Technické údaje obehových čerpadiel pre vykurovacie systémy

Typy konštrukcií tepelných čerpadiel

Typ tepelného čerpadla je obvykle označený vetou označujúcou zdrojové médium a nosič tepla vykurovacieho systému.
Existujú nasledujúce odrody:

• ТН „vzduch - vzduch“;
• ТН „vzduch - voda“;
• TN "pôda - voda";
• TH „voda - voda“.

Úplne prvou možnosťou je konvenčný split systém pracujúci v režime kúrenia. Výparník je namontovaný vonku a vo vnútri domu je jednotka s kondenzátorom. Posledný z nich je fúkaný ventilátorom, vďaka ktorému sa do miestnosti dodáva teplá vzduchová hmota.

Ak je takýto systém vybavený špeciálnym výmenníkom tepla s tryskami, získa sa typ HP „vzduch-voda“. Je pripojený k systému ohrevu vody.

Výparník HP typu „vzduch-vzduch“ alebo „vzduch-voda“ nie je možné umiestniť nie vonku, ale do potrubia na odsávanie vzduchu (musí byť vynútené). V takom prípade sa účinnosť tepelného čerpadla niekoľkonásobne zvýši.

Tepelné čerpadlá typu „voda-voda“ a „pôda-voda“ využívajú na odvod tepla takzvaný externý výmenník tepla alebo, ako sa tiež nazýva, kolektor.

Schéma tepelného čerpadla

Jedná sa o rúrku s dlhými slučkami, zvyčajne plastovú, cez ktorú cirkuluje kvapalné médium okolo výparníka. Oba typy tepelných čerpadiel predstavujú rovnaké zariadenie: v jednom prípade je kolektor ponorený na dne povrchovej nádrže a v druhom - do zeme. Kondenzátor takéhoto tepelného čerpadla je umiestnený vo výmenníku tepla pripojenom k ​​systému ohrevu teplej vody.

Pripojenie tepelných čerpadiel podľa schémy „voda - voda“ je oveľa menej náročné ako „pôda - voda“, pretože nie je potrebné vykonávať zemné práce. Na dne nádrže je potrubie uložené vo forme špirály. Samozrejme, pre túto schému je vhodný iba zásobník, ktorý v zime nezmrzne na dno.

Je čas zásadne študovať zahraničné skúsenosti

Už takmer každý vie o tepelných čerpadlách schopných získavať teplo z prostredia na vykurovanie budov a ak nie je to tak dávno, potencionálny zákazník si spravidla kládol zmätenú otázku „ako je to možné?“. Teraz sa ponúka otázka „ako to je správne? urobiť? “.

Odpoveď na túto otázku nie je ľahká.

Pri hľadaní odpovedí na početné otázky, ktoré nevyhnutne vznikajú pri pokusoch o návrh vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami, je vhodné obrátiť sa na skúsenosti odborníkov v tých krajinách, kde sa tepelné čerpadlá na pozemných výmenníkoch tepla používajú už dlho.

Návšteva * americkej výstavy AHR EXPO-2008, ktorá sa uskutočnila hlavne za účelom získania informácií o metódach inžinierskych výpočtov pre zemné výmenníky tepla, nepriniesla priame výsledky v tomto smere, ale na výstave ASHRAE bola predaná kniha niektoré ustanovenia, z ktorých vychádzali tieto publikácie.

Hneď je potrebné povedať, že presun americkej metodiky na domácu pôdu nie je ľahká úloha. Pre Američanov to nie je rovnaké ako v Európe. Iba oni merajú čas v rovnakých jednotkách ako my. Všetky ostatné jednotky merania sú čisto americké alebo skôr britské. Američania mali obzvlášť smolu na tepelný tok, ktorý sa dá merať ako v britských tepelných jednotkách za jednotku času, tak aj v tonách chladenia, ktoré boli pravdepodobne vynájdené v Amerike.

Hlavným problémom však nebola technická nepríjemnosť prepočtu merných jednotiek prijatých v USA, na ktorú si človek môže časom zvyknúť, ale absencia jasného metodického základu pre konštrukciu výpočtu v spomínanej knihe algoritmus. Príliš veľa priestoru sa venuje rutinným a dobre známym metódam výpočtu, zatiaľ čo niektoré dôležité ustanovenia zostávajú úplne nezverejnené.

Najmä také fyzicky súvisiace počiatočné údaje pre výpočet zvislých zemných tepelných výmenníkov, ako je teplota kvapaliny cirkulujúcej vo výmenníku tepla a konverzný faktor tepelného čerpadla, nie je možné nastaviť ľubovoľne a skôr, ako sa pristúpi k výpočtom súvisiacim s nestálym teplom prenos v zemi, je potrebné určiť vzťahy spájajúce tieto parametre.

Kritériom účinnosti tepelného čerpadla je konverzný koeficient α, ktorého hodnota je určená pomerom jeho tepelného výkonu k výkonu elektrického pohonu kompresora. Táto hodnota je funkciou bodov varu tu vo výparníku a tk kondenzácie a vo vzťahu k tepelným čerpadlám voda-voda môžeme hovoriť o teplotách kvapaliny na výstupe z výparníka t2I a na výstupe z kondenzátor t2K:

? =? (t2И, t2K). (jeden)

Analýza katalógových charakteristík sériových chladiacich strojov a tepelných čerpadiel voda-voda umožnila zobraziť túto funkciu vo forme diagramu (obr. 1).

Pomocou diagramu je ľahké určiť parametre tepelného čerpadla vo veľmi počiatočných fázach projektovania. Je napríklad zrejmé, že ak je vykurovací systém pripojený k tepelnému čerpadlu navrhnutý na dodávku vykurovacieho média s teplotou na výstupe 50 ° C, potom bude maximálny možný prepočítavací faktor tepelného čerpadla asi 3,5. Teplota glykolu na výstupe z výparníka by zároveň nemala byť nižšia ako + 3 ° С, čo znamená, že bude potrebný drahý zemný výmenník tepla.

Zároveň, ak je dom vykurovaný pomocou teplej podlahy, z kondenzátora tepelného čerpadla vstúpi do vykurovacieho systému tepelný nosič s teplotou 35 ° C. V takom prípade bude tepelné čerpadlo schopné pracovať efektívnejšie, napríklad s konverzným faktorom 4,3, ak je teplota glykolu ochladeného vo výparníku asi –2 ° C.

Pomocou tabuliek programu Excel môžete vyjadriť funkciu (1) ako rovnicu:

? = 0,1779 • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)

Ak je pri požadovanom konverznom faktore a danej hodnote teploty chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme poháňanom tepelným čerpadlom potrebné určiť teplotu kvapaliny ochladenej vo výparníku, môže byť znázornená rovnica (2) ako:

(3)

Môžete zvoliť teplotu chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme pri daných hodnotách konverzného koeficientu tepelného čerpadla a teplotu kvapaliny na výstupe z výparníka pomocou vzorca:

(4)

Vo vzorcoch (2) ... (4) sú teploty vyjadrené v stupňoch Celzia.

Po identifikácii týchto závislostí teraz môžeme prejsť priamo na americkú skúsenosť.

Metóda výpočtu tepelných čerpadiel

Proces výberu a výpočtu tepelného čerpadla je samozrejme technicky veľmi komplikovaná operácia a závisí od jednotlivých charakteristík objektu, ale možno ho zhruba znížiť na nasledujúce etapy:

Stanovujú sa tepelné straty obvodovým plášťom budovy (steny, stropy, okná, dvere). To sa dá dosiahnuť použitím nasledujúceho pomeru:

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

tnar - teplota vonkajšieho vzduchu (° С);

tvn - teplota vnútorného vzduchu (° С);

S je celková plocha všetkých obklopujúcich štruktúr (m2);

n - koeficient označujúci vplyv prostredia na vlastnosti objektu.Pre miestnosti v priamom kontakte s vonkajším prostredím cez stropy n = 1; pre objekty s podkrovím n = 0,9; ak je objekt umiestnený nad suterénom n = 0,75;

β je koeficient dodatočných tepelných strát, ktorý závisí od typu konštrukcie a jej geografického umiestnenia β sa môže pohybovať od 0,05 do 0,27;

RT - tepelný odpor, je určený nasledujúcim výrazom:

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

δі / λі je vypočítaný ukazovateľ tepelnej vodivosti materiálov používaných v stavbách.

αout je koeficient tepelného rozptýlenia vonkajších povrchov obvodových konštrukcií (W / m2 * оС);

αin - koeficient tepelnej absorpcie vnútorných povrchov obvodových konštrukcií (W / m2 * оС);

- Celkové tepelné straty konštrukcie sa vypočítajú podľa vzorca:

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

Qi - spotreba energie na ohrev vzduchu vstupujúceho do miestnosti prirodzenými únikmi;

Qbp ​​- uvoľňovanie tepla v dôsledku fungovania domácich spotrebičov a ľudských aktivít.

2. Na základe získaných údajov sa počíta ročná spotreba tepelnej energie pre každý jednotlivý objekt:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / hod za rok.) kde:

tвн - odporúčaná teplota vnútorného vzduchu;

tnar - teplota vonkajšieho vzduchu;

tout.av - aritmetický priemer hodnoty vonkajšieho vzduchu za celú vykurovaciu sezónu;

d je počet dní vykurovacieho obdobia.

3. Pre úplnú analýzu budete tiež musieť vypočítať úroveň tepelného výkonu potrebného na ohrev vody:

Qgv = V * 17 (kW / hod za rok.) Kde:

V je objem denného ohrevu vody do 50 ° С.

Potom bude celková spotreba tepelnej energie určená vzorcom:

Q = Qgv + Qyear (kW / hodina ročne).

S prihliadnutím na získané údaje nebude ťažké zvoliť najvhodnejšie tepelné čerpadlo na vykurovanie a dodávku teplej vody. Vypočítaný výkon sa navyše určí ako. Qtn = 1,1 * Q, kde:

Qtn = 1,1 * Q, kde:

1.1 je korekčný faktor označujúci možnosť zvýšenia zaťaženia tepelného čerpadla počas obdobia kritických teplôt.

Po výpočte tepelných čerpadiel môžete zvoliť najvhodnejšie tepelné čerpadlo schopné poskytnúť požadované parametre mikroklímy v miestnostiach s akýmikoľvek technickými vlastnosťami. A vzhľadom na možnosť integrácie tohto systému s klimatizačnou jednotkou možno teplú podlahu poznamenať nielen pre jej funkčnosť, ale aj pre vysoké estetické náklady.

Vzorec na počítanie

Cesty straty tepla v dome

Tepelné čerpadlo je schopné úplne zvládnuť vykurovanie miestností.

Aby ste si vybrali jednotku, ktorá vám vyhovuje, mali by ste vypočítať požadovaný výkon.

Najskôr musíte pochopiť tepelnú bilanciu v budove. Pri týchto výpočtoch môžete využiť služby špecialistov, online kalkulačku alebo seba pomocou jednoduchého vzorca:

R = (k x V x T) / 860, pričom:

R - spotreba energie v miestnosti (kW / hod); k je priemerný koeficient tepelných strát budovou: napríklad rovný 1 - dokonale izolovaná budova a 4 - barak vyrobený z dosiek; V je celkový objem celej vykurovanej miestnosti v kubických metroch; T je maximálny teplotný rozdiel medzi vonkajšou a vnútornou časťou budovy. 860 je hodnota požadovaná na prepočet výsledného kcal na kW.

V prípade geotermálneho tepelného čerpadla voda-voda je tiež potrebné vypočítať požadovanú dĺžku okruhu, ktorý bude v zásobníku. Výpočet je tu ešte jednoduchší.

Je známe, že 1 meter kolektora dáva asi 30 wattov. Inými slovami, 1 kW výkonu čerpadla vyžaduje 22 metrov potrubia. Ak poznáme požadovaný výkon čerpadla, môžeme ľahko vypočítať, koľko potrubí potrebujeme na vytvorenie obvodu.

Výpočet založený na príklade systému voda-voda

Vypočítajme napríklad dom s nasledujúcimi počiatočnými údajmi:

• vyhrievaná plocha 300 m²;
• výška stropu 2,8 m;
• budova je dobre izolovaná;
• minimálna teplota vonku v zime je -25 stupňov;
• príjemná teplota v miestnosti +22 stupňov.

Najskôr vypočítame vykurovaný objem miestnosti: 300 m². x 2,8 m = 840 metrov kubických

Potom vypočítame hodnotu "T": 22 - (-25) = 45 stupňov.

Tieto údaje dosadíme do vzorca: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kW / h

Dostali sme požadovaný výkon tepelného čerpadla 44 kW / h. Ľahko tak zistíme, že na jeho fungovanie potrebujeme kolektor s celkovou dĺžkou minimálne 968 metrov.

Tiež by vás mohol zaujímať článok o tom, ako si vyrobiť DIY dieselový sklápač: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/pech-kapelnitsa-svoimi-rukami.html

Takže pre dobre izolovanú izbu s rozlohou 300 m². vhodné je čerpadlo s výkonom najmenej 44 kW. Rovnako ako inde je lepšie vytvoriť výkonovú rezervu najmenej 10%. Preto je lepšie zakúpiť si jednotku s výkonom 48 - 49 kW.

Skôr alebo neskôr všetci prídeme k použitiu alternatívnej energie a dnes môžeme urobiť prvý krok. Použitím tepelných čerpadiel znížite svoje náklady na vykurovanie, osamostatníte sa od dodávateľov plynu alebo uhlia a zachováte ekológiu svojej domovskej planéty.

Pomocou tohto článku budete môcť vypočítať parametre geotermálneho zariadenia, ktoré vyhovujú vašim priestorom. Nezabudnite však, že profesionáli urobia maximum. A vždy budete mať niekoho, kto sa vás opýta, či systém nefunguje správne.

Pozrite si video, v ktorom špecialista podrobne vysvetľuje princípy výpočtu výkonu tepelného čerpadla na vykurovanie domu:

Typy tepelných čerpadiel

Tepelné čerpadlá sú rozdelené do troch hlavných typov podľa zdroja nízkej kvality energie:

• Vzduch.
• Priming.
• Voda - Zdrojom môžu byť útvary podzemnej a povrchovej vody.

Pre systémy na ohrev vody, ktoré sú bežnejšie, sa používajú nasledujúce typy tepelných čerpadiel:

Vzduch-voda je tepelné čerpadlo vzduchového typu, ktoré ohrieva budovu nasávaním vzduchu z vonkajšej strany cez externú jednotku. Funguje na princípe klimatizácie, iba naopak, premieňa vzduchovú energiu na teplo. Takéto tepelné čerpadlo nevyžaduje veľké inštalačné náklady, nie je potrebné naň vyčleniť pozemok a navyše vyvŕtať studňu. Účinnosť prevádzky pri nízkych teplotách (-25 ° C) sa však znižuje a je potrebný ďalší zdroj tepelnej energie.

Zariadenie „podzemná voda“ sa vzťahuje na geotermálne a vyrába teplo zo zeme pomocou kolektora, uloženého do hĺbky pod bodom mrazu zeme. Existuje tiež závislosť od oblasti lokality a krajiny, ak je kolektor umiestnený vodorovne. Pri vertikálnom umiestnení budete musieť vyvŕtať studňu.

Položka „voda-voda“ sa inštaluje tam, kde je v blízkosti vodná plocha alebo podzemná voda. V prvom prípade je nádrž položená na dne nádrže, v druhej je vyvŕtaná studňa alebo niekoľko, ak to plocha lokality umožňuje. Niekedy je hĺbka podzemnej vody príliš hlboká, takže náklady na inštaláciu takéhoto tepelného čerpadla môžu byť veľmi vysoké.

Každý typ tepelného čerpadla má svoje vlastné výhody a nevýhody, ak je budova ďaleko od nádrže alebo je príliš hlboká podzemná voda, potom funkcia „voda-voda“ nebude fungovať. „Vzduch-voda“ bude relevantný iba v relatívne teplých oblastiach, kde teplota vzduchu v chladnom období neklesne pod -25 ° C.

Ako funguje tepelné čerpadlo

Moderné tepelné čerpadlo je veľmi podobné banálnej chladničke.

Čo je to geotermálne čerpadlo alebo inými slovami tepelné čerpadlo? Toto je zariadenie schopné prenášať teplo zo zdroja na spotrebiteľa. Uvažujme o princípe jeho fungovania na príklade prvej praktickej realizácie nápadu.

Princíp činnosti geotermálnych čerpadiel bol známy už v 50. rokoch 19. storočia. V praxi sa tieto princípy realizovali až v polovici minulého storočia.

Jedného dňa experimentátor menom Weber manipuloval s mrazničkou a nešťastnou náhodou sa dotkol horiacej trubice kondenzátora.Prišiel s nápadom, prečo teplo nikam nevedie a neprináša žiadny úžitok? Bez rozmýšľania predĺžil potrubie a vložil ho do nádrže na ohrev vody.

Bolo tam toľko horúcej vody, že nevedel, čo s tým. Bolo treba ísť ďalej - ako týmto jednoduchým systémom ohriať vzduch? Riešenie sa ukázalo ako veľmi jednoduché a teda nie menej dômyselné.

Horúca voda je poháňaná špirálou cez špirálu a potom ventilátor fúka teplý vzduch okolo domu. Všetko dômyselné je jednoduché! Weber bol odmeraný muž a postupom času dostal nápad, ako sa zaobísť bez mrazničky. Musíme extrahovať teplo zo zeme!

Po zakopaní medených rúrok a ich prečerpaní freónom (rovnaký plyn, aký sa používa v chladničkách) začal prijímať tepelnú energiu z hlbín. Myslíme si, že na tomto príklade každý pochopí princíp činnosti tepelného čerpadla.

Navrhujeme tiež, aby ste si o zázraku pece na naftu prečítali v nasledujúcom článku:

Metóda výpočtu výkonu tepelného čerpadla

Okrem určenia optimálneho zdroja energie bude potrebné vypočítať výkon tepelného čerpadla potrebný na vykurovanie. Závisí to od množstva tepelných strát v budove. Vypočítajme výkon tepelného čerpadla na vykurovanie domu na konkrétnom príklade.

Použijeme na to vzorec Q = k * V * ∆T, kde

• Q je tepelná strata (kcal / hod). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V je objem domu v m3 (plocha sa vynásobí výškou stropov);
• ∆Т je pomer minimálnych teplôt vonku a vnútri priestorov v najchladnejšom období roka, ° С. Odčítajte vonkajšok od vnútorného tº;
• k je zovšeobecnený koeficient prestupu tepla v budove. Pre murovanú budovu s murivom v dvoch vrstvách k = 1; pre dobre izolovanú budovu k = 0,6.

Výpočet výkonu tepelného čerpadla na vykurovanie tehlového domu s rozlohou 100 metrov štvorcových a výšky stropu 2,5 m teda s rozdielom ttº od -30 ° von do + 20 ° dovnútra bude takýto:

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

12500/860 = 14,53 kW. To znamená, že pre štandardný tehlový dom s rozlohou 100 m bude potrebné zariadenie s výkonom 14 kilowattov.

Spotrebiteľ akceptuje výber typu a výkonu tepelného čerpadla na základe mnohých podmienok:

• geografické rysy oblasti (blízkosť vodných útvarov, prítomnosť podzemných vôd, voľná plocha pre kolektor);
• vlastnosti podnebia (teplota);
• typ a vnútorný objem miestnosti;
• finančné príležitosti.

Ak vezmeme do úvahy všetky vyššie uvedené aspekty, budete môcť urobiť najlepší výber vybavenia. Pre efektívnejší a správny výber tepelného čerpadla je lepšie kontaktovať špecialistov, ktorí budú schopní vykonať podrobnejšie výpočty a poskytnúť ekonomickú uskutočniteľnosť inštalácie zariadenia.

Tepelné čerpadlá sa už dlho a veľmi úspešne používajú v domácich a priemyselných chladničkách a klimatizáciách.

Dnes sa tieto zariadenia začali používať na vykonávanie funkcie opačného charakteru - vykurovania obydlia počas chladného počasia.

Poďme sa pozrieť na to, ako sa tepelné čerpadlá používajú na vykurovanie súkromných domov a čo potrebujete vedieť, aby ste mohli správne vypočítať všetky jeho komponenty.

Hlavné odrody

Systémy extrakcie tepla. (Klikni na zväčšenie)

• vzduch-vzduch je v podstate bežná klimatizácia;
• vzduch-voda - do klimatizácie pridáme výmenník tepla a už ohrievame vodu;
• zemská voda - kolektor z rúrok zakopeme do zeme a na výstupe ohrejeme vodu;
• voda-voda - potrubia sú umiestnené v otvorenom alebo podzemnom zásobníku a vydávajú teplo vykurovaciemu systému budovy.

(Podrobnú klasifikáciu tepelných čerpadiel na vykurovanie nájdete v tomto článku).

Príklad výpočtu tepelného čerpadla

Vyberieme tepelné čerpadlo pre vykurovací systém jednopodlažného domu s celkovou plochou 70 štvorcových. m so štandardnou výškou stropu (2,5 m), racionálnou architektúrou a tepelnou izoláciou obvodových konštrukcií, ktorá zodpovedá požiadavkám moderných stavebných predpisov. Na vykurovanie 1. štvrťrok.m takéhoto objektu, podľa všeobecne prijatých noriem je potrebné minúť 100 W tepla. Na vykurovanie celého domu teda budete potrebovať:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW tepelnej energie.

Vyberáme tepelné čerpadlo značky „TeploDarom“ (model L-024-WLC) s tepelným výkonom W = 7,7 kW. Kompresor jednotky spotrebúva N = 2,5 kW elektrickej energie.

Výpočet nádrže

Pôda na mieste určenom na stavbu kolektora je hlina, hladina podzemnej vody je vysoká (berieme výhrevnosť p = 35 W / m).

Výkon kolektora je určený vzorcom:

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

L = 5200/35 = 148,5 m (približne).

Na základe skutočnosti, že je iracionálne položiť okruh s dĺžkou viac ako 100 m z dôvodu nadmerne vysokého hydraulického odporu, prijímame nasledovné: rozdeľovač tepelného čerpadla bude pozostávať z dvoch okruhov - 100 m a 50 m.

Plocha lokality, ktorú bude potrebné prideliť zberateľovi, je určená vzorcom:

S = L x A,

Kde A je krok medzi susednými časťami obrysu. Prijímame: A = 0,8 m.

Potom S = 150 x 0,8 = 120 štvorcových. m.

Výpočty

Ako viete, tepelné čerpadlá využívajú bezplatné a obnoviteľné zdroje energie: nízkopotenciálne teplo vzduchu, pôdy, podzemia, odpadové a odpadové vody z technologických procesov, otvorené nemrznúce vodné útvary. Na to sa spotrebuje elektrina, ale pomer množstva prijatej tepelnej energie k množstvu spotrebovanej elektriny je asi 3–6.

Presnejšie povedané, zdrojmi nízko kvalitného tepla môže byť vonkajší vzduch s teplotou –10 až + 15 ° С, vzduch odvádzaný z miestnosti (15–25 ° С), podložie (4–10 ° С) a podzemná voda ( viac ako 10 ° C), voda z jazier a riek (0–10 ° С), povrchová (0–10 ° С) a hlboká (viac ako 20 m) pôda (10 ° С).

Existujú dve možnosti získavania nízko kvalitného tepla z pôdy: kladenie kovoplastových rúrok do zákopov hlbokých 1,2–1,5 m alebo do zvislých studní hlbokých 20–100 m. Rúry sa niekedy ukladajú vo forme špirál do zákopov 2–4 m hlboko. To výrazne znižuje celkovú dĺžku zákopov. Maximálny prenos tepla z povrchovej pôdy je 50–70 kWh / m2 za rok. Životnosť zákopov a studní je viac ako 100 rokov.

Príklad výpočtu tepelného čerpadla

Počiatočné podmienky: Je potrebné zvoliť tepelné čerpadlo na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou dvojpodlažného chatového domu o rozlohe 200m2; teplota vody vo vykurovacom systéme by mala byť 35 ° C; minimálna teplota chladiacej kvapaliny je 0 ° С. Tepelné straty budovy sú 50W / m2. Hlinená pôda, suchá.

Kalkulácia:

Požadovaný tepelný výkon na vykurovanie: 200 * 50 = 10 kW;

Požadovaný tepelný výkon na vykurovanie a dodávku teplej vody: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Na vykurovanie budovy bolo vybrané tepelné čerpadlo WW H R P C 12 s výkonom 14,79 kW (najbližšia väčšia štandardná veľkosť), ktoré na vykurovanie freónu minie 3,44 kW. Odvod tepla z povrchovej vrstvy pôdy (suchý íl) q sa rovná 20 W / m. Vypočítame:

1) požadovaný tepelný výkon kolektora Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) celková dĺžka potrubí L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m. Na usporiadanie takéhoto kolektora je potrebných 6 okruhov s dĺžkou 100 m;

3) s krokom kladenia 0,75 m je požadovaná plocha pozemku A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) celková spotreba roztoku glykolu (25%)

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

dt je teplotný rozdiel medzi prívodným a spätným potrubím, ktorý sa často rovná 3 K. Prietok na okruh je 0,584 m3 / h. Pre zberné zariadenie vyberieme vystužené plastové potrubie štandardnej veľkosti 32 (napríklad PE32x2). Strata tlaku v ňom bude 45 Pa / m; odpor jedného obvodu je približne 7 kPa; prietok chladiacej kvapaliny - 0,3 m / s.

Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla

Odvod tepla z každého metra potrubia závisí od mnohých parametrov: hĺbka kladenia, dostupnosť podzemnej vody, kvalita pôdy atď. Zhruba možno uvažovať, že pre horizontálne kolektory je to 20 W / m. Presnejšie: suchý piesok - 10, suchá hlina - 20, vlhká hlina - 25, hlina s vysokým obsahom vody - 35 W / m. Rozdiel v teplote chladiacej kvapaliny v priamom a spätnom potrubí slučky sa vo výpočtoch zvyčajne považuje za 3 ° C. Na mieste nad kolektorom by sa nemali stavať nijaké konštrukcie, aby sa teplo zeme doplňovalo slnečným žiarením. Minimálna vzdialenosť medzi položenými rúrami by mala byť 0,7–0,8 m.Dĺžka jedného výkopu je zvyčajne medzi 30 a 120 m. Ako primárne chladivo sa odporúča použiť 25% roztok glykolu. Pri výpočtoch je potrebné vziať do úvahy, že jeho tepelná kapacita pri teplote 0 ° C je 3,7 kJ / (kg K) a jeho hustota je 1,05 g / cm3. Pri použití nemrznúcej zmesi je tlaková strata v potrubí 1,5-krát vyššia ako pri cirkulácii vody. Pre výpočet parametrov primárneho okruhu inštalácie tepelného čerpadla bude potrebné určiť prietok nemrznúcej zmesi: Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t), kde .t je teplotný rozdiel medzi prívodom a spiatočkou vedenia, ktoré sa často berie rovné 3 K, a Qo je tepelná energia prijímaná zo zdroja s nízkym potenciálom (zem). Posledná uvedená hodnota sa počíta ako rozdiel medzi celkovým výkonom tepelného čerpadla Qwp a elektrickým výkonom vynaloženým na ohrev freónu P: Qo = Qwp - P, kW. Celková dĺžka kolektorových potrubí L a celková plocha úseku pod ním A sa vypočítajú podľa vzorcov: L = Qo / q, A = L · da. Tu q je špecifické (od 1 m potrubia) odvádzanie tepla; da je vzdialenosť medzi rúrkami (krok kladenia).

Výpočet sondy

Pri použití zvislých studní s hĺbkou 20 až 100 m sú do nich ponorené kovoplastové alebo plastové rúrky v tvare U (s priemermi nad 32 mm). Spravidla sú do jednej jamky vložené dve slučky, po ktorých je naplnená cementovou maltou. V priemere sa merný tepelný výkon takejto sondy môže rovnať 50 W / m. Môžete sa tiež zamerať na nasledujúce údaje o tepelnom výkone:

* suché usadené horniny - 20 W / m;

* kamenistá pôda a vodou nasýtené sedimentárne horniny - 50 W / m;

* horniny s vysokou tepelnou vodivosťou - 70 W / m;

* podzemná voda - 80 W / m.

Teplota pôdy v hĺbke viac ako 15 m je konštantná a je približne + 10 ° С. Vzdialenosť medzi studňami by mala byť viac ako 5 m. Ak existujú podzemné prúdy, mali by byť jamky umiestnené na priamke kolmej na tok. Výber priemerov rúr sa vykonáva na základe tlakovej straty pre požadovaný prietok chladiacej kvapaliny. Výpočet prietoku kvapaliny je možné vykonať pre t = 5 ° С. Príklad výpočtu. Počiatočné údaje sú rovnaké ako pri vyššie uvedenom výpočte horizontálneho kolektora. Pri špecifickom odvádzaní tepla sondy 50 W / m a požadovanom výkone 11,35 kW by mala byť dĺžka sondy L 225 m .0); spolu - 6 okruhov, každý 150 m.

Celkový prietok chladiacej kvapaliny pri .t = 5 ° С bude 2,1 m3 / h; prietok jedným okruhom - 0,35 m3 / h. Obvody budú mať nasledujúce hydraulické vlastnosti: tlaková strata v potrubí - 96 Pa / m (nosič tepla - 25% roztok glykolu); odpor slučky - 14,4 kPa; rýchlosť prietoku - 0,3 m / s.

Návratnosť tepelného čerpadla

Pokiaľ ide o to, ako dlho trvá človeku návrat jeho peňazí investovaných do niečoho, znamená to, aká výnosná bola samotná investícia. V oblasti vykurovania je všetko dosť ťažké, pretože si zabezpečujeme pohodlie a teplo a všetky systémy sú drahé. V takom prípade však môžete hľadať alternatívu, ktorá by vrátila peniaze vynaložené znížením nákladov počas používania. A keď začnete hľadať vhodné riešenie, porovnáte všetko: plynový kotol, tepelné čerpadlo alebo elektrický kotol. Budeme analyzovať, ktorý systém sa oplatí rýchlejšie a efektívnejšie.

Koncept návratnosti, v tomto prípade, zavedenia tepelného čerpadla na modernizáciu existujúceho systému tepelného hospodárstva, možno zjednodušene vysvetliť nasledovne:

Existuje jeden systém - samostatný plynový kotol, ktorý poskytuje autonómne kúrenie a zásobovanie teplou vodou. K dispozícii je klimatizácia s rozdeleným systémom, ktorá poskytuje jednej miestnosti chlad. Inštalované 3 split systémy v rôznych miestnostiach.

A existuje aj ekonomickejšia pokroková technológia - tepelné čerpadlo, ktoré bude vykurovať / chladiť domy a ohrievať vodu v správnom množstve pre dom alebo byt. Je potrebné určiť, o koľko sa zmenili celkové náklady na zariadenie a počiatočné náklady, a tiež odhadnúť, o koľko sa znížili ročné prevádzkové náklady na vybrané typy zariadení. A určiť, o koľko rokov sa s výslednými úsporami oplatí drahšie zariadenie.V ideálnom prípade sa porovná niekoľko navrhovaných dizajnových riešení a vyberie sa nákladovo najefektívnejšie.

Poďme vypočítať a vyyaski, aká je doba návratnosti tepelného čerpadla na Ukrajine

Uvažujme o konkrétnom príklade

• Dom je na 2 podlažiach, dobre izolovaný, o celkovej ploche 150 metrov štvorcových.
• Distribučný systém tepla / kúrenia: okruh 1 - podlahové kúrenie, okruh 2 - radiátory (alebo fancoilové jednotky).
• Bol nainštalovaný plynový kotol na vykurovanie a dodávku teplej vody (dodávka teplej vody), napríklad 24kW, dvojokruhový.
• Klimatizačný systém z rozdelených systémov pre 3 miestnosti domu.

Ročné náklady na vykurovanie a ohrev vody

1. Orientačné náklady na kotolňu s plynovým kotlom s výkonom 24 kW (kotol, potrubie, rozvody, nádrž, merač, inštalácia) sú asi 1000 EUR. Klimatizačný systém (jeden delený systém) pre takýto dom bude stáť asi 800 eur. Celkovo s usporiadaním kotolne, projekčnými prácami, pripojením na plynovodnú sieť a inštalačnými prácami - 6100 eur.

1. Orientačné náklady na tepelné čerpadlo Mycond s dodatočným systémom fan coil, inštalačnými prácami a pripojením na elektrickú sieť sú 6 650 eur.

1. Rast investícií je: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 eur (alebo približne 16500 UAH)
2. Zníženie prevádzkových nákladov je: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Doba návratnosti Tocup. = 16500/19608 = 0,84 rokov!

Ľahko použiteľné tepelné čerpadlo

Tepelné čerpadlá sú najuniverzálnejším, multifunkčným a energeticky efektívnym zariadením na vykurovanie domu, bytu, kancelárie alebo komerčného objektu.

Najpokročilejší a najpokročilejší je inteligentný riadiaci systém s týždenným alebo denným programovaním, automatickým prepínaním sezónnych nastavení, udržiavaním teploty v dome, ekonomickými režimami, ovládaním pomocného kotla, kotla, obehových čerpadiel, reguláciou teploty v dvoch vykurovacích okruhoch. Invertorové riadenie činnosti kompresora, ventilátora, čerpadiel umožňuje maximálnu úsporu energie.

Prevádzka tepelného čerpadla pri práci podľa schémy podzemnej vody

Zberač je možné zakopať tromi spôsobmi.

Horizontálna možnosť

Rúry sú položené v zákopoch ako had do hĺbky presahujúcej hĺbku zamrznutia pôdy (v priemere - od 1 do 1,5 m).
Takýto zberač bude vyžadovať pozemok s dostatočne veľkou plochou, ale môže ho postaviť každý majiteľ domu - nie sú potrebné žiadne iné schopnosti, ako je schopnosť pracovať s lopatou.

Malo by sa však vziať do úvahy, že ručná konštrukcia výmenníka tepla je dosť namáhavý proces.

Vertikálna možnosť

Rúrky nádrže vo forme slučiek s tvarom písmena „U“ sú ponorené do studní s hĺbkou 20 až 100 m. V prípade potreby je možné postaviť niekoľko takýchto studní. Po inštalácii rúr sú studne naplnené cementovou maltou.

Výhodou vertikálneho kolektora je, že na jeho konštrukciu je potrebná veľmi malá plocha. Neexistuje však žiadny spôsob, ako vŕtať studne hlboké viac ako 20 m - budete si musieť najať tím vrtákov.

Kombinovaná možnosť

Tento kolektor možno považovať za akýsi horizontálny, ale na jeho konštrukciu je potrebný oveľa menší priestor.
Na mieste je vykopaná kruhová studňa s hĺbkou 2 m.

Rúry výmenníka tepla sú uložené v špirále, takže okruh je ako vertikálne inštalovaná pružina.

Po dokončení inštalačných prác je studňa naplnená. Rovnako ako v prípade horizontálneho výmenníka tepla je možné všetok potrebný objem práce vykonať ručne.

Zberač je naplnený nemrznúcou kvapalinou - nemrznúcou kvapalinou alebo roztokom etylénglykolu.Aby sa zabezpečila jeho cirkulácia, do okruhu sa prerezá špeciálne čerpadlo. Po absorbovaní tepla z pôdy nemrznúca zmes odchádza do výparníka, kde dochádza k výmene tepla medzi ňou a chladivom.

Je potrebné mať na pamäti, že neobmedzené získavanie tepla z pôdy, najmä ak je kolektor umiestnený vertikálne, môže viesť k nežiaducim následkom pre geológiu a ekológiu lokality. Preto je v letnom období veľmi žiaduce prevádzkovať tepelné čerpadlo typu „pôda - voda“ v reverznom režime - klimatizácia.

Plynový vykurovací systém má veľa výhod a jednou z hlavných sú nízke náklady na plyn. Ako vybaviť domáce kúrenie plynom, vyzve vás schéma vykurovania súkromného domu s plynovým kotlom. Zvážte požiadavky na vykurovací systém a požiadavky na jeho výmenu.

Prečítajte si o vlastnostiach výberu solárnych panelov na vykurovanie domu v tejto téme.

Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla

Účinnosť vodorovného kolektora závisí od teploty média, do ktorého je ponorený, od jeho tepelnej vodivosti, ako aj od oblasti dotyku s povrchom potrubia. Metóda výpočtu je dosť komplikovaná, preto sa vo väčšine prípadov používajú priemerné údaje.

Predpokladá sa, že každý meter výmenníka tepla poskytuje HP nasledovný tepelný výkon:

• 10 W - keď je pochovaný v suchej piesočnatej alebo kamenistej pôde;
• 20 W - v suchej hlinenej pôde;
• 25 W - vo vlhkej ílovitej pôde;
• 35 W - vo veľmi vlhkej hlinitej pôde.

Na výpočet dĺžky kolektora (L) by sa teda požadovaný tepelný výkon (Q) mal vydeliť výhrevnosťou pôdy (p):

L = Q / str.

Uvedené hodnoty možno považovať za platné, iba ak sú splnené nasledujúce podmienky:

• Pozemok nad kolektorom nie je zastavaný, netienený ani vysadený stromami či kríkmi.
• Vzdialenosť medzi susednými závitmi špirály alebo úsekmi „hada“ je najmenej 0,7 m.

Ako fungujú tepelné čerpadlá

Každé tepelné čerpadlo má pracovné médium nazývané chladivo. V tejto funkcii zvyčajne pôsobí freón, menej často amoniak. Samotné zariadenie sa skladá iba z troch komponentov:

Výparník a kondenzátor sú dve nádrže, ktoré vyzerajú ako dlhé zakrivené rúrky - špirály. Kondenzátor je na jednom konci pripojený k výstupu kompresora a výparník k vstupu. Konce cievok sú spojené a na spoji medzi nimi je nainštalovaný redukčný ventil. Výparník je v kontakte - priamo alebo nepriamo - so zdrojovým médiom a kondenzátor v kontakte so systémom kúrenia alebo TÚV.

Ako funguje tepelné čerpadlo

Prevádzka VT je založená na vzájomnej závislosti objemu, tlaku a teploty plynu. Vo vnútri jednotky sa deje toto:

1. Amoniak, freón alebo iné chladivo, pohybujúce sa pozdĺž výparníka, sa ohrieva napríklad zo zdrojového média na teplotu +5 stupňov.
2. Po prechode výparníkom sa plyn dostane do kompresora, ktorý ho prečerpá do kondenzátora.
3. Chladivo vypúšťané kompresorom je v kondenzátore zadržané redukčným ventilom, takže jeho tlak je tu vyšší ako vo výparníku. Ako viete, so zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje teplota akýchkoľvek plynov. Presne to sa deje s chladivom - ohrieva sa na 60 - 70 stupňov. Pretože kondenzátor je umývaný chladiacou kvapalinou cirkulujúcou vo vykurovacom systéme, ohrieva sa aj tento.
4. Chladivo sa odvádza v malých častiach cez redukčný ventil do výparníka, kde jeho tlak opäť klesá. Plyn sa rozpína ​​a ochladzuje a keďže ním stratila časť vnútornej energie v dôsledku výmeny tepla v predchádzajúcom stupni, jeho teplota klesla pod počiatočných +5 stupňov. Za výparníkom sa opäť ohrieva, potom je kompresorom prečerpávaný do kondenzátora - a tak ďalej v kruhu. Vedecky sa tento proces nazýva Carnotov cyklus.

Tepelné čerpadlo však stále zostáva veľmi výnosné: za každý spotrebovaný kW * h elektrickej energie je možné získať od 3 do 5 kW * h tepla.

Samostatne vyrobené príslušenstvo pre vykurovací systém s tepelným čerpadlom

Pre bežného majiteľa domu je dosť ťažké konkurovať priemyselným tepelným čerpadlám domácich i zahraničných výrobcov, napriek tomu jeho inštalácia a výroba jednotlivých jednotiek nie je nemožnou prácou. Hlavnou úlohou pri inštalácii tepelného čerpadla je správnosť výpočtov, pretože v prípade chyby môže mať systém nízku účinnosť a stane sa neúčinným.

Kompresor

Na inštaláciu budete potrebovať nový alebo použitý. kompresor je v prevádzkyschopnom stave s nevypršaným zdrojom vhodného výkonu. Typický výkon kompresora by mal byť 20 - 30% z vypočítaného, ​​môžete použiť štandardné továrenské jednotky pre chladničky alebo špirálové klimatizácie, ktoré majú vyššiu účinnosť v porovnaní s piestovými zariadeniami.

Výparník a kondenzátor

Na ochladzovanie a ohrievanie kvapalín sa zvyčajne vedú cez medené rúrky umiestnené v nádobe s výmenníkom tepla. Na zvýšenie chladiacej oblasti je medené potrubie usporiadané vo forme špirály, požadovaná dĺžka sa počíta pomocou vzorca na výpočet plochy delenej sekciou. Objem nádrže na výmenu tepla sa počíta na základe vykonania efektívnej výmeny tepla, zvyčajný priemer je asi 120 litrov. Pre tepelné čerpadlo je racionálne používať potrubia pre klimatizácie, ktoré majú spočiatku špirálovitý tvar a sú implementované do špirál.

Obr. 3 Medené potrubie a nádrž na výmenník tepla

Mnoho výrobcov tepelných čerpadiel nahradilo tento spôsob výroby výmenníkov tepla kompaktnejším spôsobom využívajúcim výmenu tepla podľa princípu „potrubie v potrubí“. Štandardný priemer plastovej rúry pre výparník je 32 mm, je v nej umiestnená medená rúra s priemerom 19 mm, výparník je tepelne izolovaný, celková dĺžka výmenníka je asi 10 - 12 m. Pre možno použiť kondenzátor, 25 mm. kovoplastová rúrka a 12,7 mm. meď.

Obrázok 4. Montáž a vzhľad výmenníka tepla z medených a plastových rúrok

Aby sa zvýšila plocha a účinnosť výmenníka tepla, niektorí remeselníci skrútia opletenie z niekoľkých medených rúrok malého priemeru, prenesú ich tenkým drôtom a umiestnia konštrukciu do plastu. Takto je možné na 10 metrovom úseku získať plochu výmeny tepla asi 1 meter kubický.

Termostatický expanzný ventil

Správne zariadenie riadi hladinu naplnenia výparníka a je do značnej miery zodpovedné za výkon celého systému. Napríklad, ak je prietok chladiva príliš vysoký, nebude mať čas na úplné odparenie a kvapky kvapaliny sa dostanú do kompresora, čo vedie k narušeniu jeho činnosti a zníženiu teploty výstupného plynu. Príliš malé množstvo freónu vo výparníku po zvýšení teploty v kompresore nebude stačiť na zahriatie požadovaného množstva vody.

Obr. 5 Základné vybavenie tepelného čerpadla

Senzory

Pre jednoduchšie použitie, kontrolu prevádzky, detekciu porúch a nastavenie systému je potrebné mať zabudované snímače teploty. Informácie sú dôležité vo všetkých fázach fungovania systému, iba s ich pomocou je podľa vzorcov možné stanoviť najdôležitejší parameter inštalovaného zariadenia pre vodné tepelné čerpadlá - ukazovateľ účinnosti COP.

Vybavenie čerpadla

Keď sú tepelné čerpadlá v prevádzke, príjem a dodávka vody zo studne, studne alebo otvorenej nádrže sa vykonáva pomocou vodných čerpadiel. Môžu sa použiť ponorné alebo povrchové typy, zvyčajne je ich výkon nízky, na dodávku vody stačí 100 - 200 wattov. Na riadenie činnosti sú dodatočne nainštalované filtre, tlakomer, vodomery a najjednoduchšia automatizácia, aby sa chránila prevádzka.

Obr. 6 Vzhľad samostatne zostaveného tepelného čerpadla

Montáž zariadenia na čerpanie tepla vlastnými rukami nepredstavuje veľké ťažkosti v schopnosti zaobchádzať so špeciálnym nástrojom na zváranie a spájkovanie medi. Vykonaná práca pomôže ušetriť značné finančné prostriedky - náklady na komponenty budú asi 600 dolárov. To znamená, že nákup priemyselného zariadenia bude stáť 10-krát viac (asi 6 000 USD). Keď je správne zostavená konštrukcia správne vypočítaná a nakonfigurovaná, má účinnosť (COP) asi 4, čo zodpovedá priemyselným vzorom.

Odporúčame vám prečítať si: Pracovné možnosti tepelného čerpadla pre domácich majstrov

možno