Jak wiadomo, pompy ciepła korzystają z bezpłatnych i odnawialnych źródeł energii: niskogatunkowego ciepła z powietrza, gleby, gruntu, ścieków i wód ściekowych procesy technologiczne, otworzyć zbiorniki niezamarzające. Wydawana jest na to energia elektryczna, ale stosunek ilości otrzymanej energii cieplnej do ilości zużytej energii elektrycznej wynosi około 3–6.

Dokładniej, źródłami ciepła niskiej jakości może być powietrze zewnętrzne o temperaturze od –10 do +15°C, powietrze usuwane z pomieszczenia (15–25°C), grunt (4–10°C) i wody gruntowe (ponad 10°C), wody jezior i rzek (0–10°C), powierzchnie (0–10°C) i głębokie (ponad 20 m) gleby (10°C).

Istnieją dwie możliwości uzyskania ciepła niskotemperaturowego z gruntu: układanie rur metalowo-plastikowych w rowach o głębokości 1,2–1,5 m lub w studniach pionowych o głębokości 20–100 m. Czasami rury układa się w formie spirali w rowach 2–4 m głębokości. To znacznie zmniejsza całkowitą długość rowów. Maksymalny transfer ciepła przez grunt powierzchniowy wynosi 50–70 kWh/m2 rocznie. Żywotność rowów i studni wynosi ponad 100 lat.

Przykład obliczeń pompa ciepła

Warunki początkowe: Należy dobrać pompę ciepła do ogrzewania i zaopatrzenia domku w ciepłą wodę dwupiętrowy dom, powierzchnia 200m2; temperatura wody w instalacji grzewczej powinna wynosić 35°C; minimalna temperatura płynu chłodzącego – 0°C. Straty ciepła budynku wynoszą 50W/m2. Gleba jest gliniasta, sucha.

Wymagana moc cieplna do ogrzewania: 200*50=10 kW;

Wymagana moc cieplna do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę: 200*50*1,25=12,5 kW

Do ogrzania budynku wybrano pompę ciepła WW H R P C 12 o mocy 14,79 kW (najbliższa większa wielkość standardowa), która do ogrzewania zużywa 3,44 kW freonu. Odprowadzanie ciepła z wierzchniej warstwy gleby (suchej gliny) q wynosi 20 W/m. Obliczamy:

1) wymagana moc cieplna kolektora Qo = 14,79 – 3,44 = 11,35 kW;

2) całkowita długość rur L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567,5 m. Do zorganizowania takiego kolektora potrzeba 6 obwodów o długości 100 m;

3) przy kroku układania 0,75 m wymagana powierzchnia terenu wynosi A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) całkowite zużycie roztworu glikolu (25%)

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

dt to różnica temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem, często przyjmowana jako równa 3 K. Natężenie przepływu na obwód wynosi 0,584 m3/h. Do montażu kolektora wybieramy rurę metalowo-plastikową o rozmiarze 32 (na przykład PE32x2). Strata ciśnienia w nim wyniesie 45 Pa/m; rezystancja jednego obwodu wynosi około 7 kPa; prędkość przepływu chłodziwa – 0,3 m/s.

Obliczenia kolektora poziomego pompy ciepła

Odprowadzanie ciepła z każdego metra rury zależy od wielu parametrów: głębokości ułożenia, obecności wód gruntowych, jakości gleby itp. W przybliżeniu można przyjąć, że dla kolektorów poziomych będzie to 20 W/m. Dokładniej: suchy piasek – 10, sucha glina – 20, mokra glina – 25, glina o dużej zawartości wody – 35 W/m. W obliczeniach przyjmuje się, że różnica temperatur płynu chłodzącego na przewodzie doprowadzającym i powrotnym pętli wynosi 3°C. Na obszarze nad kolektorem nie należy wznosić żadnych budynków, aby ciepło ziemi było uzupełniane promieniowaniem słonecznym. Minimalna odległość między ułożonymi rurami powinna wynosić 0,7–0,8 m. Długość jednego wykopu wynosi zwykle od 30 do 120 m. Jako chłodziwo główne zaleca się stosowanie 25% roztworu glikolu. W obliczeniach należy uwzględnić, że jego pojemność cieplna w temperaturze 0°C wynosi 3,7 kJ/(kg K), a gęstość wynosi 1,05 g/cm3. W przypadku stosowania środka przeciw zamarzaniu strata ciśnienia w rurach jest 1,5 razy większa niż w przypadku wody obiegowej. Aby obliczyć parametry obwodu pierwotnego instalacji pompy ciepła, należy określić zużycie środka przeciw zamarzaniu:
Vs=Qo·3600/(1,05·3,7·t),
gdzie t jest różnicą temperatur między przewodem zasilającym i powrotnym, często przyjmowaną jako 3 K,
oraz Qo to moc cieplna otrzymana ze źródła o niskim potencjale (gleby).
Ostatnią wartość oblicza się jako różnicę pełna moc pompa ciepła Qwp i moc elektryczna zużyta na ogrzewanie freonu P:
Qo=Qwp–P,kW.
Całkowitą długość rur kolektorowych L i całkowitą powierzchnię A dla nich oblicza się za pomocą wzorów:
L=Qo/q, A=L·da.
Tutaj q jest specyficznym (z 1 m rury) odprowadzaniem ciepła; da – odległość pomiędzy rurami (skok układania).

Obliczenia sondy

W przypadku stosowania studni pionowych o głębokości od 20 do 100 m zanurza się w nich rury metalowo-plastikowe lub plastikowe (o średnicach powyżej 32 mm) w kształcie litery U. Z reguły dwie pętle są wkładane do jednej studni, po czym są wypełniane zaprawa cementowa. Średnio odprowadzanie ciepła właściwego przez taką sondę można przyjąć na poziomie 50 W/m. Możesz także skupić się na następujących danych dotyczących usuwania ciepła:

* suche skały osadowe – 20 W/m;

* gleby skaliste i skały osadowe nasycone wodą – 50 W/m;

* kamienie o wysokiej przewodności cieplnej – 70 W/m;

* wody gruntowe– 80 W/m.

Temperatura gleby na głębokości większej niż 15 m jest stała i wynosi około +10°C. Odległość pomiędzy studniami powinna być większa niż 5 m. W przypadku przepływów podziemnych studnie powinny być usytuowane na linii prostopadłej do przepływu. Doboru średnic rur dokonuje się na podstawie strat ciśnienia dla wymaganego przepływu chłodziwa. Obliczenia przepływu cieczy można dokonać dla t = 5°C. Przykład obliczeń. Dane początkowe są takie same jak w powyższych obliczeniach zbiornika poziomego. Przy właściwym odbiorze ciepła sondy 50 W/m i wymaganej mocy 11,35 kW długość sondy L powinna wynosić 225 m. Do montażu kolektora konieczne jest wykonanie trzech studni o głębokości 75 m W każdym z nich umieszczamy dwie pętle rura metalowo-plastikowa rozmiar standardowy 25 (PE25x2,0); łącznie - 6 obwodów po 150 m każdy.

Całkowite natężenie przepływu chłodziwa w temperaturze t = 5 °C wyniesie 2,1 m3/h; przepływ przez jeden obieg wynosi 0,35 m3/h. Obiegi będą miały następującą charakterystykę hydrauliczną: strata ciśnienia w rurociągu – 96 Pa/m (chłodziwo – 25% roztwór glikolu); rezystancja pętli – 14,4 kPa; prędkość przepływu – 0,3 m/s.

Geotermalna pompa ciepła to najbardziej ekonomiczny sposób ogrzewania i klimatyzacji budynku. Koszt pompy ciepła jest wysoki, ale nadal maleje wraz ze wzrostem zapotrzebowania. System ten idealnie nadaje się do montażu podgrzewanych podłóg lub grzejników zaprojektowanych na niskie temperatury płynu chłodzącego. Projektując, najważniejszy jest wybór optymalna moc. W poprzednim artykule przyjrzeliśmy się samodzielny montaż pompa ciepła jednak dla większości ważniejsza będzie informacja jak wybrać pompę ciepła, ile to kosztuje i na co należy zwrócić uwagę?

Obliczanie mocy pompy ciepła

Wybierając sprzęt, należy wziąć pod uwagę straty ciepła w domu. Nie zawsze jest to jednak możliwe lub bardzo kosztowne, a zakup pompy ciepła z dużą rezerwą mocy jest bardzo kosztowny. Dlatego na wszelki wypadek konieczne jest posiadanie zapasowego źródła ciepła silne mrozy(na przykład kocioł na drewno). Umożliwi to wybór pompy ciepła o mocy o jedną trzecią mniejszej niż wymagana do kompensacji strat ciepła w najzimniejszych warunkach pogodowych. Sprzęt ten może pracować w jednym z trzech trybów:monoelektryczny, jednowartościowe i dwuwartościowe . Wybór trybu zależy od poziomu zużycia.

Jak obliczyć zużycie ciepła w zależności od powierzchni

Należy podjąć działania mające na celu docieplenie budynku i zmniejszenie strat ciepła do 40-80 W/m². Następnie do dalszych obliczeń przyjmiemy następujące dane.

1. Dom bez izolacji termicznej potrzebuje na ogrzewanie 120 W/m².
2. To samo dla budynku o normalnej izolacji termicznej – 80 W/m².
3. Nowy budynek z dobrą izolacją termiczną - ok. 50 W/m².
4. Dom w technologiach energooszczędnych – 40 W/m².
5. Przy pasywnym zużyciu energii – 10 W/m².

Podajemy przybliżone obliczenia pompy ciepła, za pomocą których można określić, jak wybrać pompę ciepła. Załóżmy, że łączna powierzchnia wszystkich ogrzewanych pomieszczeń w domu wynosi 180 m². Izolacja termiczna jest dobra, a zużycie ciepła wynosi około 9 kW. Wtedy strata ciepła będzie wynosić: 180 × 50 = 9000 W. Tymczasową przerwę w dostawie prądu przyjmuje się jako 3 × 2 = 6 godzin, ale nie uwzględnimy 2 godzin, ponieważ budynek jest obojętny. Otrzymujemy ostateczną liczbę: 9000 W × 24 godziny = 216 kWh. Następnie 216 kWh / (18 godzin + 2 godziny) = 10,8 kW.
Zatem, aby ogrzać ten dom, konieczna jest instalacja pompy ciepła o mocy 10,8 kW. Aby uprościć obliczenia, należy dodać 20% do wartości strat ciepła (czyli zwiększyć 9000 W o 20%). Nie uwzględnia to jednak kosztów podgrzewania wody na potrzeby domowe.

Rozliczanie zużycia energii na podgrzewanie wody

Aby określić pełną moc pompy, dodajemy zużycie energii na podgrzanie wody (do t = 45 ˚C) w ilości 50 litrów dziennie na osobę. Zatem dla czterech osób będzie to równe 0,35 x 4 = 1,4 kW. Stąd całkowita moc: 10,8 kW + 1,4 kW = 12,4 kW.

Zależność mocy od trybu pracy

Obliczanie osadzania termicznego należy przeprowadzić, biorąc pod uwagę tryb pracy.

1. Jednowartościowy Tryb polega na użyciu tego sprzętu bez wyposażenia pomocniczego (jako jedynego). Aby określić całkowite obciążenie cieplne, należy wziąć pod uwagę koszty rekompensowania awaryjnych przerw w dostawie prądu (maksymalnie - przez 2 godziny, 3 razy dziennie).
2. Monoenergetycznetryb: wykorzystuje drugi generator ciepła, którego działanie wykorzystuje ten sam rodzaj energii (prąd). Jest podłączony do systemu, jeśli konieczne jest zwiększenie temperatury płynu chłodzącego. Można to zrobić automatycznie (montaż pompy ciepła obejmuje również instalację czujników monitorujących temperaturę i urządzeń sterujących) lub ręcznie. Ale nawet w trudnych warunkach zimowych nie ma zbyt wielu zimnych dni i dodatkowy generator ciepła nie musi być często włączany. Ale taka organizacja ogrzewania pozwala zaoszczędzić na sprzęcie: o 30% mniej wydajna pompa ciepła jest tańsza, ale wystarczy, aby zapewnić ciepło przez 90% okresu grzewczego.
3. Z biwalentem trybie pracy pompa ciepła wspomagana jest przez kocioł gazowy lub pracujący paliwo płynne. Procesem steruje procesor, który otrzymuje informacje z czujników temperatury. Urządzenia takie można instalować jako dodatkowe (w trakcie przebudowy budynku) w stosunku do już istniejącego.

Przegląd rynku pomp ciepła

Obecnie na rynku dostępnych jest wiele rodzajów sprzętu. Na uwagę zasługują geotermalne pompy ciepła austriackiej firmy OCHSNER : są udoskonalane przez producenta od 35 lat. Dobrze ugruntowana marka Waterkotte : kotły z powłoką zewnętrzną tej marki mają najwyższą wydajność. Wśród rosyjskiego sprzętu można wyróżnić te produkowane pod marką „ HENKA.”
Aby ułatwić wyobrażenie sobie nadchodzących wydatków, wskażemy koszt głównego sprzętu i jego instalacji.

1. Pompa ciepła z sondą uziemiającą:

• prace wiertnicze – 6 tys. euro;
• cena pompy ciepła – 6 tys. euro;
• koszty prądu (rocznie) – 400 euro.

2. Z rozdzielaczem poziomym:

• koszt samej pompy wynosi około 6 tysięcy euro;
• prace wiertnicze będą wymagały 3 tysięcy euro;
• koszty prądu – 450 euro za okres grzewczy.

3. Powietrzna pompa ciepła:

• cena pompy – 8 tys. euro;
• prace instalacyjne – 500 euro;
• prąd – 600 euro.

4. Pompa woda-woda:

• pompę można kupić za 6 tysięcy euro;
• wiercenie studni – 4 tys. euro;
• koszty energii elektrycznej (rocznie) – 360 euro.

Są to przybliżone dane dla urządzeń o mocy około 6 - 8 kW. Ostatecznie wszystko zależy od wielu czynników (cena montażu, głębokość wiercenia, wymagana moc pompy itp.), a koszty mogą wzrosnąć kilkukrotnie. Decydując się jednak na ogrzewanie za pomocą pompy ciepła, klient ma szansę uniezależnić się od rosnących cen tradycyjnych chłodziw i zrezygnować z usług przedsiębiorstw ciepłowniczych.

Omówienie stosowania systemu opartego na pompie ciepła można zobaczyć w tym filmie

Jak obliczyć koszty ogrzewania domu wiejskiego?

Obliczenia przeprowadzane są w oparciu o następujące parametry:

Pierwszym parametrem są koszty operacyjne. Aby określić te koszty, warto wziąć pod uwagę koszt paliwa, które zostanie wykorzystane do wytworzenia ciepła. W pozycji tej uwzględniono także koszty utrzymania. Najbardziej opłacalne pod względem tego parametru będzie ogrzewanie, którego nośnikiem energii będzie dostarczany gaz główny. Kolejną najbardziej wydajną jest POMPA CIEPŁA.

Drugim parametrem jest koszt zakupu sprzętu i jego instalacji. Najbardziej opłacalną i ekonomiczną opcją na etapie zakupu i instalacji byłby zakup kocioł elektryczny. Maksymalne koszty czekają, jeśli zdecydujesz się na zakup kotłów tam, gdzie znajdują się źródła energii gaz skroplony w zbiornikach gazu lub olej napędowy. Tutaj również POMPA CIEPŁA jest optymalna.

Trzeci parametr należy uznać za wygodę podczas korzystania z urządzeń grzewczych. Kotły na paliwo stałe w tym przypadku można je uznać za najbardziej wymagające uwagi. Wymagają Twojej obecności i dodatkowego załadunku paliwa, natomiast elektryczne i zasilane z głównego źródła gazu działają niezależnie. Ponieważ gaz i kotły elektryczne najwygodniejszy w użyciu do ogrzewania domy wiejskie. I tutaj POMPA CIEPŁA ma przewagę. Sterowanie klimatem to najwygodniejsza cecha pomp ciepła.

Dziś w regionie moskiewskim rozwinęła się następująca sytuacja cenowa... Podłączenie gazu do domów prywatnych kosztuje około 600 tysięcy rubli. Wymagane również prace projektowe oraz odpowiednie zezwolenia, które czasami trwają latami i również kosztują. Dodaj tutaj koszt sprzętu i stosunkowo krótki okres jego zużycia (dlatego firmy gazownicze oferują mocniejsze kotły gazowe aby zużycie i wypalenie kotła trwało dłużej). Ogrzewanie pompami ciepła jest już porównywalne z powyższą ceną, jednak nie wymaga żadnych atestów. Pompa ciepła to powszechne elektryczne urządzenie gospodarstwa domowego, które zużywa 4 razy mniej energii elektrycznej niż konwencjonalny kocioł elektryczny i jest jednocześnie urządzeniem klimatyzacyjnym, czyli klimatyzatorem. Żywotność silników nowoczesnych pomp ciepła, szczególnie tych wysokiej jakości (klasa premium), pozwala im pracować ponad 20 lat.

Podajemy przykłady obliczania pomp ciepła dla różne typy i rozmiary domów.

Najpierw musisz określić straty ciepła w budynku, w zależności od regionu jego lokalizacji. Czytaj więcej w "Pełne aktualności"

Przede wszystkim musisz zdecydować o mocy pompy ciepła lub kotła, ponieważ jest to jedna z decydujących cech technicznych. Dobiera się go na podstawie ilości strat ciepła w budynku. Obliczenie bilans cieplny domu, biorąc pod uwagę cechy jego projektu, powinien przeprowadzić specjalista, jednak aby z grubsza oszacować ten parametr, jeśli konstrukcja domu jest projektowana z uwzględnieniem przepisów budowlanych, można skorzystać ze wzoru:
Q = k V ΔT
1 kW/h = 860 kcal/h
Gdzie
Q - strata ciepła, (kcal/h)
V to objętość pomieszczenia (długość × szerokość × wysokość), m3;
ΔT - maksymalna różnica między temperaturą powietrza na zewnątrz i wewnątrz pomieszczenia czas zimowy,°C;
k jest uogólnionym współczynnikiem przenikania ciepła budynku;
k = 3…4 - budynek z desek;
k = 2…3 - ściany ceglane w jednej warstwie;
k min-max = 1…2 - mur standardowy (cegła w dwóch warstwach);

k = 0,6...1 - budynek dobrze ocieplony;

Przykład obliczenia mocy kocioł gazowy dla Twojego domu:

Dla budynku o kubaturze V = 10 m × 10 m × 3 m = 300 m3;

Straty ciepła budynek ceglany(k max= 2) będzie wynosić:
Q = 2 × 300 × 50 = 30000 kcal/godzinę = 30000 / 860 = 35 kW
Będzie to wymagana minimalna moc kotła, liczona do maksymalnej...

Zwykle wybiera się 1,5-krotną rezerwę mocy, należy jednak wziąć pod uwagę takie czynniki jak stale działająca wentylacja pomieszczenia, otwarte nawiewy i drzwi, duży obszar przeszklenia itp. Jeśli planujesz zastosować kocioł dwuprzewodowy (ogrzewanie pomieszczeń i zasilanie tarapaty), wówczas należy jeszcze zwiększyć jego moc o 10 – 40%. Dodatek jest zależny od ilości przepływu ciepłej wody.

Przykład obliczenia mocy pompy ciepła dla Twojego domu:

Przy ΔT = (Tvn - Tnar) = 20 - (-30) = 50°C;
Straty ciepła budynku murowanego (k min= 1) będą wynosić:
Q = 1 × 300 × 50 = 15 000 kcal/godzinę = 30 000 / 860 = 17 kW
Będzie to wymagana minimalna moc kotła, obliczona do minimum, ponieważ w pompie ciepła nie ma przepalenia, a zasoby zależą od żywotności silnika i cykli w ciągu dnia... Aby zmniejszyć liczbę cykli włączania/wyłączania pompy ciepła wykorzystuje się zbiorniki akumulacyjne ciepła.

Zatem: pompa ciepła musi pracować 3–5 razy na godzinę.
te. 17 kW/godz. -3 cykle

Będziesz potrzebował zbiornika buforowego - 3 cykle - 30 l/kW; 5 uderzeń - 20 l/kW.

17 kW*30l=500l pojemności magazynowej!!! Obliczenia są przybliżone, tutaj duży akumulator jest dobry, ale w praktyce zużywają 200 litrów.

Obliczmy teraz koszt pompy ciepła i jej montażu w Twoim domu:

Kubatura budynku jest taka sama V = 10 m × 10 m × 3 m = 300 m3;
Obliczyliśmy, że przybliżona moc wynosi -17 kW. U różni producenci różne zakresy wydajności, dlatego wspólnie z naszymi konsultantami wybierz pompę ciepła kierując się jakością i kosztami. Na przykład Waterkotte ma pompę ciepła o mocy 18 kW, ale można również zainstalować pompę ciepła o mocy 15 kW, ponieważ w przypadku niewystarczającej mocy w każdej pompie ciepła szczyt 6 kW jest bliżej. Szczytowe dogrzanie następuje stosunkowo szybko i dlatego nie ma potrzeby przepłacać za pompę ciepła. Dlatego możesz wybrać 15 kW, ponieważ w krótkim okresie 15+6=21 kW to więcej niż Twoje zapotrzebowanie na ciepło.

Zatrzymajmy się na 18 kW. Sprawdź koszt pompy ciepła u konsultantów, ponieważ dziś warunki dostawy są „delikatnie mówiąc” nieprzewidywalne. Dlatego na stronie prezentowana jest wersja fabryczna.

Jeśli jesteś w regionach południowych, straty ciepła w Twoim domu na podstawie powyższych obliczeń będą mniejsze, ponieważ ΔT = (Tvn – Tnar) = 20 – (-10) = 30°C. lub nawet ΔT = (Tvn – Tnar) = 20 – (-0) = 20°C. Można wybrać pompę ciepła o mniejszej mocy, a także opartą na zasadzie działania powietrze-woda. Nasze powietrzne pompy ciepła działają wydajnie do -25 stopni i dlatego nie wymagają wiercenia.

W środkowej Rosji i na Syberii znacznie efektywniejsze są geotermalne pompy ciepła działające na zasadzie „woda-woda”.

Koszty wiercenia pola geotermalnego będą się różnić w zależności od regionu. W regionie moskiewskim kalkulacja kosztów wygląda następująco:

Bierzemy moc naszej pompy ciepła -18 kW. Zużycie energii elektrycznej takiej geotermalnej pompy ciepła wynosi około 18/4 = 4,5 kW/godzinę z gniazdka. Waterkotte ma jeszcze mniej (ta cecha nazywa się COP. Pompy ciepła Waterkotte mają COP 5 lub więcej). Zgodnie z zasadą zachowania mocy energia elektryczna przekazywana jest do układu, zamieniana na energię cieplną. Brakującą moc pozyskujemy ze źródła geotermalnego, czyli z sond, które należy wiercić. 18-4,5 = 13,5 kW z Ziemi (ponieważ źródłem w tym przypadku może być kolektor poziomy, staw itp.).

Przenikanie ciepła przez gleby w różnych miejscach, nawet w regionie moskiewskim, jest inne. Średnio od 30 do 60 W na 1 m.p., w zależności od wilgotności gleby.

13,5 kW lub 13500 W podzielone przez wymianę ciepła. średnio jest to 50W czyli 13500/50=270 metrów. Prace wiertnicze kosztują średnio 1200 rubli/m. Otrzymujemy 270*1200=324000 rubli. pod klucz z wejściem do ciepłowni.

Koszt pompy ciepła klasy ekonomicznej wynosi 6-7 tysięcy dolarów. te. 180-200 tysięcy rubli

Koszt OGÓŁEM 324 tysiące + 180 tysięcy = 504 tysiące rubli

Dodaj koszt instalacji i koszt akumulatora ciepła, a otrzymasz nieco ponad 600 tysięcy rubli, co jest porównywalne z kosztem dostarczenia głównego gazu. co było do okazania

Zdaniem specjalistów zajmujących się tą dziedziną, wykorzystanie geotermalnych źródeł energii cieplnej – specjalnych pomp – uważane jest za środek skuteczny i ekonomiczny. Ich podstawowa konstrukcja umożliwia odzyskiwanie ciepła środowisko, przekształć go i przenieś do miejsca zastosowania (więcej szczegółów: „Geotermiczne pompy ciepła do ogrzewania: zasada działania systemu”).

Współczynnik wydajności pomp ciepła, ze względu na ich charakterystykę, sięga 3-5 jednostek. Oznacza to, że kosztem 100 W podczas pracy energia elektryczna urządzenia odbiorcy otrzymują około 0,5 kW mocy grzewczej.

Procedura obliczeniowa dla pomp ciepła

1. W pierwszej kolejności określa się straty ciepła występujące przez przegrodę budynku (dotyczy to okien, drzwi, ścian, stropów). Aby to zrobić, użyj następującej formuły:

cyna – temperatura powietrza wewnątrz budynku (°C);

tout – temperatura powietrza zewnętrznego (°C);

β to współczynnik dodatkowych strat ciepła, zależny od rodzaju budynku i jego położenia geograficznego. Wskaźnik ten przy obliczaniu pompy ciepła mieści się w zakresie od 0,05 do 0,27;

δі / λі – jest obliczonym wskaźnikiem przewodności cieplnej materiałów stosowanych w budownictwie;

α nar – wartość rozpraszania ciepła przez zewnętrzne powierzchnie konstrukcji ogrodzeniowych (W/m²x°C);

Qbp ​​– wydzielanie ciepła w wyniku pracy sprzęt AGD i działalność człowieka.

tout.av to średnia arytmetyczna wartości temperatur zarejestrowanych w powietrzu zewnętrznym w całym okresie grzewczym;

d – liczba dni w sezonie grzewczym.

V x17 – dobowa ilość podgrzewania wody do 50°C.

Po zakończeniu obliczeń pompy ciepła, biorąc pod uwagę uzyskane dane, zaczynają wybierać to urządzenie w celu zapewnienia zaopatrzenia w ciepło i zaopatrzenia w ciepłą wodę. W tym przypadku moc obliczeniową określa się na podstawie wyrażenia:

Jak poprawnie obliczyć pompę ciepła, szczegółowe zdjęcie i wideo

Jak poprawnie obliczyć pompę ciepła, szczegółowe zdjęcia i filmy

Metody i programy obliczania mocy pompy ciepła do ogrzewania domu

Stosowanie źródła alternatywne pozyskiwanie energii wydaje się dziś najwyższym priorytetem. Przetwarzanie energii wiatru, wody i słońca może znacznie zmniejszyć zanieczyszczenie środowiska i zaoszczędzić środki finansowe potrzebne do wdrożenia metody technologiczne pozyskiwanie energii. Pod tym względem zastosowanie tzw. pomp ciepła wygląda bardzo obiecująco. Pompa ciepła to urządzenie, które może przekazać energię cieplną z otoczenia do pomieszczenia. Metoda obliczania pompy ciepła, niezbędne formuły a kursy przedstawiono poniżej.

Źródła energii cieplnej

Źródłami energii dla pomp ciepła mogą być światło słoneczne, ciepło z powietrza, wody i gleby. Proces opiera się proces fizyczny, dzięki czemu niektóre substancje (czynniki chłodnicze) mogą wrzeć w niskich temperaturach. W takich warunkach współczynnik wydajności pomp ciepła może osiągnąć 3, a nawet 5 jednostek. Oznacza to, że wydając 100 W energii elektrycznej na obsługę pompy, można uzyskać 0,3-0,5 kW.

Zatem pompa geotermalna jest w stanie całkowicie ogrzać dom, jednak pod warunkiem, że temperatura otoczenia zewnętrznego nie będzie niższa niż temperatura na poziomie projektowym. Jak obliczyć pompę ciepła?

Technika obliczania mocy pompy ciepła

W tym celu możesz użyć specjalnego kalkulator internetowy obliczenia pompy ciepła lub wykonaj obliczenia ręcznie. Przed ręcznym określeniem mocy pompy potrzebnej do ogrzania domu należy ustalić bilans cieplny domu. Niezależnie od wielkości domu, dla którego przeprowadzane są obliczenia (obliczenie pompy ciepła na 300 m2 lub 100 m2), stosuje się ten sam wzór:

• R jest straty ciepła/moc domu (kcal/godz.);
• V – objętość domu (długość*szerokość*wysokość), m3;
• T – największa różnica temperatur na zewnątrz domu i wewnątrz domu w porze zimnej, C;
• k jest średnim współczynnikiem przewodzenia ciepła budynku: k=3(4) – dom z desek; k=2(3) – dom z cegły jednowarstwowej; k=1(2) – ceglany dom w dwóch warstwach; k=0,6(1) – budynek starannie ocieplony.

Typowe obliczenia pompy ciepła zakładają, że aby przeliczyć uzyskane wartości z kcal/godzinę na kW/godzinę, należy je podzielić przez 860.

Przykład obliczenia mocy pompy

Obliczanie pompy ciepła do ogrzewania domu konkretny przykład. Załóżmy, że konieczne jest ogrzanie budynku o powierzchni 100 metrów kwadratowych.

Aby uzyskać jego objętość (V), należy pomnożyć jego wysokość przez długość i szerokość:

Aby znaleźć T, musisz uzyskać różnicę temperatur. Aby to zrobić, odejmij minimalne temperatury zewnętrzne od minimalnych temperatur wewnętrznych:

Przyjmijmy, że straty ciepła budynku są równe k=1, wówczas straty ciepła domu obliczamy w następujący sposób:

Program obliczeniowy pompy ciepła zakłada, że ​​zużycie energii cieplnej w domu należy przeliczyć na kW. Zamień kcal/godzinę na kW:

Zatem do ogrzania dwuwarstwowego domu murowanego o powierzchni 100 m2 potrzebna jest pompa ciepła o mocy 14,5 kW. Jeżeli konieczne jest obliczenie pompy ciepła na 300 m2, wówczas we wzorach dokonuje się odpowiedniego podstawienia. Obliczenia te uwzględniają zapotrzebowanie na ciepłą wodę niezbędną do ogrzewania. Aby określić właściwą pompę ciepła, będziesz potrzebować tabeli obliczeniowej pompy ciepła specyfikacje techniczne i wydajność konkretnego modelu.

Przed określeniem mocy pompy potrzebnej do ręcznego ogrzania domu należy ustalić bilans cieplny domu

Jak wiadomo, pompy ciepła wykorzystują bezpłatne i odnawialne źródła energii: ciepło o niskim potencjale z powietrza, gleby, ziemi, odpady i ścieki z procesów technologicznych oraz otwarte, niezamarzające zbiorniki. Wydawana jest na to energia elektryczna, ale stosunek ilości otrzymanej energii cieplnej do ilości zużytej energii elektrycznej wynosi około 3–6.

Dokładniej, źródłami ciepła niskiej jakości może być powietrze zewnętrzne o temperaturze od –10 do +15°C, powietrze usuwane z pomieszczenia (15–25°C), grunt (4–10°C) i wody gruntowe (ponad 10°C), wody jezior i rzek (0–10°C), powierzchnie (0–10°C) i głębokie (ponad 20 m) gleby (10°C).

Istnieją dwie możliwości uzyskania ciepła niskotemperaturowego z gruntu: układanie rur metalowo-plastikowych w rowach o głębokości 1,2–1,5 m lub w studniach pionowych o głębokości 20–100 m. Czasami rury układa się w formie spirali w rowach 2–4 m głębokości. To znacznie zmniejsza całkowitą długość rowów. Maksymalny transfer ciepła przez grunt powierzchniowy wynosi 50–70 kWh/m2 rocznie. Żywotność rowów i studni wynosi ponad 100 lat.

Warunki początkowe: Należy dobrać pompę ciepła do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę dwupiętrowego domu jednorodzinnego o powierzchni 200 m2; temperatura wody w instalacji grzewczej powinna wynosić 35°C; minimalna temperatura płynu chłodzącego – 0°C. Straty ciepła budynku wynoszą 50W/m2. Gleba jest gliniasta, sucha.

Wymagana moc cieplna do ogrzewania: 200*50=10 kW;

Wymagana moc cieplna do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę: 200*50*1,25=12,5 kW

Do ogrzania budynku wybrano pompę ciepła WW H R P C 12 o mocy 14,79 kW (najbliższa większa wielkość standardowa), która do ogrzewania zużywa 3,44 kW freonu. Odprowadzanie ciepła z wierzchniej warstwy gleby (suchej gliny) q wynosi 20 W/m. Obliczamy:

1) wymagana moc cieplna kolektora Qo = 14,79 – 3,44 = 11,35 kW;

2) całkowita długość rur L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567,5 m. Do zorganizowania takiego kolektora potrzeba 6 obwodów o długości 100 m;

3) przy kroku układania 0,75 m wymagana powierzchnia terenu wynosi A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) całkowite zużycie roztworu glikolu (25%)

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

dt to różnica temperatur pomiędzy zasilaniem i powrotem, często przyjmowana jako równa 3 K. Natężenie przepływu na obwód wynosi 0,584 m3/h. Do montażu kolektora wybieramy rurę metalowo-plastikową o rozmiarze 32 (na przykład PE32x2). Strata ciśnienia w nim wyniesie 45 Pa/m; rezystancja jednego obwodu wynosi około 7 kPa; prędkość przepływu chłodziwa – 0,3 m/s.

Odprowadzanie ciepła z każdego metra rury zależy od wielu parametrów: głębokości ułożenia, obecności wód gruntowych, jakości gleby itp. W przybliżeniu można przyjąć, że dla kolektorów poziomych będzie to 20 W/m. Dokładniej: suchy piasek – 10, sucha glina – 20, mokra glina – 25, glina o dużej zawartości wody – 35 W/m. W obliczeniach przyjmuje się, że różnica temperatur płynu chłodzącego na przewodzie doprowadzającym i powrotnym pętli wynosi 3°C. Na obszarze nad kolektorem nie należy wznosić żadnych budynków, aby ciepło ziemi było uzupełniane promieniowaniem słonecznym. Minimalna odległość między ułożonymi rurami powinna wynosić 0,7–0,8 m. Długość jednego wykopu wynosi zwykle od 30 do 120 m. Jako chłodziwo główne zaleca się stosowanie 25% roztworu glikolu. W obliczeniach należy uwzględnić, że jego pojemność cieplna w temperaturze 0°C wynosi 3,7 kJ/(kg K), a gęstość wynosi 1,05 g/cm3. W przypadku stosowania środka przeciw zamarzaniu strata ciśnienia w rurach jest 1,5 razy większa niż w przypadku wody obiegowej. Aby obliczyć parametry obwodu pierwotnego instalacji pompy ciepła, należy określić zużycie środka przeciw zamarzaniu:

gdzie t jest różnicą temperatur między przewodem zasilającym i powrotnym, często przyjmowaną jako 3 K,

oraz Qo to moc cieplna otrzymana ze źródła o niskim potencjale (gleby).

Tę ostatnią wartość oblicza się jako różnicę pomiędzy całkowitą mocą pompy ciepła Qwp a mocą elektryczną wydatkowaną na ogrzewanie freonu P:

Całkowitą długość rur kolektorowych L i całkowitą powierzchnię A dla nich oblicza się za pomocą wzorów:

Tutaj q jest specyficznym (z 1 m rury) odprowadzaniem ciepła; da – odległość pomiędzy rurami (skok układania).

W przypadku stosowania studni pionowych o głębokości od 20 do 100 m zanurza się w nich rury metalowo-plastikowe lub plastikowe (o średnicach powyżej 32 mm) w kształcie litery U. Z reguły do ​​jednej studni wkłada się dwie pętle, po czym wypełnia się ją zaprawą cementową. Średnio odprowadzanie ciepła właściwego przez taką sondę można przyjąć na poziomie 50 W/m. Możesz także skupić się na następujących danych dotyczących usuwania ciepła:

* suche skały osadowe – 20 W/m;

* gleby skaliste i skały osadowe nasycone wodą – 50 W/m;

* kamienie o wysokiej przewodności cieplnej – 70 W/m;

*woda gruntowa – 80 W/m.

Temperatura gleby na głębokości większej niż 15 m jest stała i wynosi około +10°C. Odległość pomiędzy studniami powinna być większa niż 5 m. W przypadku przepływów podziemnych studnie powinny być usytuowane na linii prostopadłej do przepływu. Doboru średnic rur dokonuje się na podstawie strat ciśnienia dla wymaganego przepływu chłodziwa. Obliczenia przepływu cieczy można dokonać dla t = 5°C. Przykład obliczeń. Dane początkowe są takie same jak w powyższych obliczeniach zbiornika poziomego. Przy właściwym odbiorze ciepła sondy 50 W/m i wymaganej mocy 11,35 kW długość sondy L powinna wynosić 225 m. Do montażu kolektora konieczne jest wykonanie trzech studni o głębokości 75 m W każdym z nich umieszczamy dwie pętle z rurki metalowo-plastikowej o rozmiarze 25 (PE25x2,0); łącznie - 6 obwodów po 150 m każdy.

Całkowite natężenie przepływu chłodziwa w temperaturze t = 5 °C wyniesie 2,1 m3/h; przepływ przez jeden obieg wynosi 0,35 m3/h. Obiegi będą miały następującą charakterystykę hydrauliczną: strata ciśnienia w rurociągu – 96 Pa/m (chłodziwo – 25% roztwór glikolu); rezystancja pętli – 14,4 kPa; prędkość przepływu – 0,3 m/s.

Biblioteka artykułów o tematyce zawodowej

Pompy ciepła. Obliczenia, dobór sprzętu, montaż.

4.1. Zasada działania pompy ciepła

Wykorzystanie alternatywnych, przyjaznych dla środowiska źródeł energii może zapobiec narastającemu kryzysowi energetycznemu na Ukrainie. Wraz z poszukiwaniem i rozwojem tradycyjnych źródeł (gaz, ropa naftowa), obiecujący kierunek to wykorzystanie energii zgromadzonej w zbiornikach, glebie, źródłach geotermalnych, emisji technologicznych (powietrze, woda, ścieki itp.). Temperatura tych źródeł jest jednak dość niska (0–25°C) i dla ich efektywnego wykorzystania konieczne jest przeniesienie tej energii na wyższy poziom temperatury (50–90°C). Transformację tę realizują pompy ciepła (TH), które zasadniczo polegają na sprężaniu pary maszyny chłodnicze(ryc. 4.1).

Źródło niskotemperaturowe (LT) podgrzewa parownik (3), w którym czynnik chłodniczy wrze w temperaturze –10°C…+5°C. Następnie ciepło przekazane do czynnika chłodniczego przekazywane jest w klasycznym cyklu sprężania pary do skraplacza (4), skąd jest dostarczane do odbiorcy (HTP) na wyższym poziomie.

Pompy ciepła znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, sektorze mieszkaniowym i publicznym. Obecnie na świecie pracuje ponad 10 milionów pomp ciepła o różnej mocy: od kilkudziesięciu kilowatów do megawatów. Co roku flota TN uzupełniana jest o około 1 milion jednostek. Tak więc w Sztokholmie termika przepompownia o mocy 320 MW, wykorzystując w zimie wodę morską o temperaturze +4°C, zapewnia ciepło całemu miastu. W 2004 roku moc zainstalowana pomp ciepła w Europie wyniosła 4531 MW, a na całym świecie pompy ciepła wyprodukowały równowartość 1,81 miliarda m 3 gazu ziemnego. Pompy ciepła wykorzystujące energię geotermalną i wodę gruntową są energooszczędne. W Stanach Zjednoczonych ustawodawstwo federalne zatwierdziło wymogi dotyczące obowiązkowego stosowania geotermalnych pomp ciepła (GHP) przy budowie nowych budynki użyteczności publicznej. W Szwecji 50% całego ogrzewania zapewniają gruntowe pompy ciepła. Światowy Komitet ds. Energii przewiduje, że do 2020 r. udział geotermalnych pomp ciepła wyniesie 75%. Żywotność zespołu turbiny gazowej wynosi 25–50 lat. Perspektywy wykorzystania pomp ciepła na Ukrainie przedstawiono w.

Pompy ciepła dzielą się ze względu na zasadę działania (sprężarka, absorpcja) oraz rodzaj łańcucha wymiany ciepła „źródło-odbiorca”. Wyróżnia się następujące typy pomp ciepła: powietrze-powietrze, powietrze-woda, woda-powietrze, woda-woda, grunt-powietrze, grunt-woda, gdzie źródłem ciepła jest wskazany jako pierwszy. Jeśli do ogrzewania używana jest tylko pompa ciepła, system nazywa się monowalentnym. Jeżeli oprócz pompy ciepła zostanie podłączone jeszcze jedno źródło ciepła, pracujące osobno lub równolegle z pompą ciepła, system nazywa się biwalentnym.

Ryż. 4.1. Schemat hydraulicznej pompy ciepła:

1 – sprężarka; 2 – niskopoziomowe źródło ciepła (LHS); 3 – parownik pompy ciepła;

4 – skraplacz pompy ciepła; 5 – odbiorca ciepła wysoki poziom(HTP);

6 – wymiennik niskotemperaturowy; 7 – regulator przepływu czynnika chłodniczego;

8 – wymiennik wysokotemperaturowy

Pompa ciepła z rurociągami hydraulicznymi (pompy wodne, wymienniki ciepła, zawory odcinające itp.) nazywane są termicznymi jednostka pompująca. Jeżeli czynnik schładzany w parowniku jest taki sam jak czynnik podgrzewany w skraplaczu (woda-woda, powietrze-powietrze), to zmieniając przepływy tych mediów istnieje możliwość zmiany trybu HP na odwrotny (chłodzenie do ogrzewania i odwrotnie). Jeśli mediami są gazy, wówczas taka zmiana reżimu nazywana jest odwracalnym cyklem pneumatycznym, jeśli cieczami - odwracalnym cyklem hydraulicznym (ryc. 4.2).

Ryż. 4.2. Schemat pompy ciepła z odwracalnym obiegiem hydraulicznym

W przypadku, gdy odwracalność cyklu osiągana jest poprzez zmianę kierunku przepływu czynnika chłodniczego za pomocą zaworu odwracającego cykl, stosuje się termin „pompa ciepła pracująca w odwracalnym cyklu chłodniczym”.

4.2. Źródła ciepła niskiej jakości

4.2.1. Źródło o niskim potencjale – powietrze

Ryż. 4.3. Schemat pompy ciepła powietrze-woda

Pompy ciepła powietrze-woda są szeroko stosowane w systemach klimatyzacyjnych. Powietrze zewnętrzne jest wdmuchiwane przez parownik, a ciepło usunięte ze skraplacza podgrzewa wodę wykorzystywaną do ogrzewania pomieszczeń (rysunek 4.3).

Zaletą takich systemów jest dostępność niskotemperaturowego źródła ciepła (powietrza). Temperatura powietrza zmienia się jednak w szerokim zakresie, osiągając wartości ujemne. W takim przypadku wydajność pompy ciepła jest znacznie zmniejszona. Zatem zmiana temperatury powietrza zewnętrznego z 7°C na minus 10°C prowadzi do 1,5–2-krotnego spadku wydajności pompy ciepła.

Aby dostarczyć wodę z pomp ciepła do ogrzewanych pomieszczeń, instaluje się w nich wymienniki ciepła, zwane w literaturze „klimakonwektorami”. Woda do klimakonwektorów dostarczana jest za pomocą układu hydraulicznego – przepompowni (rys. 4.4).

Ryż. 4.4. Schemat przepompowni:

P – manometry; RB – zbiornik wyrównawczy; AB – zbiornik magazynowy; RP – przełącznik przepływu; N – pompa;

BC – zawór równoważący; F – filtr; OK - zawór zwrotny; B – zawór; T – termometr;

PC – zawór bezpieczeństwa; TP – wymiennik ciepła freon-ciecz; ТХК – zawór trójdrogowy; KPV – zawór uzupełniania cieczy; KPV – zawór uzupełniający; KVV – zawór odpowietrzający

Aby zwiększyć dokładność utrzymania temperatury pokojowej i zmniejszyć bezwładność, w układzie hydraulicznym montuje się zbiorniki magazynujące. Pojemność zbiornika magazynowego można określić ze wzoru:

gdzie jest wydajność chłodnicza HP, kW;

– objętość pomieszczeń chłodniczych, m 3 ;

– ilość wody w instalacji, l;

Z – liczba stopni mocy HP.

Jeśli VAB okaże się ujemne, wówczas zbiornik nie jest instalowany.

Aby skompensować rozszerzalność cieplną wody, w układzie hydraulicznym instalowane są zbiorniki wyrównawcze. Naczynia wyrównawcze instaluje się po stronie ssawnej pompy. Tom zbiornik wyrównawczy określone wzorem:

gdzie V syst jest objętością układu, l;

k – współczynnik rozszerzalności objętościowej cieczy (woda 3,7·10 -4, płyn niezamarzający (4,0–5,5)·10 -4);

ΔT – różnica temperatur cieczy (przy pracy wyłącznie w trybie chłodzenia)

ΔT = t otoczenia – 4°C; podczas pracy w trybie pompy ciepła ΔT=60°C – 4°C = 56°C);

P wstępne – ustawienie zaworu bezpieczeństwa.

Ciśnienie w systemie (P syst) zależy od względnego położenia pompowni i odbiorcy końcowego (klimakonwektora). Jeżeli przepompownia znajduje się poniżej odbiorcy końcowego, ciśnienie (P syst) określa się jako maksymalną różnicę wysokości (w barach) plus 0,3 bara. Jeżeli przepompownia znajduje się nad wszystkimi odbiorcami, wówczas P syst = 1,5 bara.

Zbiornik wyrównawczy jest wstępnie pompowany powietrzem do ciśnienia o 0,1–0,3 bara mniejszego niż obliczone, a po instalacji ciśnienie zostaje przywrócone do normy.

Konstrukcja zbiorników wyrównawczych pokazana jest na ryc. 4,5.

Pompy ciepła

Źródło: IVIK.ua4.1. Zasada działania pompy ciepła Wykorzystanie alternatywnych, przyjaznych środowisku źródeł energii może zapobiec nadchodzącemu kryzysowi energetycznemu na Ukrainie. Obok poszukiwania i rozwoju źródeł tradycyjnych (gaz, ropa naftowa) obiecującym kierunkiem jest wykorzystanie energii zgromadzonej w zbiornikach, glebie, źródłach geotermalnych, emisji technologicznych (powietrze, woda, ścieki itp.). Jednak temperatura tych źródeł jest dość niska (0–25°C) i...

Ogrzewanie domu. Schemat ogrzewania domu z pompą ciepła

W artykule opisano możliwości ogrzewania domu i zaopatrzenia w ciepłą wodę za pomocą pompy ciepła, kolektor słoneczny i kawitacyjny generator ciepła. Podano przybliżoną metodę obliczania pompy ciepła i generatora ciepła. Podano przybliżony koszt ogrzewania domu za pomocą pompy ciepła.

Pompa ciepła. Projekt ogrzewania domu

Aby zrozumieć zasadę działania, możesz spojrzeć na to, co zwykle lodówka domowa lub klimatyzator.

Nowoczesne pompy ciepła wykorzystują do swojej pracy niskotemperaturowe źródła ciepła pochodzące z gruntu. wody gruntowe, powietrze. Ta sama zasada fizyczna działa zarówno w lodówce, jak i w pompie ciepła (fizycy nazywają ten proces cyklem Carnota). Pompa ciepła to urządzenie, które „wypompowuje” ciepło komora chłodnicza i rzuca na kaloryfer. Klimatyzator „pompuje” ciepło z powietrza w pomieszczeniu i wyrzuca je na grzejnik, ale znajdujący się na zewnątrz. Jednocześnie do ciepła „odsysanego” z pomieszczenia dodawana jest większa ilość ciepła, na które zamieniana jest energia elektryczna pobierana przez silnik elektryczny klimatyzatora.

Liczba wyrażająca stosunek energii cieplnej wytwarzanej przez pompę ciepła (klimatyzator lub lodówkę) do zużywanej przez nią energii elektrycznej nazywana jest przez ekspertów ds. pomp ciepła „współczynnikiem ogrzewania”. Najlepsze pompy ciepła mają współczynnik ogrzewania 3-4. Oznacza to, że na każdą kilowatogodzinę energii elektrycznej zużywanej przez silnik elektryczny generowane są 3-4 kilowatogodziny energii cieplnej. (Jedna kilowatogodzina odpowiada 860 kilokaloriom.) Ten współczynnik konwersji (współczynnik ogrzewania) zależy bezpośrednio od temperatury źródła ciepła; im wyższa temperatura źródła, tym większy współczynnik konwersji.

Klimatyzator to wytrzymuje energia cieplna z powietrza ulicznego, a duże pompy ciepła je „wypompowują”. dodatkowe ciepło zwykle ze zbiornika/wod gruntowych lub gleby.

Choć temperatura tych źródeł jest znacznie niższa od temperatury powietrza w ogrzewanym domu, pompa ciepła zamienia to niskotemperaturowe ciepło z gleby lub wody na ciepło o wysokiej temperaturze, niezbędne do ogrzania domu. Dlatego pompy ciepła nazywane są także „transformatorami ciepła”. (patrz proces transformacji poniżej)

Notatka: Pompy ciepła nie tylko ogrzewają domy, ale także chłodzą wodę w rzece, z której wypompowywane jest ciepło. A w naszych czasach, kiedy rzeki są zbyt przegrzane przez ścieki przemysłowe i bytowe, schładzanie rzeki jest bardzo przydatne dla życia organizmów żywych i znajdujących się w niej ryb. Im niższa temperatura wody, tym więcej tlenu potrzebnego rybom może się w niej rozpuścić. W ciepła woda ryby się duszą, ale na mrozie są błogie. Dlatego pompy ciepła są bardzo obiecujące w ochronie środowiska przed „zanieczyszczeniem termicznym”.

Jednak instalacja systemu grzewczego wykorzystującego pompy ciepła jest nadal zbyt droga, ponieważ wymaga tego duża liczba roboty ziemne plus materiały eksploatacyjne np. rury tworzące kolektor/wymiennik ciepła.

Warto również pamiętać, że pompy ciepła, podobnie jak konwencjonalne lodówki, wykorzystują sprężarkę, która spręża czynnik roboczy – amoniak lub freon. Pompy ciepła działają lepiej z freonem, ale freon jest już zabroniony do stosowania, ponieważ przedostając się do atmosfery, pali się górne warstwy ozon, który chroni Ziemię przed promienie ultrafioletowe Słoneczny.

Mimo to wydaje mi się, że przyszłość należy do pomp ciepła. Ale nikt ich jeszcze nie produkuje masowo. Dlaczego? Nie trudno zgadnąć.

Jeśli pojawi się alternatywne źródło taniej energii, to gdzie umieścić wydobyty gaz, ropę i węgiel i komu go sprzedać. A co mamy odpisać wielomiliardowe straty z powodu eksplozji w kopalniach i kopalniach?

Schemat ideowy ogrzewania domu za pomocą pompy ciepła

Zasada działania pompy ciepła

Źródłem ciepła niskotemperaturowego może być powietrze zewnętrzne o temperaturze od -15 do +15°C, powietrze wywiewane z pomieszczenia o temperaturze 15-25°C, grunt (4-10°C) i wody gruntowe (więcej niż 10°C), wody jezior i rzek (0-10°C), powierzchnie (0-10°C) i głębokie (ponad 20 m) gleby (10°C). Na przykład w Holandii w mieście Heerlen wykorzystuje się do tego zalaną kopalnię. Woda wypełniająca starą kopalnię na poziomie 700 metrów ma stałą temperaturę 32°C.

Jeżeli jako źródło ciepła wykorzystywane jest powietrze atmosferyczne lub wentylacyjne, system grzewczy działa według schematu powietrze-woda. Pompę można umieścić wewnątrz lub na zewnątrz. Powietrze dostarczane jest do wymiennika ciepła za pomocą wentylatora.

Jeżeli jako źródło ciepła wykorzystywana jest woda gruntowa, system działa według schematu „woda-woda”. Woda ze studni dostarczana jest pompą do wymiennika ciepła pompy, a po odebraniu ciepła jest odprowadzana do innej studni lub do zbiornika. Jako pośredni płyn chłodzący można zastosować środek przeciw zamarzaniu lub środek przeciw zamarzaniu. Jeśli zbiornik wodny pełni funkcję źródła energii, na jego dnie umieszcza się pętlę z metalowo-plastikowej lub plastikowej rury. W rurociągu krąży roztwór glikolu (środka przeciw zamarzaniu) lub środka przeciw zamarzaniu, który przekazuje ciepło do freonu poprzez wymiennik ciepła pompy ciepła.

W przypadku wykorzystania gleby jako źródła ciepła system działa zgodnie ze schematem „woda gruntowa”. Istnieją dwie możliwe opcje konstrukcji kolektora - pionowy i poziomy.

• Gdy kolektor jest umieszczony poziomo, rury metalowo-plastikowe układa się w rowach o głębokości 1,2-1,5 m lub w formie spirali w rowach o głębokości 2-4 m. Ta metoda układania może znacznie zmniejszyć długość rowów.

Schemat pompy ciepła z kolektorem poziomym z ułożeniem rur spiralnych

1 – pompa ciepła; 2 – rurociąg ułożony w ziemi; 3 – kocioł ogrzewania pośredniego; 4 – system ogrzewania „ciepła podłoga”; 5 – obwód dostarczający ciepłą wodę.

Jednak podczas układania spiralnie opór hydrodynamiczny znacznie wzrasta, co prowadzi do dodatkowych kosztów pompowania chłodziwa, a opór również wzrasta wraz ze wzrostem długości rur.

• Na układ pionowy rury kolektorowe układane są w studniach pionowych na głębokość 20-100 m.

Schemat sondy pionowej

Zdjęcie sondy w zatoce

Instalowanie sondy w studni

Obliczenia kolektora poziomego pompy ciepła

Obliczenia kolektora poziomego pompy ciepła.

q - odprowadzanie ciepła właściwego (z rury biegnącej o długości 1 m).

• suchy piasek - 10 W/m,
• glina sucha - 20 W/m,
• glina mokra – 25 W/m,
• glina o dużej zawartości wody - 35 W/m.

Pomiędzy obiegiem bezpośrednim i powrotnym kolektora pojawia się różnica temperatur płynu chłodzącego.

Zwykle do obliczeń przyjmuje się temperaturę równą 3°C. Wadą tego schematu jest to, że nie zaleca się wznoszenia budynków na obszarze nad kolektorem, aby ciepło ziemi było uzupełniane w wyniku promieniowania słonecznego. Za optymalną odległość między rurami uważa się 0,7-0,8 m. W tym przypadku długość jednego wykopu wynosi od 30 do 120 m.

Przykład obliczenia pompy ciepła

Podam przybliżone obliczenia pompy ciepła dla naszego ekodomu, opisanego w artykule Ekodom. Zaopatrzenie w ciepło dla eko-domu.

Uważa się, że aby ogrzać dom o wysokości sufitu 3 m, należy zużyć 1 kW. Energia cieplna na 10 m2 powierzchni. Przy powierzchni domu 10x10m=100 m2 potrzeba 10 kW energii cieplnej.

W przypadku korzystania z podgrzewanych podłóg temperatura płynu chłodzącego w układzie powinna wynosić 35°C, a minimalna temperatura płynu chłodzącego powinna wynosić 0°C.

Tabela 1. Dane pompy ciepła Thermia Villa.

Aby ogrzać budynek należy wybrać pompę ciepła o mocy 15,6 kW (najbliższa większa wielkość standardowa), która do pracy sprężarki zużywa 5 kW. Odprowadzanie ciepła z powierzchniowej warstwy gruntu dobieramy w zależności od rodzaju gruntu. Dla (mokrej gliny) q wynosi 25 W/m.

Obliczmy moc kolektora termicznego:

Qo to moc kolektora termicznego, kW;

Qwp - moc pompy ciepła, kW;

P - moc elektryczna sprężarki, kW.

Wymagana moc cieplna kolektora będzie wynosić:

Teraz określmy całkowitą długość rur:

L=Qo/q, gdzie q to specyficzne (z 1 m biegnącej rury) odprowadzanie ciepła, kW/m.

L=10,6/0,025 = 424 m.

Aby zorganizować taki kolektor, będziesz potrzebować 5 obwodów o długości 100 m. Na tej podstawie określimy wymaganą powierzchnię miejsca do ułożenia obwodu.

A=Lхda, gdzie da to odległość między rurami (skok układania), m.

Przy kroku układania wynoszącym 0,75 m wymagana powierzchnia terenu będzie wynosić:

Obliczanie kolektora pionowego

Wybierając kolektor pionowy, wierci się studnie o głębokości od 20 do 100 m w kształcie litery U z metalu i tworzywa sztucznego plastikowe rury. Aby to zrobić, dwie pętle są wkładane do jednej studzienki i wypełniane zaprawą cementową. Specyficzne odprowadzanie ciepła przez taki kolektor wynosi 50 W/m.

Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, użyj następujących danych:

• suche skały osadowe - 20 W/m;
• gleby skaliste i skały osadowe nasycone wodą - 50 W/m;
• skały o wysokiej przewodności cieplnej - 70 W/m;
• woda gruntowa - 80 W/m.

Na głębokościach większych niż 15 m temperatura gruntu wynosi około +10°C. Należy wziąć pod uwagę, że odległość między studniami musi być większa niż 5 m. Jeżeli w glebie występują przepływy podziemne, studnie należy wiercić prostopadle do przepływu.

Zatem przy właściwym odbiorze ciepła kolektora pionowego wynoszącego 50 W/m i wymaganej mocy 10,6 kW długość rury L powinna wynosić 212 m.

Aby zainstalować kolektor, należy wywiercić trzy studnie o głębokości 75 m. W każdej z nich umieszczamy łącznie dwie pętle rury metalowo-plastikowej - 6 pętli po 150 m każda.

Praca pompy ciepła w trybie „Woda gruntowa”.

Rurociąg układany jest w ziemi. Kiedy pompuje się przez niego czynnik chłodzący, ten nagrzewa się do temperatury gleby. Ponadto, zgodnie ze schematem, woda wpływa do wymiennika ciepła pompy ciepła i przekazuje całe ciepło do wewnętrznego obwodu pompy ciepła.

Czynnik chłodniczy pod ciśnieniem pompowany jest do wewnętrznego obwodu pompy ciepła. Freon lub jego zamienniki są stosowane jako czynnik chłodniczy, ponieważ freon niszczy warstwę ozonową atmosfery i nie można go stosować w nowych projektach. Przy czynniku chłodniczym niska temperatura wrze i dlatego gdy ciśnienie w parowniku gwałtownie spada, przechodzi on ze stanu ciekłego w gazowy o niskiej temperaturze.

Za parownikiem gaz chłodniczy wchodzi do sprężarki i jest przez nią sprężany. Jednocześnie nagrzewa się i wzrasta jego ciśnienie. Gorący czynnik chłodniczy dostaje się do skraplacza, gdzie następuje wymiana ciepła między nim a chłodziwem z rurociągu powrotnego. Oddając ciepło, czynnik chłodniczy ochładza się i wchodzi do środka stan ciekły. Płyn chłodzący wpływa system grzewczy i ponownie schładzając, przekazuje swoje ciepło do pomieszczenia. Gdy czynnik chłodniczy przepływa przez zawór redukcyjny ciśnienia, jego ciśnienie spada i powraca do fazy ciekłej. Następnie cykl się powtarza.

W zimnych porach roku pompa ciepła pełni funkcję grzejnika, a w czasie upałów może służyć do chłodzenia pomieszczenia (w tym przypadku pompa ciepła nie grzeje, ale schładza czynnik chłodniczy – wodę. A woda lodowa, w z kolei, można wykorzystać do schłodzenia powietrza w pomieszczeniu).

Ogólnie rzecz biorąc, pompa ciepła to maszyna Carnota pracująca w odwrotnym kierunku. Lodówka pompuje ciepło ze schłodzonej objętości do otaczającego powietrza. Jeśli umieścisz lodówkę na zewnątrz, to pobierając ciepło z powietrza zewnętrznego i przekazując je do wnętrza domu, możesz w ten prosty sposób w pewnym stopniu ogrzać pomieszczenie.

Jednak, jak pokazuje praktyka, tylko jedna pompa ciepła zasila dom w ciepło i tarapaty nie wystarczy. Odważę się zaproponować, moim zdaniem, optymalny schemat ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę dla domu.

Proponowany schemat zaopatrzenia domu w ciepło i ciepłą wodę

1 – generator ciepła; 2 – kolektor słoneczny; 3 – kocioł ogrzewania pośredniego; 4 – pompa ciepła; 5 – rurociąg w ziemi; 6 – zespół cyrkulacyjny układu słonecznego; 7 – grzejnik; 8 – obieg zaopatrzenia w ciepłą wodę; 9 – System ogrzewania „ciepłej podłogi”.

Schemat ten zakłada jednoczesne wykorzystanie trzech źródeł ciepła. Główną rolę odgrywają w nim generator ciepła (1), pompa ciepła (4) i kolektor słoneczny (2), które pełnią rolę elementów pomocniczych i w efekcie pomagają obniżyć koszty zużywanej energii elektrycznej i zwiększyć ogrzewanie efektywność. Jednoczesne wykorzystanie trzech źródeł ciepła niemal całkowicie eliminuje ryzyko zamarznięcia instalacji.

Przecież prawdopodobieństwo awarii zarówno generatora ciepła, pompy ciepła, jak i kolektora słonecznego jednocześnie jest znikome. Schemat przedstawia dwie możliwości ogrzewania pomieszczeń: grzejniki (7) i „ciepłą podłogę” (9). Nie oznacza to, że trzeba korzystać z obu opcji, a jedynie ilustruje możliwość wykorzystania zarówno jednej, jak i drugiej.

Zasada działania obiegu grzewczego

Generator ciepła (1) dostarcza podgrzaną wodę do kotła (3) i obiegu składającego się z grzejników (7). Kocioł odbiera również podgrzany płyn chłodzący z pompy ciepła (4) i kolektora słonecznego (2). Część wody podgrzanej przez pompę ciepła jest również dostarczana na wejście generatora ciepła. Mieszając się z „powrotem” obiegu grzewczego, podnosi jego temperaturę. Przyczynia się to do efektywniejszego podgrzewania wody w kawitatorze generatora ciepła. Podgrzana i zgromadzona w kotle woda doprowadzana jest do obwodu układu „ciepłej podłogi” (9) i obwodu dostarczania ciepłej wody (8).

Oczywiście skuteczność tego schematu będzie różna na różnych szerokościach geograficznych. W końcu kolektor słoneczny będzie miał największą wydajność latem i oczywiście w słoneczna pogoda. Na naszych szerokościach geograficznych latem nie ma potrzeby ogrzewania pomieszczeń mieszkalnych, więc generator ciepła można całkowicie wyłączyć. A że lata są dość upalne i nie wyobrażamy sobie życia bez klimatyzacji, pompa ciepła powinna być włączona w trybie chłodzenia. Naturalnie rurociąg biegnący od pompy ciepła do kotła zostanie zablokowany. Zatem problem zaopatrzenia w ciepłą wodę ma zostać rozwiązany jedynie za pomocą układu słonecznego. I tylko wtedy, gdy układ słoneczny nie jest w stanie poradzić sobie z tym zadaniem, użyj generatora ciepła.

Jak widać, schemat jest dość skomplikowany i kosztowny. Ogólne przybliżone koszty w zależności od wybranego schematu przedstawiono poniżej.

Koszty kolektora pionowego:

• Pompa ciepła 6000 €;
• Prace wiertnicze 6000 €;
• Koszty operacyjne (prąd): około 400 € rocznie.

Dla kolektora poziomego:

• Pompa ciepła 6000 €;
• Prace wiertnicze 3000 €;
• Koszty operacyjne (prąd): około 450 euro rocznie.

Duże wydatki obejmą zakup rur i płacenie pracownikom.

Montaż płaskiego kolektora słonecznego (np. Vitosol 100-F i podgrzewacz wody o pojemności 300 l) będzie kosztować 3200 €.

Przejdźmy więc od prostego do złożonego. Najpierw złożymy prosty obwód grzewczy domu w oparciu o generator ciepła, odbugujemy go i stopniowo dodamy do niego nowe elementy, które pozwolą nam zwiększyć wydajność instalacji.

Zmontujmy instalację grzewczą według poniższego schematu:

Schemat ogrzewania domu za pomocą generatora ciepła

1 – generator ciepła; 2 – kocioł ogrzewania pośredniego; 3 – system ogrzewania „ciepłej podłogi”; 4 – obwód dostarczający ciepłą wodę.

W końcu dostaliśmy najprostszy schemat ogrzewania domu, podzieliłem się swoimi przemyśleniami, aby zachęcić ludzi proaktywnych do rozwijania alternatywnych źródeł energii. Jeśli ktoś ma jakieś pomysły lub zastrzeżenia do tego co napisano powyżej, podzielmy się swoimi przemyśleniami, gromadźmy wiedzę i doświadczenie w tej kwestii, a uratujemy nasze środowisko i uczynimy życie choć trochę lepszym.

Jak widzimy tutaj, głównym i jedynym elementem podgrzewającym płyn chłodzący jest generator ciepła. Mimo, że obwód zapewnia tylko jedno źródło ciepła, pozwala na dalsze dokładanie dodatkowych urządzeń grzewczych. W tym celu zakłada się, że stosuje się kocioł ogrzewania pośredniego z możliwością dodania lub usunięcia wymienników ciepła.

Nie przewiduje się stosowania grzejników przedstawionych na schemacie pokazanym na rysunku 1 powyżej. Jak wiadomo, system „ciepłej podłogi” skuteczniej radzi sobie z zadaniem ogrzewania pomieszczeń i pozwala oszczędzać energię.

Ogrzewanie domu

W tym artykule opisano możliwości ogrzewania domu i zaopatrzenia w ciepłą wodę za pomocą pompy ciepła, kolektora słonecznego i kawitacyjnego generatora ciepła.