna vrlo mala površina. Međutim, ne možete samostalno izbušiti bušotine dublje od 20 m - morat ćete zaposliti tim bušača.

Kombinirana opcija

Ovaj se kolektor može smatrati nekom vrstom vodoravnog kolektora, ali za njegovu izgradnju potrebno je puno manje prostora.
Na mjestu se kopa okrugli bunar dubine 2 m.

Cijevi izmjenjivača topline položene su spiralno, tako da je krug poput okomito ugrađene opruge.

Po završetku instalacijskih radova, bušotina se puni. Kao i u slučaju vodoravnog izmjenjivača topline, sva potrebna količina posla može se obaviti ručno.

Kolektor se puni otopinom antifriza - antifriza ili etilen glikola. Kako bi se osigurala njegova cirkulacija, posebna se pumpa usječe u krug. Upijajući toplinu tla, antifriz odlazi u isparivač, gdje se između njega i rashladnog sredstva odvija izmjena topline.

Treba imati na umu da neograničeno izdvajanje topline iz tla, posebno kada je kolektor okomito smješten, može dovesti do nepoželjnih posljedica za geologiju i ekologiju nalazišta. Stoga je u ljetnom razdoblju vrlo poželjno raditi toplinsku pumpu tipa "tlo - voda" u obrnutom načinu rada - klimatizacijom.

Plinski sustav grijanja ima brojne prednosti, a jedna od glavnih je niska cijena plina. Kako opremiti kućno grijanje plinom, bit će vam ponuđena shema grijanja privatne kuće s plinskim kotlom. Razmotrite dizajn i zahtjeve zamjene sustava grijanja.

O značajkama odabira solarnih panela za grijanje kuće pročitajte u ovoj temi.

Kako izračunati i odabrati toplinsku pumpu

Proračun i dizajn dizalica topline

Kako izračunati i odabrati toplinsku pumpu.

Kao što znate, dizalice topline koriste besplatne obnovljive izvore energije: toplinu zraka, tla, podzemlja, otvorene vode koja ne smrzavaju, otpadne i otpadne vode i zrak, kao i otpadnu toplinu tehnoloških poduzeća. Da bi se prikupio, troši se električna energija, ali omjer primljene toplinske energije i potrošene električne energije je oko 3–7 puta.

Ako govorimo samo o izvorima topline niskog stupnja oko nas za grijanje, to jest; vanjski zrak s temperaturom od –3 do +15 ° C, zrak koji se uklanja iz prostorije (15–25 ° C), podzemlje (4–10 ° C) i podzemne (oko 10 ° C) vode, jezerske i riječne vode ( 5–10 ° C), površinu tla (ispod točke smrzavanja) (3–9 ° C) i duboku zemlju (više od 6 m - 8 ° C).

Izdvajanje topline iz okoliša (unutarnja četvrt).

Tekući rashladni medij pumpa se u isparivač pod niskim tlakom. Termička razina temperatura oko isparivača viša je od odgovarajućeg vrelišta radnog medija (rashladno sredstvo je odabrano tako da može ključati čak i pri temperaturama ispod nule). Zbog te temperaturne razlike toplina se prenosi u okoliš, u radnu sredinu koja na tim temperaturama vrije i isparava (pretvara se u paru). Toplina potrebna za to uzima se iz bilo kojeg od gore navedenih izvora topline niskog stupnja.

Saznajte više o obnovljivim izvorima energije

Ako je za izvor topline odabran atmosferski ili ventilacijski zrak, koriste se dizalice topline koje rade prema shemi "zrak-voda". Pumpa se može nalaziti u zatvorenom ili na otvorenom, s ugrađenim ili daljinskim kondenzatorom. Kroz izmjenjivač topline (isparivač) zrak se puše pomoću ventilatora.

Kao izvor toplotne energije niskog stupnja mogu se koristiti podzemne vode s relativno niskom temperaturom ili tlo površinskih slojeva zemlje. Sadržaj topline u masi tla uglavnom je veći. Toplinski režim tla površinskih slojeva zemlje nastaje pod utjecajem dva glavna čimbenika - sunčevog zračenja koje pada na površinu i protoka radiogene topline iz zemljine unutrašnjosti. Sezonske i dnevne promjene intenziteta sunčevog zračenja i temperature vanjskog zraka uzrokuju fluktuacije temperature gornjih slojeva tla. Dubina prodiranja dnevnih fluktuacija temperature vanjskog zraka i intenzitet upadajućeg sunčevog zračenja, ovisno o specifičnim tlima i klimatskim uvjetima, kreće se od nekoliko desetaka centimetara do jednog i pol metra. Dubina prodiranja sezonskih fluktuacija temperature vanjskog zraka i intenzitet upadajućeg sunčevog zračenja u pravilu ne prelazi 15–20 m.

Vrste vodoravnih izmjenjivača topline:

- izmjenjivač topline izrađen od serijski spojenih cijevi; - izmjenjivač topline izrađen od paralelno spojenih cijevi; - vodoravni kolektor položen u rov; - izmjenjivač topline u obliku petlje; - izmjenjivač topline u obliku spirale, smješten vodoravno (tzv. "klizavi" kolektor); - izmjenjivač topline u obliku spirale, smješten okomito.

Voda dobro akumulira sunčevu toplinu. Čak iu hladnom zimskom periodu podzemne vode imaju konstantnu temperaturu od +7 do + 12 ° C. To je prednost ovog izvora topline. Zbog konstantne temperature, ovaj izvor topline ima visoku stopu pretvorbe kroz toplinsku pumpu tijekom cijele godine. Nažalost, svugdje nema dovoljno podzemnih voda. Kada se koristi kao izvor podzemne vode, opskrba se iz bunara vrši pomoću podvodne pumpe do ulaza u izmjenjivač topline (isparivač) toplinske pumpe koji radi prema sustavu „voda-voda / otvoreni Shema, iz izlaza izmjenjivača topline, voda se ili pumpa u drugi bunar, ili ispušta u vodeno tijelo. Prednost otvorenih sustava je mogućnost dobivanja velike količine toplinske energije uz relativno niske troškove. Međutim, bušotine zahtijevaju održavanje. Uz to, uporaba takvih sustava nije moguća u svim područjima. Glavni zahtjevi za tlo i podzemne vode su sljedeći:

- dovoljna vodopropusnost tla, omogućavajući dopunjavanje zaliha vode; - dobar kemijski sastav podzemne vode (npr. nizak udio željeza) kako bi se izbjegli problemi povezani s stvaranjem naslaga na zidovima cijevi i korozijom.

Otvoreni sustavi češće se koriste za grijanje ili hlađenje velikih zgrada. Najveći geotermalni sustav za prijenos topline na svijetu koristi podzemnu vodu kao izvor toplotne energije niskog stupnja. Ovaj se sustav nalazi u Louisvilleu, Kentucky, SAD. Sustav se koristi za opskrbu toplinom i hladom hotelsko-uredskog kompleksa; njegov je kapacitet približno 10 MW.

Uzmimo još jedan izvor - rezervoar, na njegovom dnu možete postaviti petlje iz plastične cijevi, shema "voda-voda / zatvoreni sustav". Cjevovodom cirkulira otopina etilen glikola (antifriz), koja prenosi toplinu do rashladnog sredstva kroz izmjenjivač topline (isparivač) toplinske pumpe.

Tlo ima sposobnost akumuliranja sunčeve energije tijekom dugog vremenskog razdoblja, što osigurava relativno ujednačenu temperaturu izvora topline tijekom cijele godine, a time i visoki faktor pretvorbe dizalice topline.Temperatura u površinskom sloju tla varira ovisno o sezoni. Ispod točke smrzavanja, ta se kolebanja temperature znatno smanjuju. Toplina nakupljena u zemlji dobiva se pomoću vodoravno položenih brtvljenih izmjenjivača topline, koji se nazivaju i zemaljskim kolektorima, ili pomoću okomito položenih izmjenjivača topline, takozvanih geotermalnih sondi. Toplina okoliša prenosi se smjesom vode i etilen glikola (salamura ili medij), čija bi točka ledišta trebala biti približno -13 ° C (poštujte podatke proizvođača). Zahvaljujući tome, salamura se tijekom rada ne smrzava.

To znači da postoje dvije mogućnosti za dobivanje topline niskog potencijala iz tla. Horizontalno polaganje plastičnih cijevi u rovove duboke 1,3–1,7 m, ovisno o klimatskim uvjetima područja, ili vertikalne bušotine duboke 20–100 m. Cijevi se mogu polagati u rovove u obliku spirala, ali s dubinom polaganja 2 - 4 m, to će značajno smanjiti ukupnu dužinu rovova. Maksimalni prijenos topline površinskog tla je od 7 do 25 W sa toplotnom temperaturom, od geotermalnih 20-50 W sa toplotnom vodom. Prema proizvodnim tvrtkama, vijek trajanja rovova i bunara veći je od 100 godina.

Još malo o vertikalnim izmjenjivačima topline na zemlji.

Od 1986. godine u Švicarskoj, blizu Züricha, provode se studije na sustavu s vertikalnim izmjenjivačima topline na zemlji [4]. U masiv tla ugrađen je vertikalni prizemni koaksijalni izmjenjivač topline dubine 105 m. Ovaj izmjenjivač topline koristio se kao izvor niskokvalitetne toplinske energije za sustav prijenosa topline instaliran u obiteljskoj stambenoj zgradi. Vertikalni izmjenjivač topline tla pružao je najveću snagu od približno 70 vata po metru duljine, što je stvorilo značajno toplinsko opterećenje na okolnu masu tla. Godišnja proizvodnja topline je oko 13 MWh.

Na udaljenosti od 0,5 i 1 m od glavne bušotine izbušene su dvije dodatne bušotine u koje su ugrađeni temperaturni senzori na dubini od 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 i 105 m, nakon čega su bušotine napunjene glineno-cementnom smjesom. Temperatura se mjerila svakih trideset minuta. Osim temperature tla, zabilježeni su i drugi parametri: brzina kretanja rashladne tekućine, potrošnja energije pogona kompresora, temperatura zraka itd.

Prvo razdoblje promatranja trajalo je od 1986. do 1991. godine. Mjerenja su pokazala da se utjecaj topline vanjskog zraka i sunčevog zračenja opaža u površinskom sloju tla na dubini od 15 m. Ispod ove razine toplinski režim tla nastaje uglavnom zbog topline unutrašnjost zemlje. Tijekom prve 2-3 godine rada temperatura mase tla koja okružuje vertikalni izmjenjivač topline naglo je pala, ali svake godine pad temperature je opadao, a nakon nekoliko godina sustav je ušao u režim blizu konstante, kada je temperatura od masa tla oko izmjenjivača topline postala je 1 -2 ° C.

U jesen 1996., deset godina nakon početka rada sustava, nastavljena su mjerenja. Ova su mjerenja pokazala da se temperatura tla nije značajno promijenila. U sljedećim godinama zabilježene su blage oscilacije temperature tla u rasponu od 0,5 ° C, ovisno o godišnjem opterećenju grijanja. Dakle, sustav je dosegao kvazistacionarni režim nakon prvih nekoliko godina rada.

Na temelju eksperimentalnih podataka izgrađeni su matematički modeli procesa koji se odvijaju u masivu tla, što je omogućilo dugoročnu prognozu promjena temperature masiva tla.

Matematičko modeliranje pokazalo je da će se godišnje smanjenje temperature postupno smanjivati, a volumen mase tla oko izmjenjivača topline, podložan smanjenju temperature, svake će se godine povećavati.Na kraju radnog perioda započinje proces regeneracije: temperatura tla počinje rasti. Priroda procesa regeneracije slična je prirodi procesa "ekstrakcije" topline: u prvim godinama rada dolazi do naglog porasta temperature tla, a u sljedećim godinama brzina porasta temperature opada . Duljina razdoblja "regeneracije" ovisi o duljini operativnog razdoblja. Ova su dva razdoblja približno ista. U ovom je slučaju razdoblje rada zemaljskog izmjenjivača topline bilo trideset godina, a razdoblje "regeneracije" također se procjenjuje na trideset godina

Dakle, sustavi grijanja i hlađenja za zgrade koje koriste niskorazrednu toplinu iz zemlje pouzdan su izvor energije koji se može koristiti svugdje. Ovaj se izvor može koristiti dovoljno dugo i može se obnoviti na kraju radnog vremena.

Proračun vodoravnog kolektora toplinske pumpe

Odvođenje topline sa svakog metra cijevi ovisi o mnogim parametrima: dubini ugradnje, dostupnosti podzemne vode, kvaliteti tla itd. Otprilike se može smatrati da je za vodoravne kolektore 20 W.m.p. Preciznije: suhi pijesak - 10, suha glina - 20, mokra glina - 25, glina s visokim udjelom vode - 35 W.m.p. Razlika u temperaturi rashladne tekućine u izravnoj i povratnoj liniji petlje u izračunima se obično uzima kao 3 ° C. Na mjestu kolektora, zgrade se ne bi smjele podizati tako da toplina zemlje, t.j. naš se izvor energije nadopunjavao energijom sunčevog zračenja.

Minimalna udaljenost između položenih cijevi mora biti najmanje 0,7–0,8 m. Duljina jednog rova ​​može varirati od 30 do 150 m. Važno je da su duljine spojenih krugova približno jednake. Preporučuje se uporaba otopine etilen glikola (medija) s točkom ledišta od približno -13 ° C kao grijaćeg medija u primarnom krugu. U proračunima treba uzeti u obzir da toplinski kapacitet otopine pri temperaturi od 0 ° C iznosi 3,7 kJ / (kg K), a gustoća 1,05 g / cm3. Kada se koristi medij, gubitak tlaka u cijevima je 1,5 puta veći nego kod cirkulacije vode. Da bi se izračunali parametri primarnog kruga instalacije toplinske pumpe, bit će potrebno odrediti protok medija:

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

Gdje .t - temperaturna razlika između opskrbnog i povratnog voda, za koju se često pretpostavlja da je 3 oK. Zatim Qo - toplinska snaga primljena iz izvora s malim potencijalom (tla). Potonja vrijednost izračunava se kao razlika između ukupne snage dizalice topline Qwp i električne energije potrošene na zagrijavanje rashladnog sredstva. Str:

Qo = Qwp - P, kW.

Ukupna duljina kolektorskih cijevi L i ukupna površina mjesta za to A izračunato prema formulama:

L = Qo / q,

A = L da.

Ovdje q - specifično (s 1 m cijevi) uklanjanje topline; da - udaljenost između cijevi (korak polaganja).

Primjer proračuna. Toplinska pumpa.

Početni uvjeti: potreba za toplinom vikendice površine 120–240 m2 (na temelju gubitaka topline, uzimajući u obzir infiltraciju) - 13 kW; temperatura vode u sustavu grijanja iznosi 35 ° C (podno grijanje); minimalna temperatura rashladne tekućine na izlazu iz isparivača je 0 ° S. Za grijanje zgrade odabrana je toplinska pumpa snage 14,5 kW iz postojećeg tehničkog raspona opreme, uzimajući u obzir gubitke na viskoznosti medija, pri izvlačenju i prenošenju toplinske energije iz tla iznosi 3,22 kW. Uklanjanje topline s površinskog sloja tla (suha glina), q jednako je 20 W / m.p. U skladu s formulama izračunavamo:

1) potrebna snaga topline kolektora Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) ukupna duljina cijevi L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. Za organizaciju takvog kolektora potrebno je 6 krugova duljine 100 m;

3) s korakom polaganja od 0,75 m, potrebna površina mjesta A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) općenito punjenje otopine etilen glikola Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, u jednom krugu je jednako 0,58 m3.

Za kolektorski uređaj odabiremo plastičnu cijev standardne veličine 32x3. Gubitak tlaka u njemu bit će 45 Pa / m.p; otpor jednog kruga je približno 7 kPa; brzina protoka rashladne tekućine - 0,3 m / s.

Proračun sonde

Kada se koriste vertikalne bušotine dubine od 20 do 100 m, u njih su uronjene plastične cijevi u obliku slova U (promjera od 32 mm). U pravilu se dvije petlje umetnu u jednu bušotinu, napunjenu otopinom suspenzije. U prosjeku se specifični toplinski učinak takve sonde može uzeti jednak 50 W / m.p. Također se možete usredotočiti na sljedeće podatke o izlaznoj toplini:

- suhe sedimentne stijene - 20 W / m; - kamenito tlo i sedimentne stijene zasićene vodom - 50 W / m; - stijene s visokom toplinskom vodljivošću - 70 W / m; - podzemne vode - 80 W / m.

Temperatura tla na dubini većoj od 15 m konstantna je i iznosi približno +9 ° S. Udaljenost između bušotina trebala bi biti veća od 5 m. U prisutnosti podzemnih struja, bušotine bi trebale biti smještene na liniji okomitoj na protok.

Odabir promjera cijevi vrši se na temelju gubitka tlaka za potrebnu brzinu protoka rashladne tekućine. Izračun brzine protoka tekućine može se provesti za t = 5 ° S.

Primjer proračuna.

Početni podaci su isti kao u gornjem izračunu vodoravnog ležišta. Uz specifičnu toplinsku snagu sonde od 50 W / m i potrebnu snagu od 11,28 kW, duljina sonde L trebala bi biti 225 m.

Za uređaj kolektora potrebno je izbušiti tri bušotine dubine 75 m. U svaku od njih postavljamo dvije petlje cijevi 32x3; ukupno - 6 krugova, svaki po 150 m.

Ukupna brzina protoka rashladne tekućine pri .t = 5 ° S bit će 2,1 m3 / h; brzina protoka kroz jedan krug - 0,35 m3 / h. Krugovi će imati sljedeće hidrauličke karakteristike: gubitak tlaka u cijevi - 96 Pa / m (nosač topline - 25% otopina etilen glikola); otpor petlje - 14,4 kPa; brzina protoka - 0,3 m / s.

Izbor opreme

Budući da temperatura antifriza može varirati (od –5 do +20 ° C), u primarnom krugu jedinice toplinske pumpe potreban je hidraulički ekspanzijski spremnik.

Također se preporuča instalirati spremnik na cijevi za grijanje (kondenzaciju) toplinske pumpe: kompresor toplinske pumpe radi u načinu isključenja. Prečesto pokretanje može dovesti do ubrzanog trošenja njegovih dijelova. Spremnik je također koristan kao akumulator energije - u slučaju nestanka struje. Njegov minimalni volumen uzima se od 20-30 litara po 1 kW snage dizalice topline.

Kada se koristi bivalencija, drugi izvor energije (električni, plinski, tekući ili kotao na kruta goriva), on je povezan s krugom preko akumulacijskog spremnika, koji je ujedno i termohidrodistributer, aktiviranjem kotla upravlja toplinska pumpa ili gornja razina sustava automatizacije.

U slučaju mogućih prekida napajanja, snaga instalirane toplinske pumpe može se povećati za koeficijent izračunat po formuli: f = 24 / (24 - t isključeno), gdje je t off trajanje nestanka električne energije.

U slučaju mogućeg nestanka struje tijekom 4 sata, ovaj će koeficijent biti jednak 1,2.

Snaga dizalice topline može se odabrati na temelju monovalentnog ili dvovalentnog načina rada. U prvom se slučaju pretpostavlja da se dizalica topline koristi kao jedini generator toplinske energije.

Treba uzeti u obzir: čak je i kod nas trajanje razdoblja s niskim temperaturama zraka mali dio sezone grijanja. Primjerice, za središnju regiju Rusije vrijeme kada temperatura padne ispod –10 ° S iznosi samo 900 sati (38 dana), dok trajanje same sezone iznosi 5112 sati, a prosječna temperatura u siječnju iznosi –10 ° S. Stoga je najprikladniji rad dizalice topline u bivalentnom načinu rada, predviđajući uključivanje dodatnog izvora tijekom razdoblja kada temperatura zraka padne ispod određene: –5 ° S - u južnim regijama Rusije, - 10 ° S - u središnjim. To omogućuje smanjenje troškova toplinske pumpe i, posebno, radova na ugradnji primarnog kruga (polaganje rovova, bušenje bunara itd.), Što uvelike raste s povećanjem kapaciteta instalacije.

U središnjoj regiji Rusije, za grubu procjenu pri odabiru toplinske pumpe koja radi u bivalentnom načinu, možemo se usredotočiti na omjer 70/30: 70% potrebe za toplinom pokriva toplinska pumpa, a preostalih 30 električnim ili drugim izvorom toplinske energije. U južnim regijama možete se voditi omjerom snage toplinske pumpe i dodatnog izvora topline, koji se često koristi u zapadnoj Europi: 50 prema 50.

Za vikendicu površine 200 m2 za 4 osobe s gubitkom topline od 70 W / m2 (izračunato za –28 ° C vanjske temperature zraka), potreba za toplinom iznosit će 14 kW. Ovoj vrijednosti dodajte 700 W za pripremu potrošne tople vode. Kao rezultat, potrebna snaga toplinske pumpe bit će 14,7 kW.

Ako postoji mogućnost privremenog nestanka struje, morate povećati taj broj za odgovarajući faktor. Recimo da je dnevno vrijeme isključivanja 4 sata, tada bi snaga dizalice topline trebala biti 17,6 kW (multiplicirajući faktor je 1,2). U slučaju monovalentnog načina rada, možete odabrati dizalicu topline zemlja-voda snage 17,1 kW, koja troši 6,0 kW električne energije.

Za dvovalentni sustav s dodatnim električnim grijačem i temperaturom opskrbe hladnom vodom od 10 ° C za potrebu dobivanja tople vode i sigurnosnog faktora, snaga dizalice topline mora biti 11,4 W, a snaga električnog kotla biti 6,2 kW (ukupno - 17,6) ... Vrhunska električna snaga koju sustav troši bit će 9,7 kW.

Približni trošak električne energije potrošene po sezoni, kada dizalica topline radi u monovalentnom načinu rada, iznosit će 500 rubalja, a u bivalentnom načinu rada na temperaturama ispod (-10 ° C) - 12.500. Trošak nosača energije kada se koristi samo odgovarajući kotao bit će: električna energija - 42.000, dizel gorivo - 25.000 i plin - oko 8.000 rubalja. (u prisutnosti isporučene cijevi i niskih cijena plina u Rusiji). Trenutno se za naše uvjete, u smislu ekonomske učinkovitosti, toplinska pumpa može uspoređivati ​​samo s plinskim kotlom nove serije, a u smislu operativnih troškova, trajnosti, sigurnosti (nije potrebna kotlovnica) i ekološke prihvatljivosti nadmašuje sve ostale vrste proizvodnje toplinske energije.

Imajte na umu da prilikom postavljanja dizalica topline prije svega treba voditi računa o izolaciji zgrade i ugradnji dvostruko ostakljenih prozora niske toplinske vodljivosti, što će smanjiti toplinske gubitke zgrade, a time i troškove rada i oprema.

https://www.patlah.ru

© "Enciklopedija tehnologija i tehnika" Patlakh V.V. 1993.-2007

Proračun vodoravnog kolektora toplinske pumpe

Učinkovitost vodoravnog kolektora ovisi o temperaturi medija u koji je uronjen, njegovoj toplinskoj vodljivosti, kao i površini dodira s površinom cijevi. Metoda izračuna prilično je složena, stoga se u većini slučajeva koriste prosječni podaci.

Vjeruje se da svaki metar izmjenjivača topline HP-u daje sljedeću toplinsku snagu:

• 10 W - kada je zakopan u suhom pjeskovitom ili stjenovitom tlu;
• 20 W - u suhom glinenom tlu;
• 25 W - u mokrom glinenom tlu;
• 35 W - u vrlo vlažnom glinenom tlu.

Dakle, za izračunavanje duljine kolektora (L), potrebnu toplinsku snagu (Q) treba podijeliti s toplinskom vrijednošću tla (p):

L = Q / str.

Navedene vrijednosti mogu se smatrati valjanima samo ako su ispunjeni sljedeći uvjeti:

• Parcela iznad kolektora nije izgrađena, nije zasjenjena niti zasađena drvećem ili grmljem.
• Udaljenost između susjednih zavoja spirale ili dijelova "zmije" iznosi najmanje 0,7 m.

Kako rade toplinske pumpe

Bilo koja dizalica topline ima radni medij koji se naziva rashladno sredstvo. Obično freon djeluje u tom svojstvu, rjeđe amonijak. Sam uređaj sastoji se od samo tri komponente:

Isparivač i kondenzator dva su spremnika koji izgledaju poput dugih zakrivljenih cijevi - zavojnica.Kondenzator je na jednom kraju povezan s izlazom kompresora, a isparivač s ulazom. Krajevi zavojnica spojeni su i na spoju između njih ugrađen je ventil za smanjenje tlaka. Isparivač je u izravnom ili neizravnom kontaktu s izvornim medijem, a kondenzator je u kontaktu sa sustavom grijanja ili opskrbom toplom vodom.

Kako radi dizalica topline

HP-ova operacija temelji se na međuovisnosti volumena plina, tlaka i temperature. Evo što se događa unutar jedinice:

1. Amonijak, freon ili drugo rashladno sredstvo, krećući se duž isparivača, zagrijava se od izvornog medija, na primjer, do temperature od +5 stupnjeva.
2. Nakon prolaska kroz isparivač, plin dolazi do kompresora, koji ga pumpa do kondenzatora.
3. Rashladno sredstvo koje kompresor ispušta zadržava se u kondenzatoru pomoću ventila za smanjenje tlaka, pa je njegov tlak ovdje veći nego u isparivaču. Kao što znate, s povećanjem tlaka temperatura bilo kojeg plina raste. Upravo se to događa s rashladnim sredstvom - zagrijava se do 60 - 70 stupnjeva. Budući da se kondenzator pere rashladnom tekućinom koja cirkulira u sustavu grijanja, on se također zagrijava.
4. Rashladno sredstvo ispušta se u malim obrocima kroz ventil za smanjenje tlaka do isparivača, gdje mu tlak ponovno pada. Plin se širi i hladi, a budući da je dio njegove unutarnje energije izgubljen kao rezultat izmjene topline u prethodnoj fazi, temperatura mu pada ispod početnih +5 stupnjeva. Nakon isparivača, ponovno se zagrijava, a zatim ga kompresor pumpa u kondenzator - i tako u krug. Znanstveno se taj proces naziva Carnotov ciklus.

Ali dizalica topline i dalje ostaje vrlo isplativa: za svaki potrošeni kWh električne energije moguće je dobiti od 3 do 5 kWh topline.

Ušteda energije

Korištenje alternativnih izvora energije danas je prioritetni zadatak za gotovo sve sfere modernog ljudskog djelovanja. Aktivno korištenje energije vjetra, vode, sunca omogućuje ne samo značajno smanjenje troškova financijskih sredstava u provedbi svih vrsta tehnoloških operacija, već ima i blagotvoran učinak na stanje okoliša (povezano sa smanjenjem emisija zagađivača u atmosferu).

Sličan trend uočava se i u sektoru stanovanja i kućanstva, s obzirom na to da se solarni kolektori, generatori vjetra, ekonomični generatori topline sve više koriste za stvaranje povoljnih životnih uvjeta, kao i da se poduzimaju mjere za poboljšanje razine toplinske izolacije svi elementi strukture.

S ekonomskog gledišta vrlo učinkovita mjera je uporaba dizalica topline - geotermalnih izvora energije. U principu, toplinske pumpe su dizajnirane na takav način da toplinu mogu doslovno pomalo izvlačiti iz okoline, a tek onda transformirati i slati na mjesto izravne uporabe. Zrak, voda, tlo mogu djelovati kao izvori energije za dizalicu topline, dok se cijeli proces ostvaruje zbog fizičkih svojstava nekih tvari (rashladnih sredstava) da ključaju na niskim temperaturama.

Dakle, troškovi tradicionalnih resursa za izvedbu predstavljenog generatora topline povezani su samo s transportom energije, dok je njegov glavni dio uključen izvana. Zbog temeljnih karakteristika dizalica topline, koeficijent njihove izvedbe može doseći 3-5 jedinica, odnosno, trošeći 100 W električne energije za rad dizalice topline, možete dobiti do 0,5 kW toplinske snage.