Šilumos siurblių konstrukcijų tipai
Šilumos siurblio tipas paprastai žymimas fraze, nurodančiu šildymo sistemos šaltinį ir šilumos nešiklį.
Yra šios veislės:
- ТН "oras - oras";
- ТН "oras - vanduo";
- TH „dirvožemis - vanduo“;
- TH „vanduo - vanduo“.
Pirmasis variantas yra įprasta padalijimo sistema, veikianti šildymo režimu. Garintuvas montuojamas lauke, o namo viduje įrengtas įrenginys su kondensatoriumi. Pastarąjį pučia ventiliatorius, dėl kurio į kambarį tiekiama šilta oro masė.
Jei tokioje sistemoje yra specialus šilumokaitis su purkštukais, bus gautas HP tipo „oras-vanduo“. Jis prijungtas prie vandens šildymo sistemos.
HP „oras-oras“ arba „oras-vanduo“ tipo garintuvas gali būti dedamas ne lauke, o į ištraukiamojo vėdinimo kanalą (jis turi būti priverstas). Tokiu atveju šilumos siurblio efektyvumas bus kelis kartus padidintas.
Šilumos siurbliams, naudojantiems „vanduo-vanduo“ ir „žemė-vanduo“, naudojamas vadinamasis išorinis šilumokaitis arba, kaip jis dar vadinamas, kolektorius šilumai išgauti.
Šilumos siurblio scheminė schema
Tai ilgas kilpinis vamzdis, paprastai plastikinis, per kurį garintuve cirkuliuoja skysta terpė. Abiejų tipų šilumos siurbliai reiškia tą patį įrenginį: vienu atveju kolektorius panardinamas paviršiaus rezervuaro dugne, o antrasis - į žemę. Tokio šilumos siurblio kondensatorius yra šilumokaityje, prijungtame prie karšto vandens šildymo sistemos.
Šilumos siurblių prijungimas pagal „vanduo - vanduo“ schemą yra daug mažiau varginantis nei „gruntas - vanduo“, nes nereikia atlikti žemės darbų. Rezervuaro apačioje vamzdis klojamas spiralės pavidalu. Žinoma, šiai schemai tinka tik rezervuaras, kuris žiemą neužšąla į dugną.
Atėjo laikas iš esmės studijuoti užsienio patirtį
Beveik visi dabar žino apie šilumos siurblius, galinčius išgauti šilumą iš aplinkos pastatų šildymui, o jei ne taip seniai potencialus klientas paprastai uždavė klausimą suglumęs „kaip tai įmanoma?“, Dabar klausimas „kaip tai teisinga? Daryti“ ? ".
Atsakyti į šį klausimą nėra lengva.
Ieškant atsakymų į daugybę klausimų, kurie neišvengiamai kyla bandant suprojektuoti šildymo sistemas su šilumos siurbliais, patartina kreiptis į specialistų patirtį tose šalyse, kur šilumos siurbliai ant žemės šilumokaičių buvo naudojami jau seniai.
Apsilankymas * Amerikos parodoje „AHR EXPO-2008“, kurios pagrindinis tikslas buvo gauti informacijos apie žemės šilumokaičių inžinerinių skaičiavimų metodus, tiesioginių rezultatų šia linkme nedavė, tačiau paroda „ASHRAE“ buvo parduota. kai kurios nuostatos buvo šios publikacijos pagrindas.
Reikėtų iškart pasakyti, kad Amerikos metodikos perkėlimas į namų dirvožemį nėra lengva užduotis. Amerikiečiams viskas ne taip, kaip Europoje. Tik jie matuoja laiką tais pačiais vienetais kaip ir mes. Visi kiti matavimo vienetai yra grynai amerikietiški, tiksliau, britiški. Amerikiečiams ypač nepasisekė šilumos srautas, kurį galima išmatuoti tiek britų terminiais vienetais per laiko vienetą, tiek šaldymo tonomis, kurios tikriausiai buvo sugalvotos Amerikoje.
Tačiau pagrindinė problema buvo ne techniniai nepatogumai perskaičiuojant JAV priimtus matavimo vienetus, prie kurių galima priprasti per tam tikrą laiką, bet tai, kad minėtoje knygoje nėra aiškaus metodologinio pagrindo skaičiavimui sukurti algoritmas. Per daug vietos skiriama įprastiems ir gerai žinomiems skaičiavimo metodams, o kai kurios svarbios nuostatos lieka visiškai neatskleistos.
Tokie fiziškai susiję pradiniai duomenys vertikaliems žemės šilumokaičiams apskaičiuoti, pavyzdžiui, šilumokaityje cirkuliuojančio skysčio temperatūra ir šilumos siurblio perskaičiavimo koeficientas, negali būti nustatyti savavališkai ir prieš pradedant skaičiuoti, susijusį su netvirta šiluma. perkėlimas į žemę, būtina nustatyti ryšius, jungiančius šiuos parametrus.
Šilumos siurblio efektyvumo kriterijus yra perskaičiavimo koeficientas α, kurio vertę lemia jo šiluminės galios ir kompresoriaus elektrinės pavaros galios santykis. Ši vertė yra garavimo aparato virimo taškų tu ir kondensacijos tk funkcija, o kalbant apie vandens – vandens šilumos siurblius, galime kalbėti apie skysčio temperatūrą išleidimo angoje iš garintuvo t2I ir išleidimo angoje iš išleidimo angos. kondensatorius t2K:
? =? (t2И, t2K). (vienas)
Išanalizavus serijinių šaldymo mašinų ir vandens-vandens šilumos siurblių katalogo charakteristikas, šią funkciją pavyko parodyti diagramos forma (1 pav.).
Naudojant schemą, lengva nustatyti šilumos siurblio parametrus pačiuose pradiniuose projektavimo etapuose. Pavyzdžiui, akivaizdu, kad jei prie šilumos siurblio prijungta šildymo sistema suprojektuota tiekti šildymo terpę, kurios srauto temperatūra yra 50 ° C, tai maksimalus galimas šilumos siurblio perskaičiavimo koeficientas bus apie 3,5. Tuo pačiu metu glikolio temperatūra garintuvo išleidimo angoje neturėtų būti žemesnė nei + 3 ° C, o tai reiškia, kad reikės brangaus grunto šilumokaičio.
Tuo pačiu metu, jei namas šildomas šiltomis grindimis, iš šilumos siurblio kondensatoriaus į šildymo sistemą pateks 35 ° C temperatūros šilumos nešiklis. Tokiu atveju šilumos siurblys galės dirbti efektyviau, pavyzdžiui, perskaičiavimo koeficientu 4,3, jei garintuve aušinto glikolio temperatūra yra apie –2 ° C.
Naudodami „Excel“ skaičiuokles, funkciją (1) galite išreikšti kaip lygtį:
? = 0.1729 • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)
Jei esant norimam perskaičiavimo koeficientui ir tam tikrai aušinimo skysčio temperatūros vertei šildymo sistemoje, kurią maitina šilumos siurblys, būtina nustatyti garintuve aušinto skysčio temperatūrą, tada galima pateikti (2) lygtį. kaip:
(3)
Aušinimo skysčio temperatūrą šildymo sistemoje galite pasirinkti pagal nurodytas šilumos siurblio perskaičiavimo koeficiento vertes ir skysčio temperatūrą garintuvo išleidimo angoje, naudodami šią formulę:
(4)
Formulėse (2) ... (4) temperatūra nurodoma Celsijaus laipsniais.
Nustatę šias priklausomybes, dabar galime pereiti tiesiai į Amerikos patirtį.
Šilumos siurblių skaičiavimo metodas
Žinoma, šilumos siurblio parinkimo ir apskaičiavimo procesas yra techniškai labai sudėtingas veiksmas ir priklauso nuo individualių objekto savybių, tačiau jį galima apytiksliai sumažinti iki šių etapų:
Nustatomi šilumos nuostoliai per pastato atitvarą (sienas, lubas, langus, duris). Tai galima padaryti taikant šį santykį:
Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) kur
tnar - lauko oro temperatūra (° С);
tvn - vidinė oro temperatūra (° С);
S yra bendras visų uždarančių konstrukcijų plotas (m2);
n - koeficientas, nurodantis aplinkos įtaką objekto charakteristikoms.Kambariams, tiesiogiai besiliečiantiems su išorine aplinka per lubas n = 1; objektams, kurių mansardos aukštai n = 0,9; jei objektas yra virš rūsio n = 0,75;
β yra papildomų šilumos nuostolių koeficientas, kuris priklauso nuo struktūros tipo ir jo geografinės padėties β gali svyruoti nuo 0,05 iki 0,27;
RT - šiluminė varža, nustatoma pagal šią išraišką:
Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W), kur:
δі / λі yra apskaičiuotas statybose naudojamų medžiagų šilumos laidumo rodiklis.
αout yra atitvarinių konstrukcijų išorinių paviršių šilumos išsklaidymo koeficientas (W / m2 * оС);
αin - uždarančių konstrukcijų vidinių paviršių šilumos absorbcijos koeficientas (W / m2 * оС);
- Bendri konstrukcijos šilumos nuostoliai apskaičiuojami pagal formulę:
Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, kur:
Qi - energijos sąnaudos šildant orą, patenkantį į kambarį per natūralius nuotėkius;
Qbp - šilumos išsiskyrimas dėl buitinių prietaisų veikimo ir žmogaus veiklos.
2. Remiantis gautais duomenimis, kiekvienam objektui apskaičiuojamos metinės šilumos energijos sąnaudos:
Qyear = 24 * 0,63 * Qt. puodas. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / val. per metus.) Kur:
tвн - rekomenduojama oro temperatūra patalpose;
tnar - lauko oro temperatūra;
tout.av - viso šildymo sezono lauko oro temperatūros vidutinė aritmetinė vertė;
d yra šildymo laikotarpio dienų skaičius.
3. Norėdami atlikti išsamią analizę, taip pat turėsite apskaičiuoti šiluminės galios lygį, reikalingą vandeniui pašildyti:
Qgv = V * 17 (kW / val. Per metus.) Kur:
V yra vandens kaitinimo tūris iki 50 ° С.
Tada bendras šilumos energijos suvartojimas bus nustatytas pagal formulę:
Q = Qgv + Qyear (kW / val. Per metus.)
Atsižvelgiant į gautus duomenis, nebus sunku pasirinkti tinkamiausią šilumos siurblį šildymui ir karšto vandens tiekimui. Be to, apskaičiuota galia bus nustatyta kaip. Qtn = 1,1 * Q, kur:
Qtn = 1,1 * Q, kur:
1.1 yra korekcijos koeficientas, rodantis galimybę padidinti šilumos siurblio apkrovą kritinės temperatūros laikotarpiu.
Apskaičiavus šilumos siurblius, galite pasirinkti tinkamiausią šilumos siurblį, galintį pateikti reikiamus mikroklimato parametrus patalpose, turinčiose bet kokias technines charakteristikas. Atsižvelgiant į galimybę integruoti šią sistemą su klimato valdymo įrenginiu, šiltas grindis galima pažymėti ne tik dėl savo funkcionalumo, bet ir dėl didelių estetinių išlaidų.
Skaičiavimo formulė
Šilumos nuostolių keliai name
Šilumos siurblys gali visiškai susidoroti su patalpų šildymu.
Norėdami pasirinkti jums tinkantį įrenginį, turėtumėte apskaičiuoti jo reikiamą galią.
Visų pirma, jūs turite suprasti šilumos balansą pastate. Šiems skaičiavimams galite naudoti specialistų paslaugas, internetinę skaičiuoklę ar save naudodami paprastą formulę:
R = (k x V x T) / 860kur:
R - patalpos energijos suvartojimas (kW / val.); k yra vidutinis pastato šilumos nuostolių koeficientas: pavyzdžiui, lygus 1 - puikiai apšiltintas pastatas ir 4 - barakas iš lentų; V yra bendras viso šildomo kambario tūris kubiniais metrais; T yra didžiausias temperatūros skirtumas tarp pastato išorės ir vidaus. 860 yra vertė, reikalinga gautam kcal konvertuoti į kW.
Geoterminio šilumos siurblio „vanduo-vanduo“ atveju taip pat būtina apskaičiuoti reikiamą grandinės, kuri bus rezervuare, ilgį. Čia skaičiavimas yra dar paprastesnis.
Yra žinoma, kad 1 metras kolektoriaus duoda apie 30 vatų. Kitaip tariant, norint 1 kW siurblio galios reikia 22 metrų vamzdžių. Žinodami reikalingą siurblio galią, galime lengvai apskaičiuoti, kiek vamzdžių mums reikia grandinei sukurti.
Skaičiavimas pagrįstas vandens ir vandens sistemos pavyzdžiu
Apskaičiuokime, pavyzdžiui, namą su šiais pradiniais duomenimis:
- šildomas plotas 300 kv.m;
- lubų aukštis 2,8 m;
- pastatas gerai izoliuotas;
- minimali temperatūra lauke žiemą -25 laipsniai;
- patogi kambario temperatūra +22 laipsniai.
Pirmiausia apskaičiuojame šildomą kambario tūrį: 300 kv.m. x 2,8 m = 840 kubinių metrų
Tada apskaičiuojame vertę "T": 22 - (-25) = 45 laipsniai.
Šiuos duomenis pakeičiame į formulę: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kWh
Gavome reikalingą 44 kW / h šilumos siurblio galią. Mes galime lengvai nustatyti, kad jo veikimui reikalingas kolektorius, kurio bendras ilgis ne mažesnis kaip 968 metrai.
Galbūt jus taip pat domina straipsnis apie tai, kaip pasidaryti „pasidaryk pats“ dyzelinę lašintuvą: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/pech-kapelnitsa-svoimi-rukami.html
Taigi gerai izoliuotai patalpai, kurios plotas 300 kv.m. tinka siurblys, kurio galia ne mažesnė kaip 44 kW. Kaip ir kitur, geriau susidaryti bent 10% galios rezervą. Todėl geriau įsigyti 48-49 kW galios įrenginį.
Anksčiau ar vėliau mes visi pradėsime naudoti alternatyvią energiją ir šiandien galime žengti pirmąjį žingsnį. Naudodami šilumos siurblius sumažinsite šildymo išlaidas, tapsite nepriklausomi nuo dujų ar anglies tiekėjų ir išsaugosite savo namų planetos ekologiją.
Šio straipsnio pagalba galėsite apskaičiuoti geoterminės įrangos parametrus, kurie tiks jūsų patalpoms. Tačiau nepamirškite, kad profesionalai padarys viską. Ir visada turėsite ką nors paklausti, ar sistema veikia netinkamai.
Peržiūrėkite vaizdo įrašą, kuriame specialistas išsamiai paaiškina namo šildymo šilumos siurblio galios apskaičiavimo principus:
Šilumos siurblių tipai
Pagal žemos kokybės energijos šaltinį šilumos siurbliai skirstomi į tris pagrindinius tipus:
- Oro.
- Gruntavimas.
- Vanduo - šaltinis gali būti požeminis ir paviršiniai vandens telkiniai.
Vandens šildymo sistemoms, kurios yra labiau paplitusios, naudojami šie šilumos siurblių tipai:
„Oras-vanduo“ yra oro tipo šilumos siurblys, kuris šildo pastatą pritraukdamas orą iš išorės per išorinį įrenginį. Tai veikia oro kondicionieriaus principu, tik atvirkščiai, paverčiant oro energiją šiluma. Toks šilumos siurblys nereikalauja didelių įrengimo išlaidų, nebūtina jam skirti žemės sklypo ir, be to, gręžti gręžinį. Tačiau veikimo žemoje temperatūroje (-25 ° C) efektyvumas sumažėja ir reikalingas papildomas šilumos energijos šaltinis.
Įrenginys „požeminis vanduo“ reiškia geoterminę energiją ir gamina šilumą iš žemės, naudodamas kolektorių, pastatytą žemiau užšalimo. Taip pat yra priklausomybė nuo vietovės ploto ir kraštovaizdžio, jei kolektorius yra horizontaliai. Norėdami pastatyti vertikaliai, turėsite gręžti šulinį.
„Vanduo-vanduo“ įrengiamas ten, kur netoliese yra vandens telkinys arba požeminis vanduo. Pirmuoju atveju rezervuaras klojamas ant rezervuaro dugno, antruoju - gręžiamas gręžinys arba keli, jei leidžia aikštelės plotas. Kartais požeminio vandens gylis yra per gilus, todėl tokio šilumos siurblio įrengimo kaina gali būti labai didelė.
Kiekvienas šilumos siurblio tipas turi savų privalumų ir trūkumų, jei pastatas yra toli nuo rezervuaro arba požeminis vanduo yra per gilus, tada „vanduo-vanduo“ neveiks. „Oras-vanduo“ bus aktualus tik santykinai šiltuose regionuose, kur šaltuoju metų laiku oro temperatūra nenukrinta žemiau –25 ° C.
Kaip veikia šilumos siurblys
Šiuolaikinis šilumos siurblys labai panašus į įprastą šaldytuvą.
Kas yra geoterminis siurblys arba, kitaip tariant, šilumos siurblys? Tai įranga, galinti perduoti šilumą iš šaltinio vartotojui. Apsvarstykime jo veikimo principą pirmojo praktinio idėjos įgyvendinimo pavyzdžiu.
Geoterminių siurblių veikimo principas tapo žinomas dar XIX amžiaus 50-aisiais. Praktiškai šie principai buvo įgyvendinti tik praėjusio amžiaus viduryje.
Vieną dieną eksperimentuotojas Weberis rūšiavo šaldiklį ir netyčia palietė degantį kondensatoriaus vamzdelį.Jis sugalvojo, kodėl šiluma niekur nedingsta ir neduoda jokios naudos? Du kartus negalvojęs, jis pailgino vamzdį ir įdėjo jį į vandens šildymo rezervuarą.
Buvo tiek karšto vandens, kad jis nežinojo, ką su juo daryti. Reikėjo eiti toliau - kaip sušildyti orą šia paprasta sistema? Sprendimas pasirodė labai paprastas ir todėl ne mažiau išradingas.
Karštas vanduo spirale varomas per ritę, o ventiliatorius aplink namą pučia šiltą orą. Visa išradinga yra paprasta! Vėberis buvo išmatuotas žmogus ir laikui bėgant sugalvojo, kaip apsieiti be šaldiklio. Privalome išgauti šilumą iš žemės!
Užkasęs varinius vamzdžius ir perpumpavęs freonu (tomis pačiomis dujomis, kurios naudojamos šaldytuvuose), jis pradėjo gauti šilumos energiją iš gelmių. Manome, kad pagal šį pavyzdį visi supras šilumos siurblio veikimo principą.
Mes taip pat siūlome perskaityti apie dyzelinio krosnies stebuklą šiame straipsnyje:
Šilumos siurblio galios apskaičiavimo metodas
Be optimalaus energijos šaltinio nustatymo, reikės apskaičiuoti šildymui reikalingą šilumos siurblio galią. Tai priklauso nuo pastato šilumos nuostolių dydžio. Apskaičiuokime šilumos siurblio galią namui šildyti, naudodami konkretų pavyzdį.
Tam mes naudojame formulę Q = k * V * ∆T, kur
- Q yra šilumos nuostoliai (kcal / val.). 1 kWh = 860 kcal / h;
- V - namo tūris m3 (plotas padauginamas iš lubų aukščio);
- ∆Т yra minimalių temperatūrų, esančių lauke ir viduje, santykis šalčiausiu metų laikotarpiu, ° С. Iš vidinio tº atimkite išorę;
- k yra apibendrintas pastato šilumos perdavimo koeficientas. Mūriniam pastatui su mūro dviem sluoksniais k = 1; gerai izoliuotam pastatui k = 0,6.
Taigi apskaičiuojant šilumos siurblio galią šildyti 100 kvadratinių metrų mūrinį namą ir 2,5 m lubų aukštį, esant tt laipsnių skirtumui nuo -30 ° lauke iki + 20 ° viduje, bus:
Q = (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / val
12500/860 = 14,53 kW. Tai yra, standartiniam mūriniam namui, kurio plotas 100 m, reikės 14 kilovatų įtaiso.
Vartotojas sutinka pasirinkti šilumos siurblio tipą ir galią atsižvelgdamas į keletą sąlygų:
- geografiniai vietovės ypatumai (vandens telkinių artumas, požeminio vandens buvimas, laisvas plotas kolektoriui);
- klimato ypatumai (temperatūra);
- patalpos tipas ir vidinis tūris;
- finansines galimybes.
Atsižvelgdami į visus minėtus aspektus, galėsite geriausiai pasirinkti įrangą. Norint efektyviau ir teisingiau pasirinkti šilumos siurblį, geriau kreiptis į specialistus, jie galės atlikti išsamesnius skaičiavimus ir pateikti ekonominę įrangos montavimo galimybę.
Ilgą laiką ir labai sėkmingai šilumos siurbliai buvo naudojami buitiniuose ir pramoniniuose šaldytuvuose bei oro kondicionieriuose.
Šiandien šie prietaisai pradėti naudoti priešingos prigimties funkcijai - būsto šildymui šaltu oru.
Pažvelkime, kaip šilumos siurbliai naudojami privačių namų šildymui ir ką reikia žinoti, norint teisingai apskaičiuoti visus jo komponentus.
Pagrindinės veislės
Šilumos gavybos sistemos. (Spustelėkite norėdami padidinti)
- oras-oras iš esmės yra įprastas oro kondicionierius;
- oras-vanduo - į kondicionierių įpilame šilumokaičio ir jau šildome vandenį;
- žemė-vanduo - kolektorių laidojame iš vamzdžių į žemę, o išleidimo angoje šildome vandenį;
- vanduo-vanduo - vamzdžiai dedami į atvirą ar požeminį rezervuarą ir atiduoda šilumą pastato šildymo sistemai.
(Išsamią šilumos siurblių klasifikaciją šildymui galite rasti šiame straipsnyje).
Šilumos siurblio skaičiavimo pavyzdys
Šilumos siurblį parinksime vieno aukšto namo, kurio bendras plotas 70 kv., Šildymo sistemai. m su standartiniu lubų aukščiu (2,5 m), racionalia architektūra ir uždarančių konstrukcijų šilumine izoliacija, atitinkančia šiuolaikinių statybos kodeksų reikalavimus. Pirmojo ketvirčio šildymui.m tokio objekto, pagal visuotinai priimtus standartus, reikia išleisti 100 W šilumos. Taigi, norint pašildyti visą namą, jums reikės:
Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW šiluminės energijos.
Mes pasirenkame „TeploDarom“ prekės ženklo šilumos siurblį (modelis L-024-WLC), kurio šiluminė galia W = 7,7 kW. Įrenginio kompresorius sunaudoja N = 2,5 kW elektros energijos.
Rezervuaro skaičiavimas
Kolektoriaus statybai skirtoje vietoje dirvožemis yra molingas, gruntinio vandens lygis aukštas (imame kaloringumą p = 35 W / m).
Kolektoriaus galia nustatoma pagal formulę:
Qk = W - N = 7,7 - 2,5 = 5,2 kW.
L = 5200/35 = 148,5 m (apytiksliai).
Atsižvelgdami į tai, kad neracionalu nustatyti grandinę, kurios ilgis yra didesnis nei 100 m, dėl pernelyg didelio hidraulinio pasipriešinimo, mes sutinkame: šilumos siurblio kolektorių sudarys dvi grandinės - 100 m ir 50 m.
Svetainės plotas, kurį reikės skirti kolektoriui, nustatomas pagal formulę:
S = L x A,
Kur A yra žingsnis tarp gretimų kontūro dalių. Mes priimame: A = 0,8 m.
Tada S = 150 x 0,8 = 120 kv. m.
Skaičiavimai
Kaip žinote, šilumos siurbliuose naudojami laisvi ir atsinaujinantys energijos šaltiniai: mažai potenciali oro, dirvožemio, požeminių, technologinių procesų atliekų ir nuotekų šiluma, atviri neužšąlantys vandens telkiniai. Tam išleidžiama elektra, tačiau gautos šilumos energijos ir suvartotos elektros energijos santykis yra apie 3–6.
Tiksliau, žemos kokybės šilumos šaltiniai gali būti lauko oras, kurio temperatūra yra nuo –10 iki + 15 ° С, oras pašalinamas iš patalpos (15–25 ° С), podirvis (4–10 ° С) ir gruntinis vanduo ( daugiau kaip 10 ° C), ežerų ir upių vanduo (0–10 ° С), paviršius (0–10 ° С) ir gilus (daugiau kaip 20 m) dirvožemis (10 ° С).
Yra dvi galimybės gauti žemos kokybės šilumą iš dirvožemio: metalinių-plastikinių vamzdžių klojimas 1,2–1,5 m gylio tranšėjose arba vertikaliuose 20–100 m gylio šuliniuose. Kartais vamzdžiai klojami spiralėmis 2–4 tranšėjose. m gylio.Tai žymiai sumažina bendrą tranšėjų ilgį. Didžiausias šilumos perdavimas iš paviršinio grunto yra 50–70 kWh / m2 per metus. Apkasų ir šulinių tarnavimo laikas viršija 100 metų.
Šilumos siurblio skaičiavimo pavyzdys
Pradinės sąlygos: Dviejų aukštų kotedžo name, kurio plotas 200m2, būtina pasirinkti šilumos siurblį šildymui ir karšto vandens tiekimui; vandens temperatūra šildymo sistemoje turėtų būti 35 ° C; minimali aušinimo skysčio temperatūra yra 0 ° С. Pastato šilumos nuostoliai yra 50W / m2. Molio dirvožemis, sausas.
Skaičiavimas:
Reikalinga šiluminė galia šildymui: 200 * 50 = 10 kW;
Reikalinga šilumos galia šildymui ir karšto vandens tiekimui: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW
Pastatui šildyti buvo pasirinktas 14,79 kW galios (artimiausias didesnio standartinio dydžio) šilumos siurblys WW H R P C 12, kuris freonui šildyti išleidžia 3,44 kW. Šilumos pašalinimas iš paviršinio dirvožemio sluoksnio (sauso molio) q yra 20 W / m. Mes apskaičiuojame:
1) reikalinga kolektoriaus šiluminė galia Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;
2) bendras vamzdžių ilgis L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m. Norint surengti tokį kolektorių, reikalingos 6 grandinės, kurių ilgis 100 m;
3) klojant 0,75 m, reikalingas aikštelės plotas yra A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) bendras glikolio tirpalo suvartojimas (25%)
Vs = 11,35 3600 / (1,05 3,7 dt) = 3,506 m3 / h,
dt yra temperatūros skirtumas tarp tiekimo ir grįžimo linijų, dažnai laikomas lygiu 3 K. Srauto greitis vienoje grandinėje yra 0,584 m3 / h. Kolektoriaus įtaisui parenkame sustiprintą plastikinį vamzdį, kurio standartinis dydis yra 32 (pavyzdžiui, PE32x2). Slėgio nuostoliai jame bus 45 Pa / m; vienos grandinės varža yra maždaug 7 kPa; aušinimo skysčio srautas - 0,3 m / s.
Horizontalaus šilumos siurblio kolektoriaus apskaičiavimas
Šilumos pašalinimas iš kiekvieno vamzdžio skaitiklio priklauso nuo daugelio parametrų: įrengimo gylio, požeminio vandens prieinamumo, dirvožemio kokybės ir kt. Apytiksliai galima laikyti, kad horizontaliems kolektoriams jis yra 20 W / m. Tiksliau: sausas smėlis - 10, sausas molis - 20, šlapias molis - 25, molis su dideliu vandens kiekiu - 35 W / m. Apskaičiuojant aušinimo skysčio temperatūros skirtumą tiesioginėse ir grįžtančiose kilpos linijose, paprastai laikoma 3 ° C. Aikštelėje virš kolektoriaus neturėtų būti statomi jokie statiniai, kad saulės šiluma papildytų žemės šilumą. Mažiausias atstumas tarp paklotų vamzdžių turėtų būti 0,7–0,8 m.Vienos tranšėjos ilgis paprastai yra nuo 30 iki 120 m. Kaip pirminį aušinimo skystį rekomenduojama naudoti 25% glikolio tirpalą. Apskaičiuojant reikia atsižvelgti į tai, kad jo šilumos talpa 0 ° C temperatūroje yra 3,7 kJ / (kg K), o tankis - 1,05 g / cm3. Naudojant antifrizą, slėgio nuostoliai vamzdžiuose yra 1,5 karto didesni nei cirkuliuojant vandeniui. Norint apskaičiuoti šilumos siurblio įrenginio pirminės grandinės parametrus, reikės nustatyti antifrizo srautą: Vs = Qo · 3600 / (1,05 · 3,7 · .t), kur .t yra temperatūros skirtumas tarp tiekimo ir grįžimo linijos, kurios dažnai laikomos lygios 3 K, o Qo yra šiluminė galia, gaunama iš mažo potencialo šaltinio (žemės). Pastaroji vertė apskaičiuojama kaip bendros šilumos siurblio Qwp galios ir freono P šildymui išleistos elektros galios skirtumas: Qo = Qwp - P, kW. Bendras kolektorių vamzdžių L ilgis ir visas sekcijos po juo A plotas apskaičiuojamas pagal formules: L = Qo / q, A = L · da. Čia q yra specifinis (nuo 1 m vamzdžio) šilumos pašalinimas; da yra atstumas tarp vamzdžių (klojimo žingsnis).
Zondo skaičiavimas
Naudojant vertikalius šulinius, kurių gylis yra nuo 20 iki 100 m, į juos panardinami U formos metaliniai-plastikiniai arba plastikiniai vamzdžiai (kurių skersmuo didesnis nei 32 mm). Paprastai dvi kilpos įkišamos į vieną šulinį, po kurio jis užpildomas cemento skiediniu. Vidutiniškai tokio zondo savitoji šilumos galia gali būti lygi 50 W / m. Taip pat galite sutelkti dėmesį į šiuos duomenis apie šilumą:
* sausos nuosėdinės uolienos - 20 W / m;
* akmenuotas dirvožemis ir vandens prisotintos nuosėdinės uolienos - 50 W / m;
* aukštos šilumos laidumo uolienos - 70 W / m;
* požeminis vanduo - 80 W / m.
Dirvožemio temperatūra didesniame nei 15 m gylyje yra pastovi ir yra maždaug + 10 ° С. Atstumas tarp šulinių turėtų būti didesnis nei 5 m. Jei yra požeminės srovės, šuliniai turėtų būti išdėstyti tiesiai statmenai srautui linijoje. Vamzdžių skersmenų pasirinkimas atliekamas atsižvelgiant į reikiamo aušinimo skysčio srauto slėgio nuostolius. Skysčio srauto greitį galima apskaičiuoti t = 5 ° С. Skaičiavimo pavyzdys. Pradiniai duomenys yra tokie patys, kaip aukščiau nurodytame horizontalaus kolektoriaus skaičiavime. Esant specifiniam 50 W / m zondo šilumos pašalinimui ir reikalingai 11,35 kW galiai, L zondo ilgis turėtų būti 225 m., 0); iš viso - 6 grandinės, po 150 m.
Bendras aušinimo skysčio srautas esant .t = 5 ° С bus 2,1 m3 / h; srautas per vieną grandinę - 0,35 m3 / h. Grandinės turės šias hidraulines charakteristikas: slėgio nuostolis vamzdyje - 96 Pa / m (šilumos nešiklis - 25% glikolio tirpalas); kilpos varža - 14,4 kPa; srauto greitis - 0,3 m / s.
Šilumos siurblio atsipirkimas
Kalbant apie tai, kiek laiko žmogui reikia grąžinti į kažką investuotus pinigus, tai reiškia, kokia pelninga buvo pati investicija. Šildymo srityje viskas yra gana sunku, nes mes suteikiame sau komfortą ir šilumą, o visos sistemos yra brangios, tačiau šiuo atveju galite ieškoti tokios galimybės, kuri grąžintų išleistus pinigus sumažinant išlaidas naudojimo metu. O kai pradedi ieškoti tinkamo sprendimo, palygini viską: dujinį katilą, šilumos siurblį ar elektrinį katilą. Išanalizuosime, kuri sistema atsipirks greičiau ir efektyviau.
Atsipirkimo sąvoką, šiuo atveju, šilumos siurblio įdiegimą, siekiant modernizuoti esamą šilumos tiekimo sistemą, paprasčiau tariant, galima paaiškinti taip:
Yra viena sistema - individualus dujinis katilas, užtikrinantis autonominį šildymą ir karšto vandens tiekimą. Yra split sistemos oro kondicionierius, kuris suteikia vienai patalpai šalčio. Įrengtos 3 padalintos sistemos skirtinguose kambariuose.
Ir yra ekonomiškesnė pažangi technologija - šilumos siurblys, kuris šildys / atvėsins namus ir šildys vandenį tinkamu kiekiu namui ar butui. Būtina nustatyti, kiek pasikeitė bendra įrangos kaina ir pradinės išlaidos, taip pat įvertinti, kiek sumažėjo pasirinktų tipų įrangos metinės eksploatacijos išlaidos. Ir norint nustatyti, kiek metų, sutaupius brangesnę įrangą, atsipirks.Idealiu atveju lyginami keli siūlomi dizaino sprendimai ir parenkamas ekonomiškiausias.
Mes atliksime skaičiavimą ir vyyaski, koks yra šilumos siurblio atsipirkimo laikotarpis Ukrainoje
Panagrinėkime konkretų pavyzdį
- Namas yra 2 aukštuose, gerai apšiltintas, jo bendras plotas 150 kv.
- Šilumos / šildymo paskirstymo sistema: 1 kontūras - grindinis šildymas, 2 kontūras - radiatoriai (arba ventiliatoriaus ritės blokai).
- Šildymui ir karšto vandens tiekimui (KV) buvo sumontuotas dujinis katilas, pavyzdžiui, 24kW, dvigubos grandinės.
- Oro kondicionavimo sistema iš padalintų sistemų 3 namo kambariams.
Metinės šildymo ir vandens šildymo išlaidos
Maks. šilumos siurblio šildymo galia, kW | 19993,59 |
Maks. šilumos siurblio energijos sąnaudos eksploatuojant šildymą, kW | 7283,18 |
Maks. šilumos siurblio šildymo galia karštam vandeniui tiekti, kW | 2133,46 |
Maks. šilumos siurblio energijos sąnaudos eksploatuojant karštą vandenį, kW | 866,12 |
- Apytikslė katilinės su 24 kW dujiniu katilu (katilo, vamzdynų, laidų, bako, skaitiklio, įrengimo) kaina yra apie 1000 eurų. Tokio namo oro kondicionavimo sistema (viena split sistema) kainuos apie 800 eurų. Iš viso sutvarkius katilinę, projektavimo darbus, prisijungus prie dujotiekio tinklo ir įrengimo darbus - 6100 eurų.
- Apytikslė „Mycond“ šilumos siurblio su papildoma ventiliatoriaus ritės sistema, montavimo darbų ir prijungimo prie tinklo kaina yra 6 650 eurų.
- Investicijų augimas yra: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 eurų (arba apie 16500 UAH)
- Veiklos sąnaudų mažinimas yra: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
- Atsipirkimo laikotarpis Tocup. = 16500/19608 = 0,84 metai!
Šilumos siurblio naudojimo paprastumas
Šilumos siurbliai yra universaliausia, daugiafunkcė ir energiją taupanti įranga namų, butų, biurų ar komercinių patalpų šildymui.
Pažangiausia ir pažangiausia yra pažangi valdymo sistema su savaitiniu ar kasdieniu programavimu, automatiniu sezoninių nustatymų perjungimu, temperatūros palaikymu namuose, ekonominiais režimais, valdymu pavaldžiu katilu, katilu, cirkuliaciniais siurbliais, temperatūros valdymu dviem šildymo kontūrais. Inverterio valdymas kompresoriaus, ventiliatoriaus, siurblių veikimui leidžia maksimaliai sutaupyti energijos.
Šilumos siurblio veikimas dirbant pagal požeminio vandens schemą
Kolekcionierių galima laidoti trimis būdais.
Horizontalus variantas
Vamzdžiai tranšėjose klojami kaip gyvatė į gylį, viršijantį dirvožemio užšalimo gylį (vidutiniškai - nuo 1 iki 1,5 m).
Tokiam kolekcininkui reikės pakankamai didelio ploto žemės sklypo, tačiau jį pastatyti gali bet kuris namo savininkas - nereikia jokių įgūdžių, išskyrus galimybę dirbti su kastuvu.
Tačiau reikėtų atsižvelgti į tai, kad šilumokaičio statyba rankomis yra gana sunkus procesas.
Vertikalus variantas
Rezervuaro vamzdžiai „U“ raidės formos kilpų pavidalu panardinami į šulinius, kurių gylis yra nuo 20 iki 100 m. Jei reikia, galima pastatyti kelis tokius šulinius. Sumontavus vamzdžius, šuliniai užpildomi cemento skiediniu.
Vertikalaus kolektoriaus privalumas yra tas, kad jo statybai reikalingas labai mažas plotas. Tačiau jokiu būdu negalima savarankiškai gręžti daugiau nei 20 m gylio šulinių - teks samdyti gręžėjų komandą.
Kombinuotas variantas
Šis kolektorius gali būti laikomas tam tikru horizontaliu kolektoriumi, tačiau jo statybai reikia daug mažiau vietos.
Aikštelėje iškastas apvalus šulinys, kurio gylis 2 m.
Šilumokaičio vamzdžiai dedami spirale, kad grandinė būtų kaip vertikaliai sumontuota spyruoklė.
Baigus montavimo darbus, šulinys užpildomas. Kaip ir horizontalaus šilumokaičio atveju, visą reikiamą darbo kiekį galima atlikti rankomis.
Kolektorius pripildomas antifrizo - antifrizo arba etilenglikolio tirpalo.Siekiant užtikrinti jo cirkuliaciją, į grandinę įpjaunamas specialus siurblys. Absorbavęs dirvožemio šilumą, antifrizas patenka į garintuvą, kur tarp jo ir šaltnešio vyksta šilumos mainai.
Reikėtų nepamiršti, kad neribotas šilumos išgavimas iš dirvožemio, ypač kai kolektorius yra vertikaliai, gali sukelti nepageidaujamas pasekmes teritorijos geologijai ir ekologijai. Todėl vasaros laikotarpiu labai pageidautina „dirvožemio - vandens“ tipo šilumos siurblį valdyti atvirkštiniu - oro kondicionieriumi.
Šildymo dujomis sistema turi daug privalumų, o vienas iš pagrindinių yra maža dujų kaina. Kaip įrengti namo šildymą dujomis, jus paragins privataus namo su dujiniu katilu šildymo schema. Apsvarstykite šildymo sistemos projektavimo ir pakeitimo reikalavimus.
Šioje temoje skaitykite apie saulės kolektorių pasirinkimą namų šildymui.
Horizontalaus šilumos siurblio kolektoriaus apskaičiavimas
Horizontalaus kolektoriaus efektyvumas priklauso nuo terpės, į kurią jis panardinamas, temperatūros, jo šilumos laidumo ir kontakto su vamzdžio paviršiumi ploto. Skaičiavimo metodas yra gana sudėtingas, todėl dažniausiai naudojami vidutiniai duomenys.
Manoma, kad kiekvienas šilumokaičio skaitiklis suteikia HP tokią šiluminę galią:
- 10 W - palaidotas sausoje smėlėtoje ar uolėtoje dirvoje;
- 20 W - sausoje molio dirvoje;
- 25 W - drėgname moliniame dirvožemyje;
- 35 W - labai drėgnoje molio dirvoje.
Taigi, norint apskaičiuoti kolektoriaus ilgį (L), reikiamą šiluminę galią (Q) reikia padalyti iš dirvožemio kaloringumo (p):
L = Q / p.
Nurodytos vertės gali būti laikomos galiojančiomis tik tuo atveju, jei tenkinamos šios sąlygos:
- Žemės sklypas virš kolektoriaus nėra užstatytas, neužtamsintas ar apsodintas medžiais ar krūmais.
- Atstumas tarp gretimų spiralės posūkių ar „gyvatės“ sekcijų yra mažiausiai 0,7 m.
Kaip veikia šilumos siurbliai
Bet kuriame šilumos siurblyje yra darbinė terpė, vadinama šaltnešiu. Paprastai freonas veikia tokiu pajėgumu, rečiau - amoniakas. Pats prietaisas susideda tik iš trijų komponentų:
Garintuvas ir kondensatorius yra dvi talpyklos, kurios atrodo kaip ilgi lenkti vamzdžiai - ritės. Kondensatorius viename gale prijungtas prie kompresoriaus išleidimo angos, o garintuvas - prie įleidimo angos. Ritinių galai sujungiami, o sankryžoje tarp jų įrengiamas slėgį mažinantis vožtuvas. Garintuvas tiesiogiai ar netiesiogiai liečiasi su šaltiniu, o kondensatorius - su šildymo ar karšto vandens sistema.
Kaip veikia šilumos siurblys
HP operacija grindžiama dujų kiekio, slėgio ir temperatūros tarpusavio priklausomybe. Štai kas vyksta įrenginio viduje:
- Amoniakas, freonas ar kitas šaltnešis, judantis garintuvu, iš šaltinio terpės įkaista, pavyzdžiui, iki +5 laipsnių temperatūros.
- Praėjusios per garintuvą, dujos pasiekia kompresorių, kuris pumpuoja jį į kondensatorių.
- Kompresoriaus išleistas šaltnešis kondensatoriuje laikomas slėgį mažinančiu vožtuvu, todėl jo slėgis čia didesnis nei garintuve. Kaip žinote, didėjant slėgiui, padidėja bet kokių dujų temperatūra. Būtent taip atsitinka su šaltnešiu - jis įkaista iki 60–70 laipsnių. Kadangi kondensatorius plaunamas aušinimo skysčiu, cirkuliuojančiu šildymo sistemoje, pastaroji taip pat įkaista.
- Šaltnešis mažomis porcijomis per slėgio mažinimo vožtuvą išleidžiamas į garintuvą, kur jo slėgis vėl sumažėja. Dujos išsiplečia ir atvėsta, o kadangi dėl šilumos mainų ankstesniame etape buvo prarasta dalis vidinės energijos, jų temperatūra nukrenta žemiau pradinių +5 laipsnių. Po garintuvo jis vėl įkaista, tada kompresorius jį pumpuoja į kondensatorių - ir taip toliau ratu. Moksliškai šis procesas vadinamas Karno ciklu.
Tačiau šilumos siurblys vis tiek išlieka labai pelningas: už kiekvieną išleistą kW * h elektros energijos galima gauti nuo 3 iki 5 kW * h šilumos.
Patys pagaminti priedai šildymo sistemai su šilumos siurbliu
Paprastam namo savininkui gana sunku konkuruoti su pramoniniais šalies ir užsienio gamintojų šilumos siurbliais, nepaisant to, jo montavimas ir atskirų agregatų gamyba nėra neįmanomas darbas. Pagrindinė užduotis montuojant šilumos siurblį yra skaičiavimų teisingumas, nes klaidos atveju sistema gali būti mažo efektyvumo ir tapti neveiksminga.
Kompresorius
Norėdami įdiegti, jums reikės naujo arba sunaudoto. kompresorius yra darbinis su neišnaudotu tinkamos galios ištekliu. Įprasta kompresoriaus galia turėtų būti 20–30% nuo apskaičiuotos. Galite naudoti standartinius gamyklinius šaldytuvų ar spiralinių oro kondicionierių įrenginius, kurių efektyvumas yra didesnis, palyginti su stūmoklių įtaisais.
Garintuvas ir kondensatorius
Skysčiams aušinti ir šildyti jie paprastai praeina variniais vamzdžiais, dedamais į indą su šilumokaičiu. Norint padidinti aušinimo plotą, varinis vamzdis yra išdėstytas spiralės pavidalu, reikalingas ilgis apskaičiuojamas pagal ploto apskaičiavimo formulę, padalytą iš pjūvio. Šilumos mainų bako tūris apskaičiuojamas pagal efektyvios šilumos mainų įgyvendinimą, įprastas vidurkis yra apie 120 litrų. Šilumos siurbliui racionalu naudoti oro kondicionierių vamzdžius, kurie iš pradžių yra spiralės formos ir yra sumontuoti ritėse.
Pav. 3 Varinis vamzdis ir rezervuaras šilumokaičiui
Daugelis šilumos siurblių gamintojų pakeitė šį šilumokaičių konstrukcijos metodą kompaktiškesniu, naudojant šilumos mainus pagal principą „vamzdis vamzdyje“. Standartinis garintuvo plastikinio vamzdžio skersmuo yra 32 mm, jame yra 19 mm skersmens varinis vamzdis, garintuvas yra termiškai izoliuotas, bendras šilumokaičio ilgis yra apie 10 - 12 m. galima naudoti 25 mm kondensatorių. metalinis-plastikinis vamzdis ir 12,7 mm. vario.
4 pav. Šilumokaičio iš varinių ir plastikinių vamzdžių surinkimas ir išvaizda
Norėdami padidinti šilumokaičio plotą ir efektyvumą, kai kurie meistrai susuka kelių mažo skersmens varinių vamzdžių pynę, perkelia juos plona viela ir padeda konstrukciją į plastiką. Tai leidžia gauti apie 1 kubinio metro šilumos mainų plotą 10 metrų atkarpoje.
Termostatinis išsiplėtimo vožtuvas
Tinkamas prietaisas kontroliuoja garintuvo užpildymo lygį ir iš esmės yra atsakingas už visos sistemos veikimą. Pavyzdžiui, jei aušalo srautas yra per didelis, jis neturės laiko visiškai išgaruoti, o skysčio lašeliai pateks į kompresorių, o tai sutrikdys jo veikimą ir sumažės išleidžiamų dujų temperatūra. Per mažai freono garintuve padidinus temperatūrą kompresoriuje, nepakaks sušildyti reikiamą vandens kiekį.
Pav. 5 Pagrindinė šilumos siurblio įranga
Jutikliai
Kad būtų lengviau naudotis, valdyti veikimą, nustatyti gedimus ir konfigūruoti sistemą, reikalingi įmontuoti temperatūros jutikliai. Informacija yra svarbi visuose sistemos veikimo etapuose, tik jos pagalba pagal formules galima nustatyti svarbiausią vandens šilumos siurbliams įrengtos įrangos parametrą - COP efektyvumo rodiklį.
Siurblio įranga
Veikiant šilumos siurbliams, vandens įleidimas ir tiekimas iš šulinio, šulinio ar atviro rezervuaro atliekamas naudojant vandens siurblius. Galima naudoti povandeninius ar paviršinius tipus, paprastai jų galia yra maža, vandeniui tiekti pakanka 100-200 vatų. Norėdami valdyti veikimą, apsaugokite siurblius ir sistemą, papildomai įdiegiami filtrai, manometras, vandens skaitikliai ir paprasčiausia automatika.
Pav. 6 Pačio surinkto šilumos siurblio išvaizda
Savarankiškas šilumos siurbimo įrangos surinkimas nesudaro didelių sunkumų, susijusių su specialiu vario suvirinimo ir litavimo įrankiu. Atliktas darbas padės sutaupyti nemažas lėšas - komponentų kaina sieks apie 600 USD. Tai yra, pramoninės įrangos įsigijimas kainuos 10 kartų brangiau (apie 6000 USD). Tinkamai apskaičiuotos ir sukonfigūruotos pačios surinktos konstrukcijos efektyvumas (COP) yra maždaug 4, o tai atitinka pramoninį dizainą.
Patariame perskaityti: „Pasidaryk pats“ šilumos siurblio darbo variantai
gal būt