Dati tecnici pompe di circolazione per impianti di riscaldamento

Tipi di design della pompa di calore

Il tipo di pompa di calore è solitamente indicato da una frase che indica il mezzo sorgente e il vettore di calore dell'impianto di riscaldamento.
Esistono le seguenti varietà:

• ТН "aria - aria";
• ТН "aria - acqua";
• TN "suolo - acqua";
• TH "acqua - acqua".

La prima opzione è un sistema split convenzionale che funziona in modalità di riscaldamento. L'evaporatore è montato all'esterno e un'unità con condensatore è installata all'interno dell'abitazione. Quest'ultimo viene soffiato da un ventilatore, grazie al quale viene fornita una massa d'aria calda alla stanza.

Se un tale sistema è dotato di uno speciale scambiatore di calore con ugelli, si otterrà il tipo HP "aria-acqua". È collegato a un sistema di riscaldamento dell'acqua.

L'evaporatore HP del tipo "aria-aria" o "aria-acqua" può essere posizionato non all'esterno, ma nel condotto di ventilazione di scarico (deve essere forzato). In questo caso, l'efficienza della pompa di calore verrà aumentata più volte.

Le pompe di calore del tipo "acqua-acqua" e "suolo-acqua" utilizzano un cosiddetto scambiatore di calore esterno o, come viene anche chiamato, un collettore per estrarre calore.

Diagramma schematico della pompa di calore

Si tratta di un lungo tubo ad anello, solitamente di plastica, attraverso il quale circola un mezzo liquido attorno all'evaporatore. Entrambi i tipi di pompe di calore rappresentano lo stesso dispositivo: in un caso, il collettore è immerso sul fondo di un serbatoio di superficie e nel secondo nel terreno. Il condensatore di una tale pompa di calore si trova in uno scambiatore di calore collegato al sistema di riscaldamento dell'acqua calda.

Il collegamento delle pompe di calore secondo lo schema "acqua - acqua" è molto meno laborioso del "suolo - acqua", poiché non è necessario eseguire lavori di sterro. Nella parte inferiore del serbatoio, il tubo è posato sotto forma di una spirale. Naturalmente, per questo schema, è adatto solo un serbatoio che non si congela sul fondo in inverno.

È tempo di studiare in modo sostanziale l'esperienza straniera

Quasi tutti ormai conoscono pompe di calore in grado di estrarre calore dall'ambiente per il riscaldamento di edifici, e se non molto tempo fa un potenziale cliente di solito poneva la domanda sconcertata "come è possibile?", Ora la domanda "come è corretto? Da fare ? "

La risposta a questa domanda non è facile.

Alla ricerca di risposte alle numerose domande che inevitabilmente sorgono quando si cerca di progettare impianti di riscaldamento con pompe di calore, è opportuno fare riferimento all'esperienza di specialisti in quei paesi dove da tempo si utilizzano pompe di calore su scambiatori di calore a terra.

Una visita * alla mostra americana AHR EXPO-2008, che è stata effettuata principalmente per ottenere informazioni sui metodi di calcolo ingegneristico degli scambiatori di calore a terra, non ha portato risultati diretti in questa direzione, ma un libro è stato venduto alla fiera ASHRAE stand, alcune delle quali sono servite da base per queste pubblicazioni.

Va detto subito che il trasferimento della metodologia americana al suolo nazionale non è un compito facile. Per gli americani, le cose non sono le stesse che in Europa. Solo loro misurano il tempo nelle stesse unità che noi misuriamo. Tutte le altre unità di misura sono puramente americane, o meglio britanniche. Gli americani sono stati particolarmente sfortunati con il flusso di calore, che può essere misurato sia in unità termiche britanniche per unità di tempo, sia in tonnellate di refrigerazione, probabilmente inventate in America.

Il problema principale, tuttavia, non era l'inconveniente tecnico di ricalcolare le unità di misura adottate negli Stati Uniti, a cui ci si può abituare nel tempo, ma l'assenza nel libro citato di una chiara base metodologica per la costruzione di un calcolo algoritmo. Viene dato troppo spazio a metodi di calcolo di routine e ben noti, mentre alcune disposizioni importanti rimangono completamente nascoste.

In particolare, tali dati iniziali fisicamente correlati per il calcolo degli scambiatori di calore a terra verticali, come la temperatura del fluido circolante nello scambiatore di calore e il fattore di conversione della pompa di calore, non possono essere impostati arbitrariamente, e prima di procedere con i calcoli relativi al calore instabile trasferimento nel terreno, è necessario determinare le relazioni che collegano questi parametri.

Il criterio per l'efficienza di una pompa di calore è il coefficiente di conversione α, il cui valore è determinato dal rapporto tra la sua potenza termica e la potenza dell'azionamento elettrico del compressore. Questo valore è funzione dei punti di ebollizione tu nell'evaporatore e tk della condensa, e in relazione alle pompe di calore acqua-acqua si può parlare delle temperature del liquido in uscita dall'evaporatore t2I e in uscita dall'evaporatore condensatore t2K:

? =? (t2И, t2K). (uno)

L'analisi delle caratteristiche di catalogo delle macchine frigorifere di serie e delle pompe di calore acqua-acqua ha consentito di visualizzare questa funzione sotto forma di diagramma (Fig. 1).

Utilizzando il diagramma, è facile determinare i parametri della pompa di calore nelle primissime fasi di progettazione. È ovvio, ad esempio, che se l'impianto di riscaldamento collegato alla pompa di calore è progettato per fornire un mezzo di riscaldamento con una temperatura di mandata di 50 ° C, il fattore di conversione massimo possibile della pompa di calore sarà di circa 3,5. Allo stesso tempo, la temperatura del glicole all'uscita dell'evaporatore non dovrebbe essere inferiore a + 3 ° C, il che significa che sarà necessario un costoso scambiatore di calore a terra.

Allo stesso tempo, se la casa viene riscaldata per mezzo di un pavimento caldo, un vettore di calore con una temperatura di 35 ° C entrerà nell'impianto di riscaldamento dal condensatore della pompa di calore. In questo caso la pompa di calore potrà funzionare in modo più efficiente, ad esempio con un fattore di conversione di 4,3, se la temperatura del glicole raffreddato nell'evaporatore è di circa –2 ° C.

Utilizzando i fogli di calcolo Excel, puoi esprimere la funzione (1) come un'equazione:

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

Se, al fattore di conversione desiderato e un dato valore della temperatura del liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento alimentato da una pompa di calore, è necessario determinare la temperatura del liquido raffreddato nell'evaporatore, allora si può rappresentare l'equazione (2) come:

(3)

È possibile scegliere la temperatura del liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento ai valori indicati del coefficiente di conversione della pompa di calore e la temperatura del liquido all'uscita dell'evaporatore utilizzando la formula:

(4)

Nelle formule (2) ... (4) le temperature sono espresse in gradi Celsius.

Dopo aver identificato queste dipendenze, possiamo ora passare direttamente all'esperienza americana.

Metodo per il calcolo delle pompe di calore

Certo, il processo di selezione e calcolo di una pompa di calore è un'operazione tecnicamente molto complicata e dipende dalle caratteristiche individuali dell'oggetto, ma può essere approssimativamente ridotta alle seguenti fasi:

Vengono determinate le perdite di calore attraverso l'involucro dell'edificio (pareti, soffitti, finestre, porte). Questo può essere fatto applicando il seguente rapporto:

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

tnar - temperatura dell'aria esterna (° С);

tvn - temperatura aria interna (° С);

S è l'area totale di tutte le strutture di contenimento (m2);

n - coefficiente che indica l'influenza dell'ambiente sulle caratteristiche dell'oggetto.Per locali a diretto contatto con l'ambiente esterno tramite soffitti n = 1; per oggetti con piani sottotetto n = 0,9; se l'oggetto si trova sopra il seminterrato n = 0,75;

β è il coefficiente di dispersione termica aggiuntiva, che dipende dal tipo di struttura e dalla sua posizione geografica β può variare da 0,05 a 0,27;

RT - resistenza termica, è determinata dalla seguente espressione:

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

δі / λі è un indicatore calcolato della conduttività termica dei materiali utilizzati nella costruzione.

αout è il coefficiente di dissipazione termica delle superfici esterne delle strutture di contenimento (W / m2 * оС);

αin - il coefficiente di assorbimento termico delle superfici interne delle strutture di contenimento (W / m2 * оС);

- La dispersione termica totale della struttura è calcolata dalla formula:

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

Qi - consumo di energia per riscaldare l'aria che entra nella stanza attraverso perdite naturali;

Qbp ​​- rilascio di calore dovuto al funzionamento degli elettrodomestici e alle attività umane.

2. Sulla base dei dati ottenuti, si calcola il consumo annuo di energia termica per ogni singolo oggetto:

Qanno = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / ora all'anno.) dove:

tвн - temperatura dell'aria interna consigliata;

tnar: temperatura dell'aria esterna;

tout.av - il valore medio aritmetico della temperatura dell'aria esterna per l'intera stagione di riscaldamento;

d è il numero di giorni del periodo di riscaldamento.

3. Per un'analisi completa, sarà inoltre necessario calcolare il livello di potenza termica necessaria per riscaldare l'acqua:

Qgv = V * 17 (kW / ora all'anno.) Dove:

V è il volume del riscaldamento giornaliero dell'acqua fino a 50 ° С.

Quindi il consumo totale di energia termica sarà determinato dalla formula:

Q = Qgv + Qyear (kW / ora all'anno.)

Tenendo conto dei dati ottenuti, non sarà difficile scegliere la pompa di calore più adatta per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda. Inoltre, la potenza calcolata sarà determinata come. Qtn = 1,1 * Q, dove:

Qtn = 1,1 * Q, dove:

1.1 è un fattore di correzione che indica la possibilità di aumentare il carico sulla pompa di calore durante il periodo di temperature critiche.

Dopo aver calcolato le pompe di calore, è possibile selezionare la pompa di calore più adatta in grado di fornire i parametri microclimatici richiesti in ambienti con qualsiasi caratteristica tecnica. E data la possibilità di integrare questo sistema con un condizionatore, un pavimento caldo si fa notare non solo per la sua funzionalità, ma anche per l'elevato costo estetico.

Formula per il conteggio

Percorsi di dispersione del calore in casa

La pompa di calore è in grado di far fronte pienamente al riscaldamento degli ambienti.

Per scegliere l'unità più adatta a te, dovresti calcolare la sua potenza richiesta.

Prima di tutto, devi capire il bilancio termico dell'edificio. Per questi calcoli, puoi utilizzare i servizi di specialisti, un calcolatore online o te stesso utilizzando una semplice formula:

R = (k x V x T) / 860, in cui:

R - consumo energetico della stanza (kW / ora); k è il coefficiente medio di perdita di calore dell'edificio: ad esempio, uguale a 1 - un edificio perfettamente isolato e 4 - una baracca fatta di assi; V è il volume totale dell'intera stanza riscaldata, in metri cubi; T è la massima differenza di temperatura tra l'esterno e l'interno dell'edificio. 860 è il valore richiesto per convertire la kcal risultante in kW.

Nel caso di una pompa di calore geotermica acqua-acqua, è inoltre necessario calcolare la lunghezza richiesta del circuito che sarà nel serbatoio. Il calcolo è ancora più semplice qui.

È noto che 1 metro di collettore fornisce circa 30 watt. In altre parole, 1 kW di potenza della pompa richiede 22 metri di tubi. Conoscendo la potenza della pompa richiesta, possiamo facilmente calcolare quanti tubi abbiamo bisogno per realizzare il circuito.

Calcolo basato sull'esempio del sistema acqua-acqua

Calcoliamo, ad esempio, una casa con i seguenti dati iniziali:

• area riscaldata 300 mq;
• altezza del soffitto 2,8 m;
• l'edificio è ben isolato;
• la temperatura minima esterna in inverno è di -25 gradi;
• temperatura ambiente confortevole +22 gradi.

Prima di tutto, calcoliamo il volume riscaldato della stanza: 300 mq. x 2,8 m = 840 metri cubi

Quindi calcoliamo il valore "T": 22 - (-25) = 45 gradi.

Sostituiamo questi dati nella formula: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kW / h

Abbiamo ricevuto la capacità richiesta della pompa di calore di 44 kW / h. Possiamo facilmente determinare che per il suo funzionamento abbiamo bisogno di un collettore con una lunghezza totale di almeno 968 metri.

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Così per una stanza ben isolata con una superficie di 300 mq. è adatta una pompa con una capacità di almeno 44 kW. Come altrove, è meglio creare una riserva di carica di almeno il 10%. Pertanto, è meglio acquistare un'unità da 48-49 kW.

Prima o poi arriveremo tutti all'uso di energie alternative e oggi possiamo fare il primo passo. Utilizzando le pompe di calore, ridurrai i costi di riscaldamento, diventerai indipendente dai fornitori di gas o carbone e preserverai l'ecologia del tuo pianeta natale.

Con l'aiuto di questo articolo, sarai in grado di calcolare i parametri delle apparecchiature geotermiche che si adattano ai tuoi locali. Ma non dimenticare che i professionisti faranno del loro meglio. E avrai sempre qualcuno che ti chiederà se il sistema non funziona correttamente.

Guarda un video in cui uno specialista spiega in dettaglio i principi del calcolo della potenza di una pompa di calore per il riscaldamento di una casa:

Tipi di pompa di calore

Le pompe di calore si dividono in tre tipologie principali in base alla fonte di energia di bassa qualità:

• Aria.
• Priming.
• Acqua: la fonte può essere la falda acquifera e i corpi idrici superficiali.

Per i sistemi di riscaldamento dell'acqua, che sono più comuni, vengono utilizzati i seguenti tipi di pompe di calore:

L'aria-acqua è una pompa di calore ad aria che riscalda un edificio aspirando aria dall'esterno attraverso un'unità esterna. Funziona secondo il principio di un condizionatore d'aria, solo viceversa, convertendo l'energia dell'aria in calore. Una tale pompa di calore non richiede grandi costi di installazione, non è necessario allocare un appezzamento di terreno e, inoltre, perforare un pozzo. Tuttavia, l'efficienza del funzionamento a basse temperature (-25 ° C) diminuisce ed è necessaria un'ulteriore fonte di energia termica.

Il dispositivo "acqua di falda" si riferisce alla geotermia e produce calore dal suolo utilizzando un collettore posto ad una profondità inferiore al punto di congelamento del suolo. Inoltre, c'è una dipendenza dall'area del sito e dal paesaggio se il collettore si trova orizzontalmente. Per il posizionamento verticale, dovrai perforare un pozzo.

"Water-to-water" è installato dove c'è un corpo idrico o sotterraneo nelle vicinanze. Nel primo caso, il serbatoio viene posato sul fondo del serbatoio, nel secondo viene perforato un pozzo o più, se l'area del sito lo consente. A volte la profondità delle acque sotterranee è troppo profonda, quindi il costo di installazione di una tale pompa di calore può essere molto elevato.

Ogni tipo di pompa di calore ha i suoi vantaggi e svantaggi, se l'edificio è lontano dal serbatoio o l'acqua di falda è troppo profonda, "acqua-acqua" non funzionerà. "Aria-acqua" sarà rilevante solo nelle regioni relativamente calde, dove la temperatura dell'aria nella stagione fredda non scende sotto i -25 ° C.

Come funziona una pompa di calore

Una moderna pompa di calore è molto simile a un banale frigorifero.

Cos'è una pompa geotermica o, in altre parole, una pompa di calore? Questa è un'apparecchiatura in grado di trasferire il calore dalla sorgente al consumatore. Consideriamo il principio del suo funzionamento sull'esempio della prima implementazione pratica dell'idea.

Il principio di funzionamento delle pompe geotermiche divenne noto negli anni '50 del XIX secolo. In pratica, questi principi sono stati implementati solo nella metà del secolo scorso.

Un giorno, uno sperimentatore di nome Weber stava sistemando un congelatore e toccò accidentalmente un tubo del condensatore in fiamme.Ha avuto un'idea del perché il caldo non va da nessuna parte e non porta alcun beneficio? Senza pensarci due volte, allungò il tubo e lo mise in una vasca per scaldare l'acqua.

C'era così tanta acqua calda che non sapeva cosa farne. Era necessario andare oltre: come riscaldare l'aria con questo semplice sistema? La soluzione si è rivelata molto semplice e quindi non per questo meno ingegnosa.

L'acqua calda viene spinta a spirale attraverso una serpentina, quindi un ventilatore soffia aria calda intorno alla casa. Tutto geniale è semplice! Weber era un uomo misurato e col tempo ha avuto l'idea di come fare a meno del congelatore. Dobbiamo estrarre calore dalla terra!

Dopo aver seppellito i tubi di rame e averli pompati con freon (lo stesso gas che viene utilizzato nei frigoriferi), ha iniziato a ricevere energia termica dalle profondità. Pensiamo che con questo esempio tutti capiranno il principio di funzionamento di una pompa di calore.

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Metodo per il calcolo della potenza di una pompa di calore

Oltre a determinare la fonte energetica ottimale, sarà necessario calcolare la potenza della pompa di calore richiesta per il riscaldamento. Dipende dalla quantità di perdita di calore nell'edificio. Calcoliamo la potenza di una pompa di calore per il riscaldamento di una casa utilizzando un esempio specifico.

Per questo, usiamo la formula Q = k * V * ∆T, dove

• Q è la perdita di calore (kcal / ora). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V è il volume della casa in m3 (l'area è moltiplicata per l'altezza dei soffitti);
• ∆Т è il rapporto tra le temperature minime esterne ed interne ai locali durante il periodo più freddo dell'anno, ° С. Sottrai la tº esterna dalla tº interna;
• k è il coefficiente di scambio termico generalizzato dell'edificio. Per un edificio in mattoni con muratura in due strati k = 1; per un edificio ben isolato k = 0,6.

Pertanto, il calcolo della potenza della pompa di calore per il riscaldamento di una casa in mattoni di 100 metri quadrati e un'altezza del soffitto di 2,5 m, con una differenza di ttº da -30º all'esterno a + 20º all'interno, sarà il seguente:

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

12500/860 = 14,53 kW. Cioè, per una casa in mattoni standard con un'area di 100 m, sarà necessario un dispositivo da 14 kilowatt.

Il consumatore accetta la scelta del tipo e della potenza della pompa di calore in base a una serie di condizioni:

• caratteristiche geografiche dell'area (vicinanza a corpi idrici, presenza di acque sotterranee, area libera per collettore);
• caratteristiche del clima (temperatura);
• tipologia e volume interno della stanza;
• opportunità finanziarie.

Considerando tutti gli aspetti di cui sopra, sarai in grado di fare la scelta migliore dell'attrezzatura. Per una selezione più efficiente e corretta di una pompa di calore, è meglio contattare specialisti, saranno in grado di effettuare calcoli più dettagliati e fornire la fattibilità economica dell'installazione dell'apparecchiatura.

Per molto tempo e con grande successo, le pompe di calore sono state utilizzate in frigoriferi e condizionatori d'aria domestici e industriali.

Oggi, questi dispositivi hanno iniziato ad essere utilizzati per svolgere una funzione di natura opposta: riscaldare la casa durante la stagione fredda.

Vediamo come vengono utilizzate le pompe di calore per riscaldare abitazioni private e cosa occorre sapere per calcolarne correttamente tutti i componenti.

Varietà principali

Sistemi di estrazione del calore. (Clicca per ingrandire)

• l'aria-aria è, in sostanza, un condizionatore d'aria convenzionale;
• aria-acqua - aggiungiamo uno scambiatore di calore al condizionatore d'aria e stiamo già riscaldando l'acqua;
• terra-acqua: seppelliamo il collettore dai tubi nel terreno e all'uscita riscaldiamo l'acqua;
• acqua-acqua - i tubi sono posti in un serbatoio aperto o sotterraneo e cedono calore al sistema di riscaldamento dell'edificio.

(Puoi trovare una classificazione dettagliata delle pompe di calore per il riscaldamento in questo articolo).

Esempio di calcolo della pompa di calore

Selezioneremo una pompa di calore per l'impianto di riscaldamento di una casa a un piano con una superficie totale di 70 mq. m con un'altezza del soffitto standard (2,5 m), architettura razionale e isolamento termico delle strutture di contenimento che soddisfano i requisiti dei moderni codici di costruzione. Per riscaldare il 1 ° trimestre.m di un tale oggetto, secondo gli standard generalmente accettati, è necessario spendere 100 W di calore. Quindi, per riscaldare tutta la casa avrai bisogno di:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW di energia termica.

Scegliamo una pompa di calore del marchio "TeploDarom" (modello L-024-WLC) con una potenza termica di W = 7,7 kW. Il compressore dell'unità consuma N = 2,5 kW di elettricità.

Calcolo del giacimento

Il terreno del sito destinato alla costruzione del collettore è argilloso, il livello della falda è alto (si assume il potere calorifico p = 35 W / m).

La potenza del collettore è determinata dalla formula:

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

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

Sulla base del fatto che è irrazionale posare un circuito con una lunghezza superiore a 100 m a causa di una resistenza idraulica eccessivamente elevata, accettiamo quanto segue: il collettore della pompa di calore sarà costituito da due circuiti - 100 me 50 m di lunghezza.

L'area del sito che dovrà essere assegnata al collettore è determinata dalla formula:

S = L x A,

Dove A è il passaggio tra sezioni adiacenti del contorno. Accettiamo: A = 0,8 m.

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

Calcoli

Come sapete, le pompe di calore utilizzano fonti energetiche gratuite e rinnovabili: calore a basso potenziale dell'aria, del suolo, del sottosuolo, acque reflue e reflue dei processi tecnologici, corpi idrici aperti non congelanti. L'elettricità viene spesa per questo, ma il rapporto tra la quantità di energia termica ricevuta e la quantità di elettricità consumata è di circa 3-6.

Più precisamente, le fonti di calore di bassa qualità possono essere l'aria esterna con una temperatura da –10 a + 15 ° С, l'aria rimossa dalla stanza (15–25 ° С), il sottosuolo (4-10 ° С) e l'acqua sotterranea ( più di 10 ° C), acqua di laghi e fiumi (0-10 ° С), suolo superficiale (0-10 ° С) e profondo (più di 20 m) (10 ° С).

Ci sono due opzioni per ottenere un calore di bassa qualità dal suolo: posa di tubi di metallo-plastica in trincee profonde 1,2–1,5 m o in pozzi verticali profondi 20–100 m. A volte i tubi vengono posati sotto forma di spirali in trincee 2-4 m di profondità, riducendo notevolmente la lunghezza totale delle trincee. Il trasferimento massimo di calore dalla superficie del suolo è di 50-70 kWh / m2 all'anno. La vita utile di trincee e pozzi è di oltre 100 anni.

Esempio di calcolo della pompa di calore

Condizioni iniziali: è necessario scegliere una pompa di calore per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda di una villetta a due piani con una superficie di 200 m2; la temperatura dell'acqua nell'impianto di riscaldamento dovrebbe essere di 35 ° C; la temperatura minima del liquido di raffreddamento è 0 ° С. La perdita di calore dell'edificio è di 50 W / m2. Terreno argilloso, asciutto.

Pagamento:

Potenza termica richiesta per il riscaldamento: 200 * 50 = 10 kW;

Potenza termica richiesta per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Per riscaldare l'edificio è stata selezionata una pompa di calore WW H R P C 12 con una potenza di 14,79 kW (la taglia standard più vicina più grande), che spende 3,44 kW per il riscaldamento freon. La rimozione del calore dallo strato superficiale del terreno (argilla secca) q è pari a 20 W / m. Calcoliamo:

1) la potenza termica richiesta del collettore Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) la lunghezza totale dei tubi L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m Per organizzare un tale collettore sono necessari 6 circuiti con una lunghezza di 100 m;

3) con una fase di posa di 0,75 m, l'area richiesta del sito è A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) consumo totale di soluzione glicolata (25%)

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

dt è la differenza di temperatura tra la linea di mandata e quella di ritorno, spesso presa pari a 3 K. La portata per circuito è di 0,584 m3 / h. Per il dispositivo del collettore, selezioniamo un tubo di plastica rinforzata di dimensione standard 32 (ad esempio, PE32x2). La perdita di carico in esso sarà di 45 Pa / m; la resistenza di un circuito è di circa 7 kPa; portata del refrigerante - 0,3 m / s.

Calcolo del collettore della pompa di calore orizzontale

La rimozione del calore da ogni metro di tubo dipende da molti parametri: la profondità di posa, la disponibilità di acque sotterranee, la qualità del terreno, ecc. Approssimativamente si può considerare che per i collettori orizzontali è di 20 W / m. Più precisamente: sabbia asciutta - 10, argilla secca - 20, argilla bagnata - 25, argilla con un alto contenuto di acqua - 35 W / m. La differenza di temperatura del liquido di raffreddamento nelle linee dirette e di ritorno del circuito nei calcoli è generalmente considerata di 3 ° C. Nessuna struttura dovrebbe essere eretta sul sito sopra il collettore in modo che il calore della terra venga reintegrato dalla radiazione solare. La distanza minima tra i tubi posati deve essere di 0,7–0,8 m.La lunghezza di una trincea è generalmente compresa tra 30 e 120 m Si consiglia di utilizzare una soluzione di glicole al 25% come refrigerante primario. Nei calcoli, si dovrebbe tenere conto del fatto che la sua capacità termica a una temperatura di 0 ° C è 3,7 kJ / (kg K) e la sua densità è 1,05 g / cm3. Quando si utilizza l'antigelo, la perdita di pressione nei tubi è 1,5 volte maggiore rispetto a quando l'acqua circola. Per calcolare i parametri del circuito primario dell'installazione della pompa di calore, sarà necessario determinare la portata di antigelo: Vs = Qo 3600 / (1.05 3.7 .t), dove .t è la differenza di temperatura tra mandata e ritorno linee, che spesso è preso pari a 3 K, e Qo è la potenza termica ricevuta da una sorgente a basso potenziale (terra). Quest'ultimo valore è calcolato come differenza tra la potenza totale della pompa di calore Qwp e la potenza elettrica spesa per il riscaldamento del freon P: Qo = Qwp - P, kW. La lunghezza totale dei tubi del collettore L e l'area totale della sezione sottostante A sono calcolate dalle formule: L = Qo / q, A = L · da. Qui q è la rimozione del calore specifica (da 1 m di tubo); da è la distanza tra i tubi (fase di posa).

Calcolo della sonda

Quando si utilizzano pozzi verticali con una profondità da 20 a 100 m, vengono immersi tubi di metallo-plastica o plastica a forma di U (con diametri superiori a 32 mm). Di norma, due anelli vengono inseriti in un pozzetto, dopo di che viene riempito con malta cementizia. Mediamente la potenza termica specifica di tale sonda può essere presa pari a 50 W / m. Puoi anche concentrarti sui seguenti dati sulla potenza termica:

* rocce sedimentarie secche - 20 W / m;

* terreno pietroso e rocce sedimentarie sature d'acqua - 50 W / m;

* rocce con elevata conducibilità termica - 70 W / m;

* acque sotterranee - 80 W / m.

La temperatura del suolo a una profondità di oltre 15 m è costante ed è di circa + 10 ° С. La distanza tra i pozzi dovrebbe essere superiore a 5 m. Se ci sono correnti sotterranee, i pozzi dovrebbero essere posizionati su una linea perpendicolare al flusso. La selezione dei diametri dei tubi viene effettuata in base alla perdita di carico per la portata del refrigerante richiesta. Il calcolo della portata del liquido può essere effettuato per t = 5 ° С. Esempio di calcolo. I dati iniziali sono gli stessi del calcolo precedente del collettore orizzontale. Con una rimozione del calore specifico della sonda di 50 W / me la potenza richiesta di 11,35 kW, la lunghezza della sonda L dovrebbe essere di 225 m. .0); in totale - 6 circuiti, 150 m ciascuno.

La portata totale del liquido di raffreddamento a .t = 5 ° С sarà di 2,1 m3 / h; portata attraverso un circuito - 0,35 m3 / h. I circuiti avranno le seguenti caratteristiche idrauliche: perdita di carico nella tubazione - 96 Pa / m (vettore di calore - soluzione glicolata al 25%); resistenza del circuito - 14,4 kPa; velocità di flusso - 0,3 m / s.

Payback della pompa di calore

Quando si tratta di quanto tempo impiega una persona a restituire i suoi soldi investiti in qualcosa, significa quanto fosse redditizio l'investimento stesso. Nel campo del riscaldamento, tutto è abbastanza difficile, poiché ci forniamo comfort e calore e tutti i sistemi sono costosi, ma in questo caso puoi cercare un'opzione del genere che restituisca i soldi spesi riducendo i costi durante l'uso. E quando inizi a cercare una soluzione adatta, confronti tutto: una caldaia a gas, una pompa di calore o una caldaia elettrica. Analizzeremo quale sistema ripagherà più velocemente e in modo più efficiente.

Il concetto di payback, in questo caso, l'introduzione di una pompa di calore per ammodernare il sistema di fornitura di calore esistente, in parole povere, può essere spiegato come segue:

C'è un sistema: una caldaia a gas individuale, che fornisce riscaldamento autonomo e fornitura di acqua calda. C'è un condizionatore d'aria a sistema split che fornisce una stanza con il freddo. Installazione di 3 sistemi split in stanze diverse.

E c'è una tecnologia avanzata più economica: una pompa di calore che riscalda / raffredda le case e riscalda l'acqua nelle giuste quantità per una casa o un appartamento. È necessario determinare quanto sono cambiati il ​​costo totale delle apparecchiature e i costi iniziali, nonché stimare quanto sono diminuiti i costi operativi annuali dei tipi di apparecchiature selezionati. E per determinare in quanti anni, con i risparmi che ne derivano, verranno ripagate apparecchiature più costose.Idealmente, vengono confrontate diverse soluzioni progettuali proposte e viene selezionata quella più conveniente.

Effettueremo il calcolo e vyyaski, qual è il periodo di recupero di una pompa di calore in Ucraina

Consideriamo un esempio specifico

• La casa è disposta su 2 piani, ben coibentata, per una superficie totale di 150 mq.
• Sistema di distribuzione calore / riscaldamento: circuito 1 - riscaldamento a pavimento, circuito 2 - radiatori (o ventilconvettori).
• È stata installata una caldaia a gas per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda (ACS), ad esempio 24kW, doppio circuito.
• Impianto di condizionamento da impianti split per 3 stanze della casa.

Spese annuali per riscaldamento e acqua calda

1. Il costo indicativo di un locale caldaia con caldaia a gas da 24 kW (caldaia, tubazioni, cablaggio, serbatoio, contatore, installazione) è di circa 1000 Euro. Un sistema di aria condizionata (un sistema split) per una casa del genere costerà circa 800 euro. In totale con sistemazione del locale caldaia, lavori di progettazione, collegamento alla rete del gasdotto e lavori di installazione - 6100 euro.

1. Il costo indicativo della pompa di calore Mycond con impianto a ventilconvettore aggiuntivo, lavori di installazione e collegamento alla rete è di 6.650 euro.

1. La crescita degli investimenti è: К2-К1 = 6650-6100 = 550 euro (o circa 16500 UAH)
2. La riduzione dei costi operativi è: C1-C2 = 27252-7644 = 19608 UAH.
3. Periodo di recupero dell'investimento Tocup. = 16500/19608 = 0,84 anni!

Facilità di utilizzo della pompa di calore

Le pompe di calore sono le apparecchiature più versatili, multifunzionali ed efficienti dal punto di vista energetico per il riscaldamento di una casa, appartamento, ufficio o struttura commerciale.

Un sistema di controllo intelligente con programmazione settimanale o giornaliera, commutazione automatica delle impostazioni stagionali, mantenimento della temperatura in casa, modalità economy, controllo di una caldaia slave, boiler, pompe di circolazione, controllo della temperatura in due circuiti di riscaldamento, è il più avanzato ed evoluto. Il controllo tramite inverter del funzionamento di compressore, ventilatore, pompe, consente il massimo risparmio energetico.

Funzionamento della pompa di calore quando si lavora secondo lo schema dell'acqua di falda

Il raccoglitore può essere seppellito in tre modi.

Opzione orizzontale

I tubi sono posti in trincee "serpente" a una profondità che supera la profondità di congelamento del suolo (in media - da 1 a 1,5 m).
Un tale collezionista richiederà un appezzamento di terreno di un'area sufficientemente ampia, ma qualsiasi proprietario di casa può costruirlo: non sono necessarie abilità, oltre alla capacità di lavorare con una pala.

Tuttavia, si dovrebbe tenere conto del fatto che la costruzione di uno scambiatore di calore a mano è un processo piuttosto laborioso.

Opzione verticale

I tubi del serbatoio sotto forma di anelli a forma di lettera "U" sono immersi in pozzi con una profondità da 20 a 100 m Se necessario, possono essere costruiti diversi pozzi di questo tipo. Dopo aver installato i tubi, i pozzetti vengono riempiti con malta cementizia.

Il vantaggio di un collettore verticale è che per la sua costruzione è necessaria un'area molto piccola. Tuttavia, non è possibile perforare da soli pozzi profondi più di 20 m: dovrai assumere una squadra di perforatori.

Opzione combinata

Questo collettore può essere considerato una sorta di orizzontale, ma per la sua costruzione è richiesto molto meno spazio.
Sul sito viene scavato un pozzo rotondo con una profondità di 2 m.

I tubi dello scambiatore di calore sono disposti a spirale, in modo che il circuito sia come una molla installata verticalmente.

Al termine dei lavori di installazione, il pozzo viene riempito. Come nel caso di uno scambiatore di calore orizzontale, tutta la quantità di lavoro necessaria può essere eseguita a mano.

Il collettore è riempito con soluzione antigelo - antigelo o glicole etilenico.Per garantirne la circolazione, una pompa speciale viene inserita nel circuito. Dopo aver assorbito il calore del terreno, l'antigelo va all'evaporatore, dove avviene lo scambio termico tra esso e il refrigerante.

Va tenuto presente che l'estrazione illimitata di calore dal suolo, specialmente quando il collettore è posizionato verticalmente, può portare a conseguenze indesiderabili per la geologia e l'ecologia del sito. Pertanto, nel periodo estivo, è altamente desiderabile far funzionare la pompa di calore del tipo "suolo - acqua" in modalità inversa - aria condizionata.

Il sistema di riscaldamento a gas presenta molti vantaggi e uno dei principali è il basso costo del gas. Come dotare il riscaldamento di casa con il gas, ti verrà richiesto lo schema di riscaldamento di una casa privata con una caldaia a gas. Considerare la progettazione del sistema di riscaldamento e i requisiti di sostituzione.

Leggi le caratteristiche della scelta dei pannelli solari per il riscaldamento domestico in questo argomento.

Calcolo del collettore della pompa di calore orizzontale

L'efficienza di un collettore orizzontale dipende dalla temperatura del mezzo in cui è immerso, dalla sua conduttività termica e dall'area di contatto con la superficie del tubo. Il metodo di calcolo è piuttosto complicato, pertanto, nella maggior parte dei casi, vengono utilizzati dati medi.

Si ritiene che ogni contatore dello scambiatore di calore fornisca all'HP la seguente potenza termica:

• 10 W - se sepolto in un terreno sabbioso o roccioso asciutto;
• 20 W - in terreno argilloso asciutto;
• 25 W - in terreno argilloso umido;
• 35 W - in terreno argilloso molto umido.

Pertanto, per calcolare la lunghezza del collettore (L), la potenza termica richiesta (Q) dovrebbe essere divisa per il potere calorifico del suolo (p):

L = Q / p.

I valori forniti possono essere considerati validi solo se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

• L'appezzamento di terreno sopra il collettore non è edificato, non ombreggiato o piantumato con alberi o arbusti.
• La distanza tra le spire adiacenti della spirale o sezioni del "serpente" è di almeno 0,7 m.

Come funzionano le pompe di calore

Ogni pompa di calore ha un mezzo di lavoro chiamato refrigerante. Di solito il freon agisce in questa capacità, meno spesso l'ammoniaca. Il dispositivo stesso è costituito da solo tre componenti:

L'evaporatore e il condensatore sono due serbatoi, che sembrano lunghi tubi curvi - serpentine. Il condensatore è collegato a un'estremità all'uscita del compressore e l'evaporatore all'ingresso. Le estremità delle bobine sono unite e una valvola di riduzione della pressione è installata alla giunzione tra di loro. L'evaporatore è a contatto - direttamente o indirettamente - con il fluido sorgente e il condensatore è a contatto con l'impianto di riscaldamento o ACS.

Come funziona la pompa di calore

Il funzionamento HP si basa sull'interdipendenza di volume, pressione e temperatura del gas. Ecco cosa succede all'interno dell'unità:

1. L'ammoniaca, il freon o un altro refrigerante, spostandosi lungo l'evaporatore, si riscalda dal mezzo sorgente, ad esempio, a una temperatura di +5 gradi.
2. Dopo aver attraversato l'evaporatore, il gas raggiunge il compressore, che lo pompa al condensatore.
3. Il refrigerante scaricato dal compressore è trattenuto nel condensatore dalla valvola di riduzione della pressione, quindi la sua pressione è più alta qui che nell'evaporatore. Come sapete, con l'aumentare della pressione, la temperatura di qualsiasi gas aumenta. Questo è esattamente ciò che accade con il refrigerante: si riscalda fino a 60-70 gradi. Poiché il condensatore viene lavato dal liquido di raffreddamento circolante nell'impianto di riscaldamento, anche quest'ultimo si riscalda.
4. Il refrigerante viene scaricato in piccole porzioni attraverso la valvola di riduzione della pressione all'evaporatore, dove la sua pressione scende nuovamente. Il gas si espande e si raffredda e poiché parte dell'energia interna è stata persa a causa dello scambio di calore nella fase precedente, la sua temperatura scende al di sotto dei +5 gradi iniziali. Dopo l'evaporatore, si riscalda di nuovo, quindi viene pompato nel condensatore dal compressore - e così via in un cerchio. Scientificamente, questo processo è chiamato ciclo di Carnot.

Ma la pompa di calore resta comunque molto redditizia: per ogni kW * h di elettricità spesi si possono ottenere da 3 a 5 kW * h di calore.

Accessori autocostruiti per impianto di riscaldamento con pompa di calore

È abbastanza difficile per un normale proprietario di casa competere con le pompe di calore industriali di produttori nazionali ed esteri, tuttavia, la sua installazione e produzione di singole unità non è un lavoro impossibile. Il compito principale durante l'installazione di una pompa di calore è la correttezza dei calcoli, perché in caso di errore, il sistema può avere una bassa efficienza e diventare inefficace.

Compressore

Per l'installazione, avrai bisogno di uno nuovo o usato. il compressore è funzionante con una risorsa non scaduta di adeguata potenza. La potenza tipica del compressore dovrebbe essere del 20-30% di quella calcolata, è possibile utilizzare unità standard di fabbrica per frigoriferi o condizionatori d'aria a spirale, che hanno un'efficienza maggiore rispetto ai dispositivi a pistone.

Evaporatore e condensatore

Per raffreddare e riscaldare i liquidi, vengono solitamente fatti passare attraverso tubi di rame posti in un contenitore con uno scambiatore di calore. Per aumentare l'area di raffreddamento, il tubo di rame è disposto a forma di spirale, la lunghezza richiesta viene calcolata utilizzando la formula per il calcolo dell'area divisa per sezione. Il volume del serbatoio di scambio termico viene calcolato in base all'implementazione di uno scambio termico efficace, la media usuale è di circa 120 litri. Per una pompa di calore è razionale utilizzare tubi per condizionatori, che inizialmente hanno una forma a spirale e sono realizzati in serpentine.

Figura. 3 Tubo in rame e serbatoio per scambiatore di calore

Molti produttori di pompe di calore hanno sostituito questo metodo di costruzione di scambiatori di calore con uno più compatto, utilizzando lo scambio termico secondo il principio "pipe in pipe". Il diametro standard del tubo di plastica per l'evaporatore è di 32 mm, al suo interno è inserito un tubo di rame con un diametro di 19 mm, l'evaporatore è isolato termicamente, la lunghezza totale dello scambiatore di calore è di circa 10-12 m. può essere utilizzato un condensatore da 25 mm. tubo di metallo-plastica e 12,7 mm. rame.

Fig 4. Assemblaggio e aspetto di uno scambiatore di calore in tubi di rame e plastica

Per aumentare l'area e l'efficienza dello scambiatore di calore, alcuni artigiani attorcigliano una treccia di diversi tubi di rame di piccolo diametro, li trasferiscono con un filo sottile e posizionano la struttura in plastica. Ciò consente di ottenere una superficie di scambio termico di circa 1 metro cubo su una sezione di 10 metri.

Valvola di espansione termostatica

Il dispositivo giusto controlla il livello di riempimento dell'evaporatore ed è in gran parte responsabile delle prestazioni dell'intero sistema. Ad esempio, se il flusso di refrigerante è troppo alto, non avrà il tempo di evaporare completamente e goccioline di liquido entreranno nel compressore, causando l'interruzione del suo funzionamento e una diminuzione della temperatura del gas in uscita. Una quantità troppo piccola di freon nell'evaporatore dopo aver aumentato la temperatura nel compressore non sarà sufficiente per riscaldare il volume d'acqua richiesto.

Figura. 5 Dotazione di base per la pompa di calore

Sensori

Per facilità d'uso, controllo del funzionamento, rilevamento dei guasti e configurazione del sistema, sono necessari sensori di temperatura incorporati. Le informazioni sono importanti in tutte le fasi del funzionamento del sistema, solo con il suo aiuto, secondo le formule, è possibile stabilire il parametro più importante delle apparecchiature installate per le pompe di calore dell'acqua: l'indicatore di efficienza COP.

Attrezzatura della pompa

Quando le pompe di calore sono in funzione, l'aspirazione e l'alimentazione dell'acqua da un pozzo, un pozzo o un serbatoio aperto viene effettuata mediante pompe dell'acqua. È possibile utilizzare tipi sommergibili o di superficie, di solito la loro potenza è bassa, 100-200 watt sono sufficienti per fornire acqua. Per controllare il funzionamento, proteggere le pompe e l'impianto, sono inoltre installati filtri, un manometro, contatori dell'acqua e l'automazione più semplice.

Figura. 6 Aspetto di una pompa di calore autoassemblata

L'assemblaggio fai-da-te di apparecchiature di pompaggio di calore non presenta grandi difficoltà nella capacità di gestire uno strumento speciale per la saldatura e la saldatura del rame. Il lavoro svolto aiuterà a risparmiare fondi significativi: il costo dei componenti sarà di circa $ 600. Cioè, l'acquisto di attrezzature industriali costerà 10 volte di più (circa 6000 USD). Una struttura autoassemblata, se correttamente calcolata e configurata, ha un'efficienza (COP) di circa 4, che corrisponde al progetto industriale.

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