Dades tècniques de bombes de circulació per a sistemes de calefacció

Tipus de dissenys de bombes de calor

El tipus de bomba de calor sol denotar-se mitjançant una frase que indica el medi font i el portador de calor del sistema de calefacció.
Hi ha les següents varietats:

• ТН "aire - aire";
• ТН "aire - aigua";
• TN "sòl - aigua";
• TH "aigua - aigua".

La primera opció és un sistema split convencional que funciona en mode calefacció. L'evaporador es munta a l'exterior i a la casa s'instal·la una unitat amb condensador. Aquest últim és bufat per un ventilador, a causa del qual es subministra una massa d’aire càlid a l’habitació.

Si aquest sistema està equipat amb un intercanviador de calor especial amb broquets, s'obtindrà el tipus "aire-aigua" HP. Està connectat a un sistema de calefacció d’aigua.

L'evaporador HP del tipus "aire-aire" o "aire-aigua" es pot col·locar no a l'exterior, sinó al conducte de ventilació d'escapament (cal forçar-lo). En aquest cas, l'eficiència de la bomba de calor s'incrementarà diverses vegades.

Les bombes de calor del tipus "aigua a aigua" i "sòl a aigua" utilitzen un anomenat intercanviador de calor extern o, com també se'n diu, un col·lector per extreure calor.

Esquema de la bomba de calor

Es tracta d’un tub de bucle llarg, generalment de plàstic, per on circula un medi líquid al voltant de l’evaporador. Els dos tipus de bombes de calor representen el mateix dispositiu: en un cas, el col·lector està submergit a la part inferior d'un dipòsit superficial i, al segon, al terra. El condensador d’una bomba de calor d’aquest tipus es troba en un bescanviador de calor connectat al sistema de calefacció d’aigua calenta.

La connexió de les bombes de calor segons l'esquema "aigua-aigua" és molt menys laboriosa que la "terra-aigua", ja que no cal fer moviments de terres. A la part inferior de l'embassament, la canonada es col·loca en forma d'espiral. Per descomptat, per a aquest esquema, només és adequat un embassament que no es congeli al fons a l’hivern.

És hora d’estudiar substancialment l’experiència estrangera

Ara gairebé tothom coneix les bombes de calor capaces d’extreure calor de l’entorn per escalfar edificis i, si no fa molt de temps, un client potencial solia fer la pregunta desconcertada “com és això possible?”, Ara la pregunta “com és correcte? Fer ? "

La resposta a aquesta pregunta no és fàcil.

A la recerca de respostes a les nombroses preguntes que inevitablement sorgeixen en intentar dissenyar sistemes de calefacció amb bombes de calor, és recomanable recórrer a l’experiència d’especialistes d’aquells països on les bombes de calor en intercanviadors de calor terrestres s’utilitzen des de fa molt de temps.

Una visita * a l'exposició nord-americana AHR EXPO-2008, que es va dur a terme principalment per obtenir informació sobre els mètodes d'enginyeria de càlculs dels intercanviadors de calor del sòl, no va donar resultats directes en aquesta direcció, però es va vendre un llibre a l'exposició ASHRAE stand, algunes de les disposicions del qual van servir de base per a aquestes publicacions.

Cal dir de seguida que la transferència de la tècnica americana al sòl domèstic no és una tasca fàcil. Per als nord-americans, les coses no són les mateixes que a Europa. Només mesuren el temps en les mateixes unitats que nosaltres. Totes les altres unitats de mesura són purament americanes, o més aviat britàniques. Els nord-americans van tenir especialment mala sort amb el flux de calor, que es pot mesurar tant en unitats tèrmiques britàniques per unitat de temps, com en tones de refrigeració, que probablement es van inventar a Amèrica.

El principal problema, però, no va ser la molèstia tècnica de recalcular les unitats de mesura adoptades als Estats Units, a les quals es pot acostumar amb el pas del temps, sinó l’absència al llibre esmentat d’una base metodològica clara per construir un càlcul algorisme. Es dóna massa espai a tècniques de càlcul rutinàries i conegudes, mentre que algunes disposicions importants continuen sense ser revelades.

En particular, aquestes dades inicials relacionades físicament per al càlcul dels intercanviadors de calor terrestres verticals, com ara la temperatura del fluid que circula a l'intercanviador de calor i el factor de conversió de la bomba de calor, no es poden configurar arbitràriament i abans de procedir amb càlculs relacionats amb la calor inestable transferència a terra, cal determinar les dependències que connecten aquests paràmetres.

El criteri per a l'eficiència d'una bomba de calor és el coeficient de conversió α, el valor del qual està determinat per la relació de la seva potència tèrmica amb la potència de l'accionament elèctric del compressor. Aquest valor és una funció dels punts d’ebullició tu a l’evaporador i tk de condensació i, en relació amb les bombes de calor aigua-aigua, podem parlar de les temperatures del líquid a la sortida de l’evaporador t2I i a la sortida del condensador t2K:

? =? (t2И, t2K). (un)

L’anàlisi de les característiques del catàleg de les màquines frigorífiques en sèrie i de les bombes de calor aigua-a-aigua va permetre mostrar aquesta funció en forma d’esquema (figura 1).

Mitjançant l’esquema, és fàcil determinar els paràmetres de la bomba de calor en les primeres etapes del disseny. És obvi, per exemple, que si el sistema de calefacció connectat a la bomba de calor està dissenyat per subministrar un mitjà de calefacció amb una temperatura de flux de 50 ° C, el factor de conversió màxim possible de la bomba de calor serà d’uns 3,5. Al mateix temps, la temperatura del glicol a la sortida de l’evaporador no ha de ser inferior a + 3 ° С, cosa que significa que caldrà un intercanviador de calor del sòl costós.

Al mateix temps, si la casa s’escalfa mitjançant un terra càlid, un transportador de calor amb una temperatura de 35 ° C entrarà al sistema de calefacció des del condensador de la bomba de calor. En aquest cas, la bomba de calor podrà funcionar de manera més eficient, per exemple, amb un factor de conversió de 4,3, si la temperatura del glicol refredat a l’evaporador és d’uns –2 ° C.

Mitjançant fulls de càlcul d'Excel, podeu expressar la funció (1) com una equació:

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

Si, amb el factor de conversió desitjat i un valor determinat de la temperatura del refrigerant del sistema de calefacció alimentat per una bomba de calor, és necessari determinar la temperatura del líquid refredat a l’evaporador, es pot representar l’equació (2) com:

(3)

Podeu triar la temperatura del refrigerant al sistema de calefacció amb els valors donats del coeficient de conversió de la bomba de calor i la temperatura del líquid a la sortida de l’evaporador mitjançant la fórmula:

(4)

En les fórmules (2) ... (4) les temperatures s’expressen en graus Celsius.

Després d’haver identificat aquestes dependències, ara podem anar directament a l’experiència nord-americana.

Mètode de càlcul de les bombes de calor

Per descomptat, el procés de selecció i càlcul d’una bomba de calor és una operació tècnicament molt complicada i depèn de les característiques individuals de l’objecte, però es pot reduir aproximadament a les etapes següents:

Es determina la pèrdua de calor a través de l'envolvent de l'edifici (parets, sostres, finestres, portes). Això es pot fer aplicant la proporció següent:

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

tnar - temperatura de l'aire exterior (° С);

tvn - temperatura interna de l'aire (° С);

S és la superfície total de totes les estructures tancades (m2);

n - coeficient que indica la influència de l’entorn sobre les característiques de l’objecte.Per a habitacions en contacte directe amb l'entorn exterior a través dels sostres n = 1; per a objectes amb pisos golfes n = 0,9; si l'objecte està situat sobre el soterrani n = 0,75;

β és el coeficient de pèrdua de calor addicional, que depèn del tipus d’estructura i de la seva ubicació geogràfica. β pot variar de 0,05 a 0,27;

RT - resistència tèrmica, es determina per la següent expressió:

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

δі / λі és un indicador calculat de conductivitat tèrmica dels materials utilitzats en la construcció.

αout és el coeficient de dissipació tèrmica de les superfícies exteriors de les estructures tancants (W / m2 * оС);

αin: el coeficient d’absorció tèrmica de les superfícies internes de les estructures tancants (W / m2 * оС);

- La pèrdua de calor total de l'estructura es calcula mitjançant la fórmula:

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

Qi: consum d'energia per escalfar l'aire que entra a l'habitació per fuites naturals;

Qbp: alliberament de calor a causa del funcionament dels electrodomèstics i de les activitats humanes.

2. A partir de les dades obtingudes, es calcula el consum anual d’energia tèrmica per a cada objecte individual:

Any = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / hora a l'any.) on:

tвн: temperatura recomanada de l'aire interior;

tnar: temperatura de l'aire exterior;

tout.av: el valor mitjà aritmètic de la temperatura de l'aire exterior durant tota la temporada de calefacció;

d és el nombre de dies del període de calefacció.

3. Per fer una anàlisi completa, també haureu de calcular el nivell de potència tèrmica necessària per escalfar l'aigua:

Qgv = V * 17 (kW / hora a l'any) On:

V és el volum d’escalfament diari d’aigua fins a 50 ° С.

A continuació, el consum total d’energia tèrmica es determinarà mitjançant la fórmula:

Q = Qgv + Qyear (kW / hora a l'any).

Tenint en compte les dades obtingudes, no serà difícil triar la bomba de calor més adequada per a la calefacció i el subministrament d’aigua calenta. A més, la potència calculada es determinarà com a. Qtn = 1,1 * Q, on:

Qtn = 1,1 * Q, on:

1.1 és un factor de correcció que indica la possibilitat d'augmentar la càrrega de la bomba de calor durant el període de temperatures crítiques.

Després de calcular les bombes de calor, podeu seleccionar la bomba de calor més adequada capaç de proporcionar els paràmetres de microclima requerits en habitacions amb qualsevol característica tècnica. I donada la possibilitat d’integrar aquest sistema amb una unitat de control de temperatura, es pot destacar un sòl càlid no només per la seva funcionalitat, sinó també pel seu elevat cost estètic.

Fórmula per comptar

Vies de pèrdua de calor a la casa

La bomba de calor és capaç d’afrontar completament la calefacció de l’espai.

Per triar la unitat que més us convingui, heu de calcular la potència necessària.

En primer lloc, heu d’entendre el balanç de calor de l’edifici. Per a aquests càlculs, podeu utilitzar els serveis d’especialistes, una calculadora en línia o vosaltres mateixos mitjançant una fórmula senzilla:

R = (k x V x T) / 860, en què:

R - consum d'energia de l'habitació (kW / hora); k és el coeficient mitjà de pèrdua de calor de l'edifici: per exemple, igual a 1 - un edifici perfectament aïllat i 4 - una caserna feta de taulons; V és el volum total de tota la sala climatitzada, en metres cúbics; T és la diferència màxima de temperatura entre l'exterior i l'interior de l'edifici. 860 és el valor necessari per convertir el kcal resultant en kW.

En el cas d’una bomba de calor geotèrmica aigua-a-aigua, també cal calcular la longitud requerida del circuit que hi haurà al dipòsit. El càlcul és encara més senzill aquí.

Se sap que 1 metre de col·lector dóna uns 30 watts. En altres paraules, 1 kW de potència de la bomba requereix 22 metres de canonades. Sabent la potència necessària de la bomba, podem calcular fàcilment quantes canonades necessitem per fer el circuit.

Càlcul basat en l'exemple del sistema aigua-aigua

Calculem, per exemple, una casa amb les dades inicials següents:

• superfície climatitzada de 300 m²;
• alçada del sostre 2,8 m;
• l'edifici està ben aïllat;
• la temperatura mínima exterior a l’hivern és de -25 graus;
• temperatura ambient confortable +22 graus.

Primer de tot, calculem el volum escalfat de l’habitació: 300 m². x 2,8 m = 840 metres cúbics

A continuació, calculem el valor "T": 22 - (-25) = 45 graus.

Substituïm aquestes dades per la fórmula: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kWh

Hem rebut la capacitat necessària de la bomba de calor de 44 kW / h. Podem determinar fàcilment que per al seu funcionament necessitem un col·lector amb una longitud total d'almenys 968 metres.

També us pot interessar un article sobre com fer una estufa dièsel de bricolatge dièsel: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/pech-kapelnitsa-svoimi-rukami.html

Tan per a una habitació ben aïllada amb una superfície de 300 m² és adequada una bomba amb una potència mínima de 44 kW. Com a altres llocs, és millor fer una reserva d’alimentació d’un 10% com a mínim. Per tant, és millor comprar una unitat de 48-49 kW.

Tard o d’hora arribarem a l’ús de l’energia alternativa i podrem fer el primer pas avui. Mitjançant bombes de calor, reduirà els costos de calefacció, us independitzareu dels proveïdors de gas o carbó i preservareu l’ecologia del vostre planeta natal.

Amb l’ajut d’aquest article, podreu calcular els paràmetres dels equips geotèrmics que s’adaptaran als vostres locals. Però no oblideu que els professionals faran tot el possible. I sempre tindreu algú que us pregunti si el sistema no funciona correctament.

Mireu un vídeo en què un especialista explica detalladament els principis del càlcul de la potència d’una bomba de calor per escalfar una casa:

Tipus de bombes de calor

Les bombes de calor es divideixen en tres tipus principals segons la font d'energia de baix grau:

• Aire.
• Imprimació.
• Aigua: la font pot ser aigües subterrànies i aigües superficials.

Per als sistemes de calefacció d’aigua, més habituals, s’utilitzen els següents tipus de bombes de calor:

Aire-aigua és una bomba de calor tipus aire que escalfa un edifici aspirant l’aire des de l’exterior a través d’una unitat externa. Funciona segons el principi d’un aparell d’aire condicionat, només al revés, convertint l’energia de l’aire en calor. Aquesta bomba de calor no requereix grans costos d’instal·lació, no és necessari assignar-hi un terreny i, a més, perforar un pou. No obstant això, l'eficiència del funcionament a baixes temperatures (-25 ° C) disminueix i es necessita una font addicional d'energia tèrmica.

El dispositiu "aigua subterrània" es refereix a geotèrmica i produeix calor des del sòl mitjançant un col·lector situat a una profunditat inferior a la congelació del sòl. A més, hi ha una dependència de la zona del lloc i del paisatge, si el col·lector es troba horitzontalment. Per a la col·locació vertical, haureu de foradar un pou.

"Aigua-a-aigua" s'instal·la allà on hi ha una massa d'aigua o d'aigua subterrània a prop. En el primer cas, el dipòsit es col·loca a la part inferior del dipòsit; en el segon, es forada un pou o bé diversos, si la zona del lloc ho permet. De vegades, la profunditat de les aigües subterrànies és massa profunda, de manera que el cost d’instal·lar una bomba de calor d’aquest tipus pot ser molt alt.

Cada tipus de bomba de calor té els seus propis avantatges i desavantatges, si l’edifici està lluny del dipòsit o les aigües subterrànies són massa profundes, llavors l’aigua a l’aigua no funcionarà. "Aire-aigua" només serà rellevant en regions relativament càlides, on la temperatura de l'aire a la temporada freda no baixa de -25 ° C.

Com funciona una bomba de calor

Una bomba de calor moderna és molt similar a una nevera habitual.

Què és una bomba geotèrmica o, en altres paraules, una bomba de calor? Es tracta d’un equip capaç de transferir la calor de la font al consumidor. Considerem el principi del seu funcionament a l'exemple de la primera implementació pràctica de la idea.

El principi de funcionament de les bombes geotèrmiques es va conèixer ja als anys 50 del segle XIX. A la pràctica, aquests principis només es van aplicar a mitjan segle passat.

Un dia, un experimentador anomenat Weber estava ordenant un congelador i va tocar accidentalment un tub de condensador en flames.Se li va ocórrer una idea de per què la calor no va enlloc i no aporta cap benefici? Sense pensar-s’ho dues vegades, va allargar la canonada i la va posar en un dipòsit per escalfar aigua.

Hi havia tanta aigua calenta que no sabia què fer-ne. Calia anar més enllà: com escalfar l’aire amb aquest senzill sistema? La solució va resultar ser molt senzilla i, per tant, no menys enginyosa.

L’aigua calenta es condueix en espiral a través d’una bobina i, a continuació, un ventilador bufa aire calent per la casa. Tot enginyós és senzill! Weber era un home mesurat i, amb el pas del temps, se li va acudir la idea de com prescindir d’un congelador. Hem d’extreure calor de la terra!

Després d’haver enterrat les canonades de coure i bombar-les amb freó (el mateix gas que s’utilitza a les neveres), va començar a rebre energia tèrmica de les profunditats. Creiem que amb aquest exemple, tothom entendrà el principi de funcionament d’una bomba de calor.

També us suggerim que llegiu sobre el miracle del forn de gasoil al següent article:

Mètode per calcular la potència d'una bomba de calor

A més de determinar la font d’energia òptima, caldrà calcular la potència de la bomba de calor necessària per escalfar. Depèn de la quantitat de pèrdua de calor a l'edifici. Calculem la potència d’una bomba de calor per escalfar una casa amb un exemple concret.

Per a això, fem servir la fórmula Q = k * V * ∆T, on

• Q és la pèrdua de calor (kcal / hora). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V és el volum de la casa en m3 (l'àrea es multiplica per l'alçada dels sostres);
• ∆Т és la proporció de les temperatures mínimes fora i dins del recinte durant el període més fred de l'any, ° С. Restar l'exterior del tº interior;
• k és el coeficient de transferència de calor generalitzat de l'edifici. Per a un edifici de maó amb maçoneria en dues capes k = 1; per a un edifici ben aïllat k = 0,6.

Així, el càlcul de la potència de la bomba de calor per escalfar una casa de maó de 100 metres quadrats i una alçada del sostre de 2,5 m, amb una diferència ttº des de -30º a l’exterior fins a + 20º a l’interior, serà el següent:

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

12500/860 = 14,53 kW. És a dir, per a una casa de maó estàndard amb una superfície de 100 m, es necessitarà un dispositiu de 14 quilowatts.

El consumidor accepta l'elecció del tipus i la potència de la bomba de calor en funció de diverses condicions:

• característiques geogràfiques de la zona (proximitat a les masses d’aigua, presència d’aigües subterrànies, zona lliure per a col·lectors);
• característiques del clima (temperatura);
• tipus i volum intern de la sala;
• oportunitats financeres.

Tenint en compte tots els aspectes anteriors, podreu fer la millor elecció d’equips. Per a una selecció més eficaç i correcta d’una bomba de calor, és millor contactar amb especialistes, ja que podran fer càlculs més detallats i proporcionar la viabilitat econòmica d’instal·lar l’equip.

Durant molt de temps i amb molt d’èxit, les bombes de calor s’utilitzen en frigorífics i aparells d’aire condicionat domèstics i industrials.

Avui en dia, aquests dispositius s’han començat a fer servir per fer una funció de naturalesa oposada: escalfar un habitatge durant el fred.

Vegem com s’utilitzen les bombes de calor per escalfar cases particulars i què cal saber per calcular correctament tots els seus components.

Principals varietats

Sistemes d’extracció de calor. (Feu clic per ampliar)

• aire-aire és, en essència, un condicionador d’aire convencional;
• aire-aigua: afegim un bescanviador de calor a l’aire condicionat i ja escalfem l’aigua;
• terra-aigua: enterrem el col·lector de les canonades al terra i a la sortida escalfem l’aigua;
• aigua-aigua: les canonades es col·loquen en un dipòsit obert o subterrani i donen calor al sistema de calefacció de l’edifici.

(Podeu trobar una classificació detallada de les bombes de calor per escalfar en aquest article).

Exemple de càlcul de la bomba de calor

Seleccionarem una bomba de calor per al sistema de calefacció d’una casa d’un pis amb una superfície total de 70 m². m amb una alçada de sostre estàndard (2,5 m), arquitectura racional i aïllament tèrmic de les estructures de tancament que compleix els requisits dels codis de construcció moderns. Per escalfar el 1r trimestre.m d'un tal objecte, d'acord amb les normes generalment acceptades, cal gastar 100 W de calor. Per tant, per escalfar tota la casa necessitareu:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW d’energia tèrmica.

Triem una bomba de calor de la marca "TeploDarom" (model L-024-WLC) amb una potència tèrmica de W = 7,7 kW. El compressor de la unitat consumeix N = 2,5 kW d’electricitat.

Càlcul de l’embassament

El sòl del lloc destinat a la construcció del col·lector és argilós, el nivell de les aigües subterrànies és elevat (prenem el poder calorífic p = 35 W / m).

La potència del col·lector es determina per la fórmula:

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

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

Basant-nos en el fet que és irracional establir un circuit de més de 100 m de longitud a causa d’una resistència hidràulica excessivament elevada, acceptem el següent: el col·lector de la bomba de calor constarà de dos circuits de 100 m i 50 m de llarg.

L’àrea del lloc que s’haurà d’assignar al col·lector es determina mitjançant la fórmula:

S = L x A,

On A és el pas entre seccions adjacents del contorn. Acceptem: A = 0,8 m.

Llavors S = 150 x 0,8 = 120 metres quadrats m.

Càlculs

Com ja sabeu, les bombes de calor utilitzen fonts d’energia lliures i renovables: calor de l’aire, sòl, subterrani, residual i residual dels processos tecnològics de baix potencial, masses d’aigua oberts sense congelació. Es gasta electricitat en això, però la proporció de la quantitat d'energia calorífica rebuda amb la quantitat d'energia elèctrica consumida és d'aproximadament 3-6.

Més precisament, les fonts de calor de baixa qualitat poden ser aire exterior amb una temperatura de –10 a + 15 ° С, aire eliminat de l’habitació (15-25 ° С), subsòl (4-10 ° С) i aigües subterrànies ( més de 10 ° C), aigua del llac i del riu (0-10 ° С), superfície (0-10 ° С) i sòl profund (més de 20 m) (10 ° С).

Hi ha dues opcions per obtenir calor de baixa qualitat del sòl: col·locar canonades metàl·liques-plàstiques a les trinxeres de 1,2-1,5 m de profunditat o en pous verticals de 20 a 100 m de profunditat. m de profunditat. Això redueix significativament la longitud total de les rases. La transferència màxima de calor del sòl superficial és de 50 a 70 kWh / m2 a l'any. La vida útil de les rases i pous és de més de 100 anys.

Exemple de càlcul de la bomba de calor

Condicions inicials: cal triar una bomba de calor per a la calefacció i el subministrament d’aigua calenta d’una casa de camp de dos pisos amb una superfície de 200m2; la temperatura de l’aigua del sistema de calefacció ha de ser de 35 ° C; la temperatura mínima del refrigerant és de 0 ° С. La pèrdua de calor de l’edifici és de 50W / m2. Sòl argilós, sec.

Càlcul:

Potència tèrmica necessària per a la calefacció: 200 * 50 = 10 kW;

Potència de calor necessària per al subministrament d’aigua calenta i calefacció: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Per escalfar l'edifici, es va seleccionar una bomba de calor WW H R P C 12 amb una potència de 14,79 kW (la mida estàndard més gran més propera), que gasta 3,44 kW per escalfar freó. L’eliminació de calor de la capa superficial del sòl (argila seca) q equival a 20 W / m. Calculem:

1) la potència tèrmica requerida del col·lector Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) la longitud total de les canonades L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m. Per organitzar aquest col·lector, es requereixen 6 circuits amb una longitud de 100 m;

3) amb un pas de col·locació de 0,75 m, la superfície requerida del lloc és A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) consum total de solució de glicol (25%)

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

dt és la diferència de temperatura entre les línies de subministrament i de retorn, sovint presa igual a 3 K. El cabal per circuit és de 0,584 m3 / h. Per al dispositiu col·lector, seleccionem un tub de plàstic reforçat de mida estàndard 32 (per exemple, PE32x2). La pèrdua de pressió en la mateixa serà de 45 Pa / m; la resistència d'un circuit és d'aproximadament 7 kPa; cabal de refrigerant: 0,3 m / s.

Càlcul del col·lector horitzontal de la bomba de calor

L’eliminació de la calor de cada metre de la canonada depèn de molts paràmetres: la profunditat d’instal·lació, la disponibilitat d’aigües subterrànies, la qualitat del sòl, etc. Aproximadament es pot considerar que per als col·lectors horitzontals és de 20 W / m. Més precisament: sorra seca - 10, argila seca - 20, argila humida - 25, argila amb un alt contingut d’aigua - 35 W / m. La diferència de temperatura del refrigerant en les línies directa i de tornada del bucle en els càlculs sol ser de 3 ° C. No s’haurien d’aixecar estructures al lloc que hi ha a sobre del col·lector, de manera que la calor de la terra es reposi amb radiació solar. La distància mínima entre les canonades col·locades ha de ser de 0,7-0,8 m.La longitud d’una rasa sol estar entre 30 i 120 m. Es recomana utilitzar una solució de glicol al 25% com a refrigerant principal. En els càlculs, s’ha de tenir en compte que la seva capacitat tèrmica a una temperatura de 0 ° C és de 3,7 kJ / (kg K) i la seva densitat és d’1,05 g / cm3. Quan s’utilitza anticongelant, la pèrdua de pressió a les canonades és 1,5 vegades superior a la que fa circular l’aigua. Per calcular els paràmetres del circuit primari de la instal·lació de la bomba de calor, caldrà determinar el cabal de l’anticongelant: Vs = Qo · 3600 / (1,05 · 3,7 · .t), on .t és la diferència de temperatura entre línies de subministrament i retorn, que sovint es pren igual a 3 K, i Qo és la potència tèrmica rebuda d’una font de baix potencial (terra). Aquest últim valor es calcula com la diferència entre la potència total de la bomba de calor Qwp i la potència elèctrica gastada en escalfar el freó P: Qo = Qwp - P, kW. La longitud total de les canonades de col·lecció L i l'àrea total de la secció que hi ha sota A es calculen mitjançant les fórmules: L = Qo / q, A = L · da. Aquí q és l'eliminació de calor específica (a partir d'1 m de canonada); da és la distància entre les canonades (pas de col·locació).

Càlcul de sonda

Quan s’utilitzen pous verticals amb una profunditat de 20 a 100 m, s’hi submergeixen tubs de plàstic metàl·lic o de plàstic (amb diàmetres superiors a 32 mm) en forma d’U. Com a regla general, s’introdueixen dos llaços en un pou, després dels quals s’omple de morter de ciment. De mitjana, la potència calorífica específica d’una sonda d’aquest tipus es pot prendre igual a 50 W / m. També podeu centrar-vos en les dades següents sobre la producció de calor:

* roques sedimentàries seques: 20 W / m;

* sòl pedregós i roques sedimentàries saturades d'aigua: 50 W / m;

* roques amb alta conductivitat tèrmica: 70 W / m;

* aigua subterrània - 80 W / m.

La temperatura del sòl a una profunditat de més de 15 m és constant i és aproximadament de + 10 ° С. La distància entre els pous ha de ser superior a 5 m. Si hi ha corrents subterranis, els pous s’han de situar en una línia perpendicular al cabal. La selecció dels diàmetres de les canonades es realitza en funció de la pèrdua de pressió per al cabal de refrigerant requerit. El càlcul del cabal del líquid es pot dur a terme per t = 5 ° С. Exemple de càlcul. Les dades inicials són les mateixes que en el càlcul anterior del col·lector horitzontal. Amb una eliminació de calor específica de la sonda de 50 W / mi la potència necessària d’11,35 kW, la longitud de la sonda L hauria de ser de 225 m. .0); en total: 6 circuits de 150 m cadascun.

El cabal total del refrigerant a .t = 5 ° С serà de 2,1 m3 / h; cabal a través d’un circuit: 0,35 m3 / h. Els circuits tindran les següents característiques hidràuliques: pèrdua de pressió a la canonada - 96 Pa / m (portador de calor - solució de glicol al 25%); resistència del bucle: 14,4 kPa; velocitat de cabal: 0,3 m / s.

Recuperació de la bomba de calor

Quan es tracta del temps que triga una persona a retornar els seus diners invertits en alguna cosa, significa la rendibilitat de la mateixa inversió. En el camp de la calefacció, tot és bastant difícil, ja que ens proporcionem comoditat i calor, i tots els sistemes són cars, però en aquest cas, podeu buscar una opció que retornés els diners gastats reduint els costos durant l’ús. I quan comenceu a buscar una solució adequada, ho compareu tot: una caldera de gas, una bomba de calor o una caldera elèctrica. Analitzarem quin sistema pagarà els pagaments de manera més ràpida i eficient.

El concepte d'amortització, en aquest cas, la introducció d'una bomba de calor per modernitzar el sistema de subministrament de calor existent, per dir-ho simplement, es pot explicar de la següent manera:

Hi ha un sistema: una caldera de gas individual, que proporciona subministrament autònom de calefacció i aigua calenta. Hi ha un aire condicionat de sistema dividit que proporciona fred a una habitació. S'han instal·lat 3 sistemes dividits en diferents sales.

I hi ha una tecnologia avançada més econòmica: una bomba de calor que escalfa / refreda les cases i escalfa l’aigua en les quantitats adequades per a una casa o apartament. Cal determinar quant han canviat el cost total dels equips i els costos inicials, i també estimar quant han disminuït els costos operatius anuals dels tipus d’equips seleccionats. I per determinar quants anys, amb els estalvis resultants, es pagaran els equips més cars.Idealment, es comparen diverses solucions de disseny proposades i se selecciona la més rendible.

Realitzarem el càlcul i vyyaski, quin és el període de recuperació d'una bomba de calor a Ucraïna

Considerem un exemple concret

• La casa està distribuïda en dues plantes, ben aïllada, amb una superfície total de 150 m².
• Sistema de distribució de calor / calefacció: circuit 1 - calefacció per terra radiant, circuit 2 - radiadors (o ventiloconvectors).
• Es va instal·lar una caldera de gas per a la calefacció i el subministrament d’aigua calenta sanitària (ACS), per exemple, 24kW, de doble circuit.
• Sistema d'aire condicionat a partir de sistemes dividits per a 3 habitacions de la casa.

Despeses anuals de calefacció i escalfament d’aigua

1. El cost aproximat d’una sala de calderes amb una caldera de gas de 24 kW (caldera, canonades, cablejat, dipòsit, comptador, instal·lació) és d’uns 1000 euros. Un sistema d’aire condicionat (un sistema dividit) per a aquesta casa costarà uns 800 euros. En total amb l’arranjament de la caldera, treballs de disseny, connexió a la xarxa de gasoductes i treballs d’instal·lació - 6100 euros.

1. El cost aproximat de la bomba de calor Mycond amb sistema de fan coil addicional, treballs d’instal·lació i connexió a la xarxa elèctrica és de 6.650 euros.

1. El creixement de la inversió és: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euros (o aproximadament 16500 UAH)
2. La reducció dels costos operatius és: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Període de recuperació Tocup. = 16500/19608 = 0,84 anys!

Facilitat d'ús de la bomba de calor

Les bombes de calor són l’equip més versàtil, multifuncional i d’eficiència energètica per escalfar una llar, un apartament, una oficina o una instal·lació comercial.

Un sistema de control intel·ligent amb programació setmanal o diària, commutació automàtica d’establiments estacionals, manteniment de la temperatura a la casa, modes econòmics, control d’una caldera esclava, caldera, bombes de circulació, control de temperatura en dos circuits de calefacció, és el més avançat i avançat. El control inversor del funcionament del compressor, el ventilador i les bombes permet un màxim estalvi d’energia.

Funcionament de la bomba de calor quan es treballa segons l'esquema d'aigua subterrània

El col·lector es pot enterrar de tres maneres.

Opció horitzontal

Les canonades es col·loquen en trinxeres com una serp a una profunditat que supera la profunditat de congelació del sòl (de mitjana, d’1 a 1,5 m).
Aquest col·lector requerirà un terreny d’una superfície prou gran, però qualsevol propietari pot construir-lo; no calen cap altra habilitat que la capacitat de treballar amb una pala.

Tot i això, s’ha de tenir en compte que la construcció d’un intercanviador de calor a mà és un procés força laboriós.

Opció vertical

Les canonades de l'embassament en forma de bucles amb la forma de la lletra "U" estan submergides en pous amb una profunditat de 20 a 100 m. Si cal, es poden construir diversos pous d'aquest tipus. Després d’instal·lar les canonades, els pous s’omplen amb morter de ciment.

L’avantatge d’un col·lector vertical és que es necessita una superfície molt petita per a la seva construcció. Tanmateix, no hi ha manera de perforar pous de més de 20 m de profunditat pel vostre compte: haureu de contractar un equip de perforadors.

Opció combinada

Aquest col·lector es pot considerar una mena de col·lector horitzontal, però es necessita molt menys espai per a la seva construcció.
Al lloc s’excava un pou rodó amb una profunditat de 2 m.

Els tubs de l’intercanviador de calor es col·loquen en espiral, de manera que el circuit és com una molla instal·lada verticalment.

Un cop finalitzada la instal·lació, el pou s’omple. Com en el cas d’un bescanviador de calor horitzontal, es pot fer tota la feina necessària a mà.

El col·lector s'omple amb una solució anticongelant o anticongelant o etilenglicol.Per garantir la seva circulació, es talla una bomba especial al circuit. Després d’haver absorbit la calor del sòl, l’anticongelant es dirigeix ​​a l’evaporador, on té lloc l’intercanvi de calor entre aquest i el refrigerant.

Cal tenir en compte que l'extracció il·limitada de calor del sòl, especialment quan el col·lector es troba en posició vertical, pot provocar conseqüències indesitjables per a la geologia i l'ecologia del lloc. Per tant, durant el període estival és molt desitjable fer funcionar la bomba de calor del tipus "sòl - aigua" en mode invers - aire condicionat.

El sistema de calefacció de gas té molts avantatges i un dels principals és el baix cost del gas. Com equipar la calefacció de la llar amb gas, el sistema de calefacció d’una casa particular amb caldera de gasoil us demanarà. Penseu en els requisits de disseny i substitució del sistema de calefacció.

Llegiu les característiques de l'elecció de plaques solars per a la calefacció de la llar en aquest tema.

Càlcul del col·lector horitzontal de la bomba de calor

L'eficiència d'un col·lector horitzontal depèn de la temperatura del medi en què està immers, la seva conductivitat tèrmica i la zona de contacte amb la superfície de la canonada. El mètode de càlcul és força complicat, per tant, en la majoria dels casos s’utilitzen dades mitjanes.

Es creu que cada metre de l’intercanviador de calor proporciona a l’HP la següent producció de calor:

• 10 W: quan està enterrat en sòls arenosos o rocosos;
• 20 W - en terra argilosa seca;
• 25 W - en terra argilosa humida;
• 35 W - en terra argilosa molt humida.

Per tant, per calcular la longitud del col·lector (L), s’ha de dividir la potència tèrmica necessària (Q) pel poder calorífic del sòl (p):

L = Q / p.

Els valors indicats només es poden considerar vàlids si es compleixen les condicions següents:

• El terreny situat al damunt del col·lector no està edificat, no està ombrejat ni està plantat d’arbres o arbustos.
• La distància entre les voltes adjacents de l'espiral o seccions de la "serp" és d'almenys 0,7 m.

Com funcionen les bombes de calor

Qualsevol bomba de calor té un medi de treball anomenat refrigerant. Normalment el freó actua en aquesta capacitat, menys sovint amb amoníac. El dispositiu en si només consta de tres components:

L’evaporador i el condensador són dos tancs, que semblen tubs llargs corbats: bobines. El condensador està connectat per un extrem a la sortida del compressor i l’evaporador a l’entrada. Els extrems de les bobines s’uneixen i s’instal·la una vàlvula reductora de pressió a la unió entre elles. L'evaporador està en contacte - directament o indirectament - amb el medi font i el condensador està en contacte amb el sistema de calefacció o ACS.

Com funciona la bomba de calor

L'operació HP es basa en la interdependència del volum, la pressió i la temperatura del gas. Això és el que passa dins de la unitat:

1. L’amoniac, el freó o un altre refrigerant, que es mou al llarg de l’evaporador, s’escalfa des del medi font, per exemple, a una temperatura de +5 graus.
2. Després de passar per l’evaporador, el gas arriba al compressor, que el bombeja fins al condensador.
3. El refrigerant descarregat pel compressor es manté al condensador mitjançant la vàlvula reductora de pressió, de manera que la seva pressió és més alta aquí que a l’evaporador. Com ja sabeu, a mesura que augmenta la pressió, la temperatura de qualsevol gas augmenta. Això és exactament el que passa amb el refrigerant: s’escalfa fins a 60 - 70 graus. Com que el condensador és rentat pel refrigerant que circula al sistema de calefacció, aquest últim també s’escalfa.
4. El refrigerant es descarrega en petites porcions a través de la vàlvula reductora de pressió fins a l’evaporador, on la seva pressió torna a caure. El gas s’expandeix i es refreda i, atès que es va perdre part de la seva energia interna com a conseqüència de l’intercanvi de calor a l’etapa anterior, la seva temperatura baixa per sota dels +5 graus inicials. Després de l’evaporador, es torna a escalfar i després el compressor el bombeja al condensador, i així successivament en cercle. Científicament, aquest procés s’anomena cicle de Carnot.

Però la bomba de calor continua sent molt rendible: per cada kW * h gastat d’electricitat, és possible obtenir de 3 a 5 kW * h de calor.

Accessoris de fabricació pròpia per a un sistema de calefacció amb bomba de calor

És bastant difícil per a un propietari normal competir amb les bombes de calor industrials de fabricants nacionals i estrangers, tot i que la seva instal·lació i fabricació d’unitats individuals no és una feina impossible. La tasca principal a l’hora d’instal·lar una bomba de calor és la correcció dels càlculs, ja que en cas d’error, el sistema pot tenir una eficiència baixa i esdevenir ineficaç.

Compressor

Per a la instal·lació, en necessitareu un de nou o usat. el compressor està en bon estat de funcionament amb un recurs no caducat de potència adequada. La potència típica del compressor ha de ser del 20 al 30% de la calculada; podeu utilitzar unitats de fàbrica estàndard per a refrigeradors o aparells d’aire condicionat en espiral, que tenen una eficiència superior en comparació amb els dispositius de pistó.

Evaporador i condensador

Per refredar i escalfar líquids, solen passar-se per canonades de coure col·locades en un recipient amb un intercanviador de calor. Per augmentar l'àrea de refrigeració, la canonada de coure es disposa en forma d'espiral, la longitud requerida es calcula mitjançant la fórmula per calcular l'àrea dividida per la secció. El volum del dipòsit d’intercanvi de calor es calcula en funció de la implementació d’un intercanvi de calor efectiu, el valor mitjà habitual és d’uns 120 litres. Per a una bomba de calor, és racional utilitzar canonades per a condicionadors d’aire, que inicialment tenen forma d’espiral i s’implementen en bobines.

Fig. 3 Tub de coure i dipòsit per a l'intercanviador de calor

Molts fabricants de bombes de calor han substituït aquest mètode de construcció d’intercanviadors de calor per un altre de més compacte, mitjançant l’intercanvi de calor segons el principi de “pipe in pipe”. El diàmetre estàndard de la canonada de plàstic per a l’evaporador és de 32 mm, s’hi col·loca una canonada de coure amb un diàmetre de 19 mm, l’evaporador està aïllat tèrmicament, la longitud total de l’intercanviador de calor és d’uns 10-12 m. condensador, es pot utilitzar 25 mm. canonada metall-plàstic i 12,7 mm. coure.

Fig 4. Muntatge i aparença d’un intercanviador de calor de tubs de coure i plàstic

Per augmentar la superfície i l’eficiència de l’intercanviador de calor, alguns artesans torquen una trena de diverses canonades de coure de petit diàmetre, les transfereixen amb un fil fi i col·loquen l’estructura en plàstic. Això permet obtenir una àrea d'intercanvi de calor d'aproximadament 1 metre cúbic en una secció de 10 metres.

Vàlvula d'expansió termostàtica

El dispositiu adequat controla el nivell d’ompliment de l’evaporador i és el principal responsable del rendiment de tot el sistema. Per exemple, si el flux de refrigerant és massa alt, no tindrà temps d’evaporar-se completament i les gotes de líquid entraran al compressor, cosa que provocarà una interrupció del seu funcionament i una disminució de la temperatura del gas de sortida. Una quantitat massa petita de freó a l’evaporador després d’augmentar la temperatura al compressor no serà suficient per escalfar el volum d’aigua requerit.

Fig. 5 Equipament bàsic per a una bomba de calor

Sensors

Per facilitar l’ús, el control de funcionament, la detecció d’errors i la configuració del sistema, calen sensors de temperatura incorporats. La informació és important en totes les etapes del funcionament del sistema, només amb la seva ajuda, segons les fórmules, és possible establir el paràmetre més important de l’equip instal·lat per a les bombes de calor d’aigua: l’indicador d’eficiència COP.

Equip de bombes

Quan les bombes de calor estan en funcionament, l’entrada i subministrament d’aigua d’un pou, un pou o un dipòsit obert es realitza mitjançant bombes d’aigua. Es poden utilitzar tipus submergibles o superficials, normalment la seva potència és baixa, amb 100 a 200 watts són suficients per subministrar aigua. Per controlar el funcionament, protegiu les bombes i el sistema, s’instal·len addicionalment filtres, un manòmetre, comptadors d’aigua i l’automatització més senzilla.

Fig. 6 Aspecte d’una bomba de calor autoassemblada

El muntatge fet per si mateix d’equips de bombament de calor no presenta grans dificultats en la capacitat de manejar una eina especial per soldar i soldar coure. El treball realitzat ajudarà a estalviar fons significatius: el cost dels components serà d’uns 600 dòlars. És a dir, la compra d'equips industrials costarà deu vegades més (uns 6.000 dòlars). Una estructura autoassemblada, quan es calcula i configura correctament, té una eficiència (COP) d’aproximadament 4, que correspon als dissenys industrials.

Us aconsellem llegir: Opcions de treball de la bomba de calor Feu-ho vosaltres mateixos

pot ser