Як відомо, теплові насоси використовують безкоштовні та відновлювані джерела енергії: низькопотенційне тепло повітря, ґрунту, підземних, стічних та скидних вод технологічних процесів, відкритих незамерзаючих водоймищ. На це витрачається електроенергія, але відношення кількості одержуваної теплової енергії до кількості електричної, що витрачається, становить близько 3–6.

Говорячи точніше, джерелами низькопотенційного тепла можуть бути зовнішнє повітря температурою від –10 до +15 °С, повітря, що відводиться з приміщення (15–25 °С), підґрунтові (4–10 °С) та ґрунтові (понад 10 °C) води. , озерна та річкова вода (0–10 °С), поверхневий (0–10 °С) та глибинний (понад 20 м) ґрунт (10 °С).

Можливі два варіанти отримання низькопотенційного тепла з ґрунту: укладання металопластикових труб у траншеї глибиною 1,2–1,5 м або вертикальні свердловини глибиною 20–100 м. Іноді труби укладають у вигляді спіралей у траншеї глибиною 2–4 м. Це значно зменшує загальну довжину траншів. Максимальна тепловіддача поверхневого ґрунту становить 50–70 кВт·год/м2 на рік. Термін служби траншей та свердловин становить понад 100 років.

Приклад розрахунку теплового насосу

Вихідні умови: Необхідно вибрати тепловий насос для опалення та гарячого водопостачання котеджного. двоповерхового будинку, площею 200м2; температура води у системі опалення має бути 35 °С; мінімальна температура теплоносія – 0 °С. Тепловтрати будівлі-50Вт/м2. Грунт глиняний, сухий.

Необхідна теплова потужність на опалення: 200 * 50 = 10 кВт;

Необхідна теплова потужність на опалення та гаряче водопостачання: 200*50*1.25=12.5 кВт

Для обігріву будівлі вибрано тепловий насос WW H R P C 12 потужністю 14,79 кВт (найближчий типорозмір), що витрачає на нагрівання фреону 3,44 кВт. Теплознімання з поверхневого шару ґрунту (суха глина) q дорівнює 20 Вт/м. Розраховуємо:

1) необхідну теплову потужність колектора Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 кВт;

2) сумарну довжину труб L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567.5 м. Для організації такого колектора потрібно 6 контурів завдовжки 100 м;

3) при кроці укладання 0,75 м необхідна площа ділянки А = 600 х 0,75 = 450 м2;

4) загальна витрата гліколевого розчину (25%)

Vs = 11,35 · 3600 / (1,05 · 3,7 · dt) = 3,506 м3 / год,

dt - різниця температур між лініями, що подає і зворотною лініями, часто приймають рівною 3 К. Витрата на один контур дорівнює 0,584 м3/ч. Для влаштування колектора вибираємо металопластикову трубу типорозміру 32 (наприклад, РЕ32х2). Втрати тиску у ній становитимуть 45 Па/м; опір одного контуру – приблизно 7 кПа; швидкість потоку теплоносія – 0,3 м/с.

Розрахунок горизонтального колектора теплового насоса

Знімання тепла з кожного метра труби залежить від багатьох параметрів: глибини укладання, наявності ґрунтових вод, якості ґрунту тощо. Орієнтовно вважатимуться, що з горизонтальних колекторів він становить 20 Вт/м. Точніше: сухий пісок – 10, суха глина – 20, волога глина – 25, глина з великим вмістом води – 35 Вт/м. Різницю температури теплоносія у прямій та зворотній лінії петлі при розрахунках приймають зазвичай рівною 3 °С. На ділянці над колектором не слід будувати будівель, щоб тепло землі поповнювалося за рахунок сонячної радіації. Мінімальна відстань між прокладеними трубами повинна бути 0,7-0,8 м. Довжина однієї траншеї становить зазвичай від 30 до 120 м. Як теплоносій первинного контуру рекомендується використовувати 25-відсотковий розчин гліколю. У розрахунках слід врахувати, що його теплоємність за температури 0 °С становить 3,7 кДж/(кг·К), щільність – 1,05 г/см3. При використанні антифризу втрати тиску в трубах у 1,5 рази більші, ніж при циркуляції води. Для розрахунку параметрів первинного контуру теплонасосної установки потрібно визначити витрату антифризу:
Vs=Qo·3600/(1,05·3,7·.t),
де.t – різниця температур між лініями, що подає і зворотною лініями, яку часто приймають рівною 3 К,
а Qo - теплова потужність, що отримується від низькопотенційного джерела (грунт).
Остання величина розраховується як різниця повної потужностітеплового насоса Qwp та електричної потужності, що витрачається на нагрівання фреону P:
Qo = Qwp-P, кВт.
Сумарна довжина труб колектора L та загальна площа ділянки під нього A розраховуються за формулами:
L=Qo/q, A=L·da.
Тут q – питома (з 1 м труби) теплознімання; da – відстань між трубами (крок укладання).

Розрахунок зонда

При використанні вертикальних свердловин завглибшки від 20 до 100 м в них занурюються U-подібні металопластикові або пластикові (при діаметрах вище 32 мм) труби. Як правило, в одну свердловину вставляється дві петлі, після чого вона заливається цементним розчином. У середньому питомий теплознімання такого зонда можна прийняти рівним 50 Вт/м. Можна також орієнтуватися на такі дані теплозйомки:

* сухі осадові породи – 20 Вт/м;

* кам'янистий грунт та насичені водою осадові породи – 50 Вт/м;

* кам'яні породи з високою теплопровідністю – 70 Вт/м;

* підземні води- 80 Вт/м.

Температура ґрунту на глибині понад 15 м постійна і становить приблизно +10 °С. Відстань між свердловинами має бути більше 5 м. За наявності підземних течій свердловини повинні розташовуватися на лінії, перпендикулярній потоку. Підбір діаметрів труб проводиться виходячи із втрат тиску для необхідної витрати теплоносія. Розрахунок витрати рідини може проводитись для t = 5 °С. приклад розрахунку. Вихідні дані – самі, що у наведеному вище розрахунку горизонтального колектора. При питомому теплозніманні зонда 50 Вт/м і необхідної потужності 11,35 кВт довжина зонда L повинна становити 225 м. Для пристрою колектора необхідно пробурити три свердловини глибиною по 75 м. У кожній з них розміщуємо по дві петлі з металопластикової трубитипорозміру 25 (РЕ25х2.0); всього – 6 контурів по 150 м-коду.

Загальна витрата теплоносія при t = 5 ° С складе 2,1 м3/год; витрата через один контур – 0,35 м3/год. Контури матимуть такі гідравлічні характеристики: втрати тиску в трубі – 96 Па/м (теплоносій – 25-відсотковий розчин гліколю); опір контуру – 14,4 кПа; швидкість потоку – 0,3 м/с.

Геотермальний тепловий насос – найекономічніший спосіб обігріву та кондиціонування будівлі. Вартість теплового насоса висока, але зі збільшенням попиту продовжує знижуватися. Така система ідеальна для облаштування теплої підлоги або нагрівання радіаторів, розрахованих на знижену температуру теплоносія. При її проектуванні головне – вибрати оптимальну потужність. Минулої статті ми розглядали самостійне складаннятеплового насоса, проте для більшості важливішою буде інформація про те, як вибрати тепловий насос, скільки він коштує та що потрібно враховувати?

Розрахунок потужності теплового насосу

Вибираючи обладнання, потрібно враховувати тепловтрати будинку. Але це не завжди можливе або дуже дорого, а придбання теплового насоса з великим запасом потужності сильно б'є по кишені. Тому необхідно мати резервне джерело тепла на випадок сильних морозів(Наприклад, дров'яний котел). Це дозволить вибирати тепловий насос із потужністю на третину менше необхідної для компенсації втрат тепла за найхолоднішої погоди. Це обладнання може працювати в будь-якому з трьох режимів:моноелектричний, моновалентному та бівалентному . Вибір режиму залежить від рівня споживання.

Як розрахувати споживання тепла в залежності від площі

Необхідно вжити заходів щодо утеплення будівлі та зниження тепловтрат до 40-80 Вт/м². Тоді для подальшого розрахунку приймемо такі дані.

1. Будинок без теплоізоляції для обігріву потребує 120 Вт/м².
2. Те ж саме для будови з нормальною теплоізоляцією – 80 Вт/м².
3. Новобудова з гарною теплоізоляцією – близько 50 Вт/м².
4. Будинок з енергозберігаючими технологіями – 40 Вт/м².
5. Із пасивним споживанням енергії – 10 Вт/м².

Наведемо зразковий розрахунок теплового насоса, за допомогою якого можна визначити, як вибрати тепловий насос. Припустимо, загальна площа всіх приміщень, що опалюються, будинку - 180 м². Теплоізоляція – хороша і споживання тепла становить близько 9 кВт. Тоді втрати тепла становитимуть: 180×50 = 9000 Вт. Тимчасове відключення електроенергії враховується як 3 × 2 = 6 годин, але 2 години не враховуватимемо, оскільки будівля інертна. Отримуємо остаточну цифру: 9000 Вт × 24 години = 216 кВт год. Потім 216 кВт год/(18 год + 2 год) = 10, 8 кВт.
Таким чином, для обігріву даного будинку потрібний монтаж теплового насоса 10,8 кВт потужності. Щоб спростити розрахунок, до значення втрат тепла слід додати 20% (тобто 9000 Вт збільшити на 20%). Але тут не враховуються витрати на нагрів води для задоволення побутових потреб.

Облік витрат енергії на підігрів води

Для визначення повної потужності насоса додамо споживання енергії на підігрів води (до t ​​= 45 С) з розрахунку 50л на добу на людину. Таким чином, для чотирьох осіб це дорівнюватиме 0,35 × 4 = 1,4 кВт. Звідси повна потужність: 10,8 квт + 1,4 квт = 12,4 квт.

Залежність потужності від режиму роботи

Розрахунок теплового наносуповинен виконуватись з урахуванням режиму роботи.

1. Моновалентний режим передбачає використання цього устаткування без допоміжного (як єдиного). Для визначення сумарного теплового навантаження слід врахувати витрати на компенсацію аварійного відключення електроенергії (максимум – на 2:00 по 3 рази на добу).
2. Моноенергетичнийрежим: при ньому використовується другий теплогенератор, для роботи якого використовується той самий вид енергії (електрика). Його підключають до системи за необхідності підвищити температуру теплоносія. Це може виконуватися автоматично (монтаж теплового насоса передбачає також встановлення контролюючих температуру датчиків та керуючого обладнання) або вручну. Але навіть в умовах суворих зим холодних днів не так багато і додатковий теплогенератор доводиться активувати не часто. Але така організація опалення дозволяє заощаджувати на обладнанні: на 30% менш потужний теплонасос дешевше, але його буде достатньо для забезпечення теплом протягом 90% опалювального періоду.
3. При бівалентному режимі теплового насоса допомагає газовий котел або працюючий на рідкому паливі. Керує процесом процесор, який отримує інформацію від температурних датчиків. Таке обладнання може встановлюватися як додаткова (під час реконструкції будівлі) до вже наявної.

Огляд ринку теплових насосів

Сьогодні на ринку представлено різноманітне обладнання такого типу. Варто зазначити геотермальні теплові насоси австрійської компанії OCHSNER : вони вдосконалюються виробником вже 35 років Добре зарекомендувала себе торгова марка Waterkotte : котли із зовнішнім покриттям цієї марки мають найбільшу продуктивність. Серед російського обладнання можна виділити, що виробляється під торговою маркою « HENK».
Щоб було легше представити майбутні витрати, зазначимо вартість основного обладнання та робіт з його монтажу.

1. Тепловий насос із земляним зондом:

• бурові роботи – 6 тисяч євро;
• ціна теплового насоса – 6 тисяч євро;
• витрати електроенергії (протягом року) – 400 євро.

2. З горизонтальним колектором:

• вартість безпосередньо насоса – близько 6 тисяч євро;
• бурові роботи вимагатимуть 3 тисячі євро;
• Витрати на оплату електроенергії – 450 євро за опалювальний період.

3. Тепловий насос повітряного типу:

• ціна насоса – 8 тисяч євро;
• монтажні роботи – 500 євро;
• електроенергія – 600 євро.

4. Насос типу «вода-вода»:

• насос можна придбати за 6 тисяч євро;
• буріння свердловин – 4 тисячі євро;
• Витрати електроенергію (протягом року) – 360 євро.

Це приблизні дані устаткування потужністю близько 6 – 8 кВт. Зрештою, все залежить від багатьох факторів (від розцінок на монтаж, від глибини буріння, від насоса необхідної потужності тощо) і витрати можуть збільшитися в кілька разів. Але вибираючи опалення за допомогою теплового насоса, замовник отримує можливість отримати незалежність від цін на традиційні теплоносії і відмовитися від послуг теплоенергетичних підприємств.

Огляд використання системи на базі теплового насоса можна переглянути на цьому відео

Як розрахувати витрати на опалення заміського будинку?

Розрахунки здійснюються на основі таких параметрів:

Перший параметр – витрати на експлуатацію. Для визначення цих витрат варто враховувати вартість палива, яке використовуватиметься з метою отримання тепла. Цей пункт також включає витрати на обслуговування. Найбільш вигідним за цим параметром буде опалення, енергоносієм якого буде підведений магістральний газ. Наступним за ефективністю стоїть ТЕПЛОВИЙ НАСОС.

Другим параметром можна виділити витрати на закупівлю обладнання та його встановлення. Найбільш вигідним та економічним на етапі закупівлі та установки буде придбання електричного казана. Максимальні витрати очікують, якщо ви наважитеся на придбання котлів, де енергоносіями є зріджений газу газгольдерах або дизельне паливо. Тут теж оптимальним є ТЕПЛОВИЙ НАСОС.

Третім параметром варто вважати зручність під час використання опалювального обладнання. Твердопаливні котлив даному випадку можна відзначити як найвибагливіші до уваги. Вони вимагають вашої присутності та довантаження палива, в той час як електричні та працюючі від підведеного магістрального газу працюють самостійно. Тому газові та електричні котлинайкомфортніші у використанні при опаленні заміських будинків. І тут ТЕПЛОВИЙ НАСОС має перевагу. Клімат контроль - ось найкомфортніші характеристики теплових насосів.

На сьогоднішній день у московській області склалася наступна цінова ситуація... Підключення газу до приватних будинків коштує близько 600 тис. рублів. Також потрібно проектні роботиі відповідні погодження, які часом розтягуються на роки і теж коштують гроші. Додайте сюди вартість обладнання і порівняно невеликий термін його зносу (через що газовики пропонують більш потужні газові котли, щоб знос-вигоряння котла відбувалося довше). Опалення ж на теплових насосах вже можна порівняти з вищезгаданою ціною, але не вимагає ніяких погоджень. Тепловий насос це звичайний електричний побутовий прилад, який витрачає в 4 рази менше електрики, ніж звичайний електричний котел і до того ж є також пристроєм клімат контролю, тобто кондиціонером. Моторесурс сучасних теплових насосів, а тим паче якісних (преміум клас), дозволяє їм працювати понад 20 років.

Наведемо приклади розрахунку теплових насосів для різних типівта розмірів будинків.

Для початку необхідно визначитися з втратами Вашої будівлі залежно від регіону розташування. Читайте далі у "Повна новина"

Перш за все необхідно визначитися з потужністю теплового насоса або котла, так як це одна з вирішальних технічних характеристик. Вона вибирається виходячи з величини тепловтрат будівлі. Розрахунок теплового балансубудинки, що враховує особливості його конструкції, повинен проводитися фахівцем, однак для приблизної оцінки цього параметра, якщо домобудівництво спроектоване з урахуванням будівельних нормативів, можна скористатися наступною формулою:
Q = k V ΔT
1 кВт/год = 860 ккал/год
Де
Q - тепловтрати, (ккал/год)
V - об'єм приміщення (довжина × ширина × висота), м3;
ΔT - максимальний перепад між температурою повітря з зовні і всередині приміщення зимовий час, °З;
k – узагальнений коефіцієнт теплопередачі будівлі;
k = 3 ... 4 - будівля з дощок;
k = 2…3 - стінки з цеглини в один шар;
k min-max = 1 ... 2 - стандартна кладка (цегла в два шари);

k = 0,6 ... 1 - добре утеплена будівля;

Приклад розрахунку потужності газового котладля Вашого будинку:

Для будівлі об'ємом V = 10м 10м 3м = 300 м3;

Тепловтрати цегляної будівлі(k max = 2) складуть:
Q = 2 × 300 × 50 = 30000 ккал / год = 30000 / 860 = 35 кВт
Це і буде необхідна мінімальна потужність котла, розрахована по максимуму.

Зазвичай вибирається 1,5 кратний запас потужності, проте, слід враховувати такі чинники, як вентиляція приміщення, що постійно працює, відкриті кватирки і двері, велика площаскління і т.д. Якщо планується використовувати двоконтурний котел (обігрів приміщення та подача гарячої води), то його потужність має бути ще збільшена на 10 - 40%. Додаток залежить від величини витрати гарячої води.

Приклад розрахунку потужності теплового насоса для Вашої оселі:

При ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-30) = 50 ° С;
Тепловтрати цегляної будівлі (k min = 1) становитимуть:
Q = 1 × 300 × 50 = 15000 ккал / год = 30000 / 860 = 17 кВт
Це і буде необхідна мінімальна потужність котла, розрахована по мінімуму, тому що в тепловому насосі немає вигоряння і ресурс залежить від його моторесурсу і циклування протягом дня.

Так ось: Вам треба, щоб тепловий насос тактував 3-5 разів на годину.
тобто. 17 кВт / год -3 такту

Потрібна буферна ємність - 3 такти - 30 л/кВт; 5 тактів – 20 л/кВт.

17 кВт * 30л = 500л акумулююча ємність! Розрахунки зразкові, ось тут великий акумулятор це добре, але на практиці ставлять 200 літрів.

Тепер розрахуємо вартість теплового насоса та його монтажу для Вашої оселі:

Об'ємом будівлі той же V = 10м × 10м × 3м = 300 м3;
Орієнтовна потужність нами розрахована -17кВт. У різних виробниківрізна лінійка потужностей, тому підберіть тепловий насос за якістю та вартістю разом з нашими консультантами. Наприклад, у Waterkotte це тепловий насос 18кВт, а можна поставити і 15кВт, тому що при недостатності потужності є піковий доводчик на 6кВт у кожному тепловому насосі. Піковий догрівання відбувається порівняно не довго і тому переплачувати за тепловий насос немає необхідності. Отже можете вибрати і 15 кВт, тому що короткостроково 15+6=21кВт - це вище за Ваші потреби в теплі.

Зупинимося на 18 кВт. Вартість теплового насоса уточнюйте у консультантів, оскільки сьогодні умови доставки "м'яко кажучи" не передбачувані. Тому на сайті представлений заводський.

Якщо Ви знаходитесь в південних регіонах, то втрати Вашого будинку, виходячи з перерахованих вище розрахунків, будуть меншими, оскільки ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-10) = 30 ° С. а то й ΔT = (Твн - Тнар) = 20 - (-0) = 20 ° С. Тепловий насос можете вибрати меншу потужність і до того ж за принципом роботи "повітря-вода". Наші повітряні теплові насоси працюють ефективно до -25 градусів і відповідно не потрібні бурові роботи.

У середній смузі Росії та в Сибіру набагато ефективніше геотермальні теплові насоси, що працюють за принципом "вода-вода".

Бурові роботи для геотермального поля коштуватимуть по-різному, залежно від регіону. У московській області розрахунок вартості наступний:

Беремо потужність нашого теплового насоса -18 кВт. Електричне споживання такого геотермального теплового насоса приблизно 18/4=4,5 кВт/год. з розетки. У Waterkotte ще менше (ця характеристика називається СОР. У теплових насосів Waterkotte COP дорівнює 5 і більше). За законом збереження потужності електрична потужність передається в систему, перетворюючись на теплову. Недостатню потужність ми отримуємо з геотермального джерела, тобто з зондів, які необхідно пробурити. 18-4,5 = 13,5кВт із Землі наприклад (оскільки джерелом у разі може бути і горизонтальний колектор, і ставок тощо.).

Тепловіддача ґрунтів у різних місцях, навіть у московській області – різна. У середньому від 30 до 60Вт на 1 м.п., залежно від вологості ґрунту.

13,5 кВт або 13500Вт ділимо на тепловіддачу. в середньому це 50Вт тому 13 500/50 = 270 метрів. Бурові роботи коштують загалом 1200руб/м.п. Отримуємо 270 * 1200 = 324000руб. під ключ із введенням у теплопункт.

Вартість теплового насоса економ класу = 6-7тис доларів. тобто. 180-200тис рублів

Вартість ВСЬОГО 324тис +180тис = 504тис рублів

Додати вартість монтажу і вартість теплоакумулятора і отримайте трохи більше 600 тис рублів, що можна порівняти з вартістю підведення магістрального газу. Що й потрібно було довести.

На думку фахівців, які працюють у цій сфері, ефективним та економічним заходом вважається використання геотермальних джерел теплової енергії – спеціальних насосів. Їх принциповий пристрій дозволяє витягувати тепло з довкілля, трансформувати його та переміщати до місця застосування (детальніше: “Геотермальні теплові насоси для опалення: принцип влаштування системи”).

Коефіцієнт продуктивності теплових насосів завдяки їх характеристикам досягає 3-5 одиниць. Це означає, що при витраті у процесі роботи 100 Вт електричної енергіїприладом споживачі отримують приблизно 0,5 кВт потужності обігріву.

Порядок розрахунку теплових насосів

1. Насамперед визначають втрати тепла, що відбуваються через огороджувальні конструкції будівлі (до них відносяться вікна, двері, стіни, перекриття). Для цього користуються такою формулою:

tвн – температура повітря усередині будівлі (°С);

tнар – температура повітря зовні (С);

β – коефіцієнт додаткових тепловтрат, що залежить від типу споруди та її географічного розташування. Даний показник, коли провадиться розрахунок теплового насоса, знаходиться в інтервалі від 0,05 до 0,27;

δі / λі – є розрахунковим показником теплопровідності матеріалів, що застосовуються під час будівництва;

α нар – величина теплового розсіювання зовнішніх поверхонь конструкцій огорожі (Вт/м²х°С);

Qбп – виділення тепла внаслідок роботи побутових приладівта людської діяльності.

tнар.ср - середньоарифметичне значення температур, що фіксуються у зовнішнього повітря протягом усього опалювального періоду;

d – кількість днів у опалювальному сезоні.

V х17 – щоденний об'єм нагрівання води до 50 °С.

Після того, як завершено розрахунок теплового насоса, з урахуванням отриманих даних приступають до вибору приладу для забезпечення теплопостачання та гарячого водопостачання. При цьому розрахункову потужність визначають, виходячи з виразу:

Як правильно зробити розрахунок теплового насоса, докладне фотота відео

Як правильно зробити розрахунок теплового насоса, докладне фото та відео

Методи та програми розрахунку потужності теплового насоса для опалення будинку

Використання альтернативних джерелотримання енергії сьогодні є першочерговим завданням. Перетворення енергії вітру, води та сонця здатне суттєво знизити рівень забруднення навколишнього середовища та заощадити фінансові засоби, необхідні для реалізації технологічних способіводержання енергії. У цьому плані дуже перспективним виглядає використання так званих теплонасосів. Тепловий насос – це пристрій, який здатний переносити енергію тепла з навколишнього середовища всередину приміщення. Метод розрахунку теплового насосу, необхідні формулита коефіцієнти представлені нижче.

Джерела теплової енергії

Джерелами енергії для теплових насосів можуть бути сонячне світло, тепло повітря, води та ґрунту. В основі процесу лежить фізичний процесзавдяки якому деякі речовини (хладогенти) здатні закипати при низьких температурах. За таких умов коефіцієнт продуктивності теплових насосів може сягати 3 і навіть 5 одиниць. Це означає, що витративши 100 Вт електроенергії на роботу насоса, можна отримати 0,3-0,5 кВт.

Таким чином, геотермальний насос здатний повністю опалити будинок, проте за умови, що температура вуличного середовища не буде нижчою за температуру розрахункового рівня. Як розрахувати тепловий насос?

Техніка розрахунку потужності теплового насосу

З цією метою можна використовувати спеціальний онлайн калькуляторрозрахунку теплового насоса чи здійснити розрахунки вручну. Перед тим, як визначити необхідну для опалення будинку потужність насоса вручну, необхідно визначити тепловий баланс будинку. Незалежно від того, для будинку якої площі проводиться розрахунок (розрахунок теплового насоса на 300м2 або на 100м2), використовується та сама формула:

• R – це теплові втрати/ Потужність будинку (ккал / год);
• V - об'єм будинку (довжина * ширина * висота), м3;
• Т - найвищий перепад між температурами зовні будинку і всередині холодної пори року, С;
• k – це усереднений коефіцієнт теплопровідності будівлі: k=3(4) – будинок із дощок; k = 2 (3) - будинок з одношарової цегли; k = 1 (2) - цегляний будиноку два шари; k = 0,6 (1) - ретельно утеплена будівля.

Типовий розрахунок теплового насоса передбачає, що для того, щоб перевести отримані значення з ккал/годину на кВт/годину, необхідно розділити її на 860.

Приклад розрахунку потужності насосу

Розрахунок теплового насоса для опалення будинку конкретному прикладі. Припустимо, що потрібно обігріти будинок площею 100 м.кв.

Щоб отримати його обсяг (V), необхідно помножити його висоту на довжину та ширину:

Щоб дізнатись T, необхідно отримати різницю температур. Для цього з мінімальних внутрішніх температур віднімаємо мінімальні зовнішні:

Тепловтрати будівлі приймемо рівними k=1, тоді теплові втрати будинку будуть розраховані таким чином:

Програма розрахунку теплового насоса передбачає, що витрата будинком теплової енергії має бути переведена у кВт. Перекладаємо ккал/годину у кВт:

Таким чином, для опалення будинку з двошарової цегли площею 100 м.кв. необхідний тепловий насос на 14,5 кВт. Якщо необхідно розрахувати тепловий насос на 300м2, то у формулах виробляється відповідна підстановка. У цьому розрахунку враховано потреби у теплій воді, необхідної для опалення. Для визначення відповідного теплового насоса буде потрібна таблиця розрахунку теплового насоса, що демонструє технічні характеристикита продуктивність тієї чи іншої моделі.

Перш ніж визначити необхідну для опалення будинку потужність насоса вручну, необхідно визначити тепловий баланс будинку

Як відомо, теплові насоси використовують безкоштовні та відновлювані джерела енергії: низькопотенційне тепло повітря, ґрунту, підземних, стічних та скидних вод технологічних процесів, відкритих водойм, що незамерзають. На це витрачається електроенергія, але відношення кількості одержуваної теплової енергії до кількості електричної, що витрачається, становить близько 3–6.

Говорячи точніше, джерелами низькопотенційного тепла можуть бути зовнішнє повітря температурою від –10 до +15 °С, повітря, що відводиться з приміщення (15–25 °С), підґрунтові (4–10 °С) та ґрунтові (понад 10 °C) води. , озерна та річкова вода (0–10 °С), поверхневий (0–10 °С) та глибинний (понад 20 м) ґрунт (10 °С).

Можливі два варіанти отримання низькопотенційного тепла з ґрунту: укладання металопластикових труб у траншеї глибиною 1,2–1,5 м або вертикальні свердловини глибиною 20–100 м. Іноді труби укладають у вигляді спіралей у траншеї глибиною 2–4 м. Це значно зменшує загальну довжину траншів. Максимальна тепловіддача поверхневого ґрунту становить 50–70 кВт·год/м2 на рік. Термін служби траншей та свердловин становить понад 100 років.

Вихідні умови: Необхідно вибрати тепловий насос для опалення та гарячого водопостачання котеджного двоповерхового будинку, площею 200м2; температура води у системі опалення має бути 35 °С; мінімальна температура теплоносія – 0 °С. Тепловтрати будівлі-50Вт/м2. Грунт глиняний, сухий.

Необхідна теплова потужність на опалення: 200 * 50 = 10 кВт;

Необхідна теплова потужність на опалення та гаряче водопостачання: 200*50*1.25=12.5 кВт

Для обігріву будівлі вибрано тепловий насос WW H R P C 12 потужністю 14,79 кВт (найближчий типорозмір), що витрачає на нагрівання фреону 3,44 кВт. Теплознімання з поверхневого шару ґрунту (суха глина) q дорівнює 20 Вт/м. Розраховуємо:

1) необхідну теплову потужність колектора Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 кВт;

2) сумарну довжину труб L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567.5 м. Для організації такого колектора потрібно 6 контурів завдовжки 100 м;

3) при кроці укладання 0,75 м необхідна площа ділянки А = 600 х 0,75 = 450 м2;

4) загальна витрата гліколевого розчину (25%)

Vs = 11,35 · 3600 / (1,05 · 3,7 · dt) = 3,506 м3 / год,

dt - різниця температур між лініями, що подає і зворотною лініями, часто приймають рівною 3 К. Витрата на один контур дорівнює 0,584 м3/ч. Для влаштування колектора вибираємо металопластикову трубу типорозміру 32 (наприклад, РЕ32х2). Втрати тиску у ній становитимуть 45 Па/м; опір одного контуру – приблизно 7 кПа; швидкість потоку теплоносія – 0,3 м/с.

Знімання тепла з кожного метра труби залежить від багатьох параметрів: глибини укладання, наявності ґрунтових вод, якості ґрунту тощо. Орієнтовно вважатимуться, що з горизонтальних колекторів він становить 20 Вт/м. Точніше: сухий пісок – 10, суха глина – 20, волога глина – 25, глина з великим вмістом води – 35 Вт/м. Різницю температури теплоносія у прямій та зворотній лінії петлі при розрахунках приймають зазвичай рівною 3 °С. На ділянці над колектором не слід будувати будівель, щоб тепло землі поповнювалося за рахунок сонячної радіації. Мінімальна відстань між прокладеними трубами повинна бути 0,7-0,8 м. Довжина однієї траншеї становить зазвичай від 30 до 120 м. Як теплоносій первинного контуру рекомендується використовувати 25-відсотковий розчин гліколю. У розрахунках слід врахувати, що його теплоємність за температури 0 °С становить 3,7 кДж/(кг·К), щільність – 1,05 г/см3. При використанні антифризу втрати тиску в трубах у 1,5 рази більші, ніж при циркуляції води. Для розрахунку параметрів первинного контуру теплонасосної установки потрібно визначити витрату антифризу:

де.t – різниця температур між лініями, що подає і зворотною лініями, яку часто приймають рівною 3 К,

а Qo - теплова потужність, що отримується від низькопотенційного джерела (грунт).

Остання величина розраховується як різниця повної потужності теплового насоса Qwp та електричної потужності, що витрачається на нагрівання фреону P:

Сумарна довжина труб колектора L та загальна площа ділянки під нього A розраховуються за формулами:

Тут q – питома (з 1 м труби) теплознімання; da – відстань між трубами (крок укладання).

При використанні вертикальних свердловин завглибшки від 20 до 100 м в них занурюються U-подібні металопластикові або пластикові (при діаметрах вище 32 мм) труби. Як правило, в одну свердловину вставляється дві петлі, після чого вона заливається цементним розчином. У середньому питомий теплознімання такого зонда можна прийняти рівним 50 Вт/м. Можна також орієнтуватися на такі дані теплозйомки:

* сухі осадові породи – 20 Вт/м;

* кам'янистий грунт та насичені водою осадові породи – 50 Вт/м;

* кам'яні породи з високою теплопровідністю – 70 Вт/м;

* Підземні води – 80 Вт/м.

Температура ґрунту на глибині понад 15 м постійна і становить приблизно +10 °С. Відстань між свердловинами має бути більше 5 м. За наявності підземних течій свердловини повинні розташовуватися на лінії, перпендикулярній потоку. Підбір діаметрів труб проводиться виходячи із втрат тиску для необхідної витрати теплоносія. Розрахунок витрати рідини може проводитись для t = 5 °С. приклад розрахунку. Вихідні дані – самі, що у наведеному вище розрахунку горизонтального колектора. При питомому теплозніманні зонда 50 Вт/м і необхідної потужності 11,35 кВт довжина зонда L повинна становити 225 м. Для пристрою колектора необхідно пробурити три свердловини глибиною по 75 м. У кожній з них розміщуємо по дві петлі з металопластикової труби типорозміру 25 (РЕ2) .0); всього – 6 контурів по 150 м-коду.

Загальна витрата теплоносія при t = 5 ° С складе 2,1 м3/год; витрата через один контур – 0,35 м3/год. Контури матимуть такі гідравлічні характеристики: втрати тиску в трубі – 96 Па/м (теплоносій – 25-відсотковий розчин гліколю); опір контуру – 14,4 кПа; швидкість потоку – 0,3 м/с.

Бібліотека статей на професійну тему

Теплові насоси Розрахунок, вибір обладнання, монтаж.

4.1. Принцип дії теплового насосу

Використання альтернативних екологічно чистих джерел енергії може запобігти енергетичній кризі, що назріває, в Україні. Поряд з пошуками та освоєнням традиційних джерел (газ, нафта), перспективним напрямомє використання енергії, що накопичується у водоймах, ґрунті, геотермальних джерелах, технологічних викидах (повітря, вода, стоки та ін.). Однак температура цих джерел досить низька (0–25 °С) і для ефективного їх використання необхідно перенести цю енергію на більш високий температурний рівень (50–90 °С). Реалізується таке перетворення тепловими насосами (TH), які є парокомпресійними. холодильними машинами(Рис. 4.1).

Низькотемпературне джерело (ІНТ) нагріває випарник (3), у якому холодоагент кипить при температурі –10 °С…+5 °С. Далі тепло, передане холодоагенту, переноситься класичним парокомпресійним циклом до конденсатора (4), звідки надходить до споживача (ПВТ) більш високому рівні.

Теплові насоси використовують у різних галузях промисловості, житловому та громадському секторі. Нині у світі експлуатується понад 10 млн. теплових насосів різної потужності: від десятків кіловат до мегаватів. Щорічно парк ТН поповнюється приблизно на 1 млн штук. Так, у Стокгольмі теплова насосна станціяпотужністю 320 МВт, використовуючи взимку морську воду з температурою +4 ° С, забезпечує теплом все місто. У 2004 р. потужність теплових насосів, встановлених у Європі, становила 4 531 МВт, а в усьому світі тепловими насосами було отримано теплову енергію еквівалентну 1,81 млрд. м 3 природного газу. Енергетично ефективні теплові насоси, що використовують геотермальні та підземні води. У США федеральним законодавством затверджено вимоги щодо обов'язкового використання геотермальних теплових насосів (ГТН) при будівництві нових громадських будівель. У Швеції 50% опалення забезпечується геотермальними тепловими насосами. До 2020 р., за прогнозами Світового енергетичного комітету, частка геотермальних теплових насосів складе 75 %. Термін служби ГТН становить 25–50 років. Перспективність застосування теплових насосів в Україні показана у .

Теплові насоси підрозділяють за принципом дії (компресорні, абсорбційні) та за типом ланцюга передачі тепла «джерело-споживач». Розрізняють такі типи теплових насосів: повітря-повітря, повітря-вода, вода-повітря, вода-вода, ґрунт-повітря, ґрунт-вода, де першим вказується джерело тепла. Якщо для опалення використовується лише тепловий насос, система називається моновалентною. Якщо додатково до теплового насоса підключається інше джерело тепла, що працює окремо або паралельно з тепловим насосом, система називається бівалентною.

Мал. 4.1. Схема гідравлічного теплового насоса:

1 – компресор; 2 – джерело теплоти низького рівня (ІНТ); 3 – випарник теплового насоса;

4 – конденсатор теплового насоса; 5 – споживач теплоти високого рівня(ПВТ);

6 – низькотемпературний теплообмінник; 7 – регулятор потоку холодоагенту;

8 – високотемпературний теплообмінник

Тепловий насос з гідравлічною обв'язкою (водяними насосами, теплообмінниками, запірною арматуроюта ін) називають тепловою насосною установкою. Якщо середовище, що охолоджується у випарнику, таке саме, як і середовище, що нагрівається в конденсаторі (вода-вода, повітря-повітря), то шляхом зміни потоків цих середовищ можна змінити режим ТН на зворотний (охолодження на нагрівання і навпаки). Якщо середовища – гази, таку зміну режиму називають оборотним пневматичним циклом, якщо рідини – оборотним гідравлічним циклом (рис. 4.2).

Мал. 4.2. Схема теплового насоса із оборотним гідравлічним циклом

У випадку, коли оборотність циклу здійснюється зміною напрямку холодоагенту за допомогою клапана оборотності циклу, використовують термін «тепловий насос, що працює у оборотному холодильному циклі».

4.2. Низькопотенційні джерела тепла

4.2.1. Низькопотенційне джерело – повітря

Мал. 4.3. Схема теплового насоса «повітря-вода»

У системах кондиціювання широко використовуються теплові насоси типу «повітря-вода». Зовнішнє повітря продувається через випарник, а тепло, що відводиться від конденсатора, нагріває воду, що використовується для обігріву приміщення в приміщенні (рис. 4.3).

Перевагою таких систем є доступність низькопотенційного джерела тепла (повітря). Однак температура повітря змінюється у великому діапазоні, досягаючи негативних значень. У цьому ефективність теплового насоса сильно знижується. Так, зміна температури зовнішнього повітря з 7 до мінус 10 °С призводить до зниження продуктивності теплового насоса в 1,5-2 рази.

Для подачі води від ТН до приміщень, що обігріваються в них встановлюються теплообмінники, іменованих в літературі «фенкойлами». Вода до фенкойлу подається гідравлічною системою – насосною станцією (рис. 4.4).

Мал. 4.4. Схема насосної станції:

Р – манометри; РБ - розширювальний бак; АБ - бак, що акумулює; РП – реле протоки; Н – насос;

БК – балансний клапан; Ф – фільтр; ОК - Зворотній клапан; В – вентиль; Т – термометр;

ПК – запобіжний клапан; ТП – теплообмінник «фреон-рідина»; ТХК – триходовий клапан; КПЖ - клапан підживлення рідини; КПВ - клапан підживлення повітря; КВВ – клапан випуску повітря

Для підвищення точності підтримки температури в приміщенні та зменшення інерційності в гідравлічній системі встановлюються баки, що акумулюють. Місткість акумулюючого бака може бути визначена за формулою:

де - Холодопродуктивність ТН, кВт;

- Об'єм охолоджуваних приміщень, м 3 ;

– кількість води у системі, л;

Z – кількість щаблів потужності ТН.

Якщо V АБ вийде негативним, то бак, що акумулює, не встановлюють.

Для компенсації температурного розширення води у гідравлічній системі встановлюють розширювальні баки. Розширювальні баки встановлюються на всмоктувальній стороні насоса. Об `єм розширювального бакавизначається за формулою:

де V сист - об'єм системи, л;

k - коефіцієнт об'ємного розширення рідини (вода 3,7 · 10-4, антифриз (4,0-5,5) · 10-4);

ΔT – перепад температури рідини (при роботі лише в режимі охолодження)

ΔT = t окр - 4 ° С; під час роботи у режимі теплового насоса ΔT=60 °С – 4 °С = 56 °С);

Р перед – налаштування запобіжного клапана.

Тиск у системі (Р сист) залежить від взаємного розташування насосної станції та кінцевого споживача (фанкойлу). Якщо насосна станція розташована нижче кінцевого споживача, тиск (Р сист) визначають як максимальний перепад висот (у барах) плюс 0,3 бара. Якщо насосна станція розташована вище за всіх споживачів, то Р сист = 1,5 бара.

Розширювальний бак попередньо накачується повітрям до тиску на 0,1-0,3 бар менше розрахункового, а після монтажу тиск доводиться до норми.

Конструкція розширювальних баків показана на рис. 4.5.

Теплові насоси

Джерело: IVIK.ua4.1. Принцип дії теплового насоса Використання альтернативних екологічно чистих джерел енергії може запобігти енергетичній кризі, що назріває, в Україні. Поряд із пошуками та освоєнням традиційних джерел (газ, нафта), перспективним напрямком є ​​використання енергії, що накопичується у водоймах, ґрунті, геотермальних джерелах, технологічних викидах (повітря, вода, стоки та ін.). Проте температура цих джерел досить низька (0–25 °С) та…

Опалення будинку. Схема опалення будинку з тепловим насосом

У цій статті описані варіанти опалення будинку та гарячого водопостачання за допомогою теплового насоса, сонячного колектората кавітаційного теплогенератора. Дано наближену методику розрахунку теплового насоса та теплогенератора. Наведено приблизну вартість витрат для обігріву будинку за допомогою теплового насоса.

Тепловий насос. Конструкція обігріву будинку

Щоб зрозуміти його принцип дії, можна подивитися на звичайний побутовий холодильникабо кондиціонер.

Сучасні теплові насоси використовують для своєї роботи низькопотенційні джерела тепла. грунтові води, повітря. І в холодильнику і в тепловому насосі діє той самий фізичний принцип (фізики називають такий процес циклом Карно). Тепловий насос – пристрій, який «викачує» тепло з холодильної камерита викидає його на радіатор. Кондиціонер «викачує» тепло з повітря кімнати і викидає її на радіатор, але на вулиці. При цьому до тепла, «висмоканого» з кімнати, додається ще тепло, на яке перетворилася електрична енергія, спожита електродвигуном кондиціонера.

Число, що виражає ставлення теплової насосом (кондиціонером або холодильником) теплової енергії до споживаної ним електричної енергії, фахівці з теплових насосів називають «опалювальним коефіцієнтом». У найкращих теплових насосах опалювальний коефіцієнт досягає 3-4. Тобто на кожну спожиту електродвигуном кіловат-година електроенергії виробляється 3-4 кіловат-години теплової енергії. (Одна кіловат-година відповідає 860 кілокалоріям.) Цей коефіцієнт перетворення (опалювальний коефіцієнт) безпосередньо залежить від температури джерела тепла, чим вище температура джерела, тим більше коефіцієнт перетворення.

Кондиціонер бере цю теплову енергіюз повітря вулиці, а великі теплові насоси «викачують» це додаткове теплозазвичай з водоймища/підземних вод чи ґрунту.

Хоча температура цих джерел набагато менше, ніж температура повітря в будинку, що обігрівається, але і це низькотемпературне тепло грунту або води, тепловий насос і перетворює на високотемпературне, необхідне для обігріву будинку. Тому теплові насоси називають ще трансформаторами тепла. (процес перетворення див. нижче)

Примітка:Теплові насоси не лише зігрівають будинки, а й остуджують воду в річці, з якої викачують тепло. А в наш час, коли річки надто перегріті промисловими та побутовими стоками, охолоджувати річку дуже корисно для життя в ній живих організмів та риби. Чим нижча температура води, то більше в ній може розчинитися кисню, необхідного для риби. У теплій водіриба задихається, а в холодній блаженствует.Тому теплові насоси дуже перспективні у справі порятунку навколишнього середовища від ”теплового забруднення”.

Але встановлення системи опалення за допомогою теплових насосів поки занадто дороге, тому що потрібні велика кількість земляних робітплюс витратних матеріалівнаприклад, труб для створення колектора/теплообмінника.

Також варто пам'ятати що в теплових насосах, як і в звичайних холодильниках, використовується компресор, що стискає робоче тіло - аміак або фреон. На фреоні теплові насоси працюють краще, але фреон вже заборонено застосовувати через те, що він, потрапляючи в атмосферу, випалює в її верхніх шарахозон, що захищає Землю від ультрафіолетових променівСонце.

І все-таки мені здається, що майбутнє за тепловими насосами. Але їх ніхто поки не виробляє масово. Чому? Не важко здогадатися.

Якщо з'являється альтернативне джерело дешевої енергії, то куди подіти газ, нафту і вугілля, що видобувається, кому його продавати. А на що списувати багатомільярдні збитки від вибухів на шахтах та копальнях.

Принципова схема обігріву будинку за допомогою теплового насосу

Принцип дії теплового насосу

Як джерело низькопотенційного тепла може виступати зовнішнє повітря, що має температуру від -15 до +15°С, повітря, що відводиться з приміщення з температурою 15-25°С, підґрунтові (4-10°С) і ґрунтові (понад 10°C) води. , озерна та річкова вода (0-10 ° С), поверхневий (0-10 ° С) і глибинний (понад 20 м) грунт (10 ° С). У Нідерландах, наприклад, у місті Херлен (Heerlen) для цього використовується затоплена шахта. Вода, що наповнює стару шахту, на рівні 700 метрів має постійну температуру 32°C.

У разі використання як джерела тепла атмосферного або вентиляційного повітря система опалення працює за схемою «повітря-вода». Насос може бути розташований всередині приміщення або зовні. Повітря подається до його теплообмінника за допомогою вентилятора.

Якщо джерелом тепла використовуються грунтові води, то система працює за схемою «вода-вода». Вода подається зі свердловини за допомогою насоса в теплообмінник насоса, а після відбору тепла, скидається або в іншу свердловину, або у водоймище. Як проміжний теплоносій можна використовувати антифриз або тосол. Якщо як джерело енергії виступає водоймище, на його дно укладається петля з металопластикової або пластикової труби. По трубопроводу циркулює розчин гліколю (антифриз) або тосолу, який через теплообмінник теплового насоса передає тепло фреону.

При використанні джерела тепла грунту, система працює за схемою «грунт-вода». Можливі два варіанти пристрою колектора – вертикальний та горизонтальний.

• При горизонтальному розташуванні колектора, металопластикові труби укладають у траншеї глибиною 1,2-1,5 м або у вигляді спіралей у траншеї глибиною 2-4 м. Такий спосіб укладання дозволяє значно зменшити довжину траншей.

Схема теплового насоса при горизонтальному колекторі зі спіральним укладанням труб

1 – тепловий насос; 2 – трубопровід, покладений у землі; 3 – бойлер непрямого нагріву; 4 – система опалення «тепла підлога»; 5 – контур подачі гарячої води.

Однак при укладанні спіраллю сильно збільшується гідродинамічний опір, що призводить до додаткових витрат на прокачування теплоносія, так само опір збільшується в міру збільшення довжини труб.

• При вертикальному розташуванніколектора труби укладають у вертикальні свердловини на глибину 20-100 м-коду.

Схема вертикального зонда

Фото зонда у бухті

Установка зонда в свердловину

Розрахунок горизонтального колектора теплового насоса

Розрахунок горизонтального колектора теплового насоса.

q - питомий теплознімання (з 1 м пог. труби).

• сухий пісок - 10 Вт/м,
• суха глина - 20 Вт/м,
• волога глина - 25 Вт/м,
• глина з великим вмістом води – 35 Вт/м.

Між прямою та зворотною петлею колектора з'являється різниця температур теплоносія.

Зазвичай до розрахунку її приймають рівною 3°С. Недоліком такої схеми є те, що на ділянці над колектором не бажано зводити будов, щоби тепло землі поповнювалося за рахунок сонячної радіації. Оптимальна дистанція між трубами вважається 07-08 м. При цьому довжина однієї траншеї вибирається від 30 до 120 м.

Приклад розрахунку теплового насосу

Я наведу зразковий розрахунок теплового насоса для нашого екодома, описаного у статті Екодом. Теплопостачання екодому.

Вважається, що для обігріву будинку з висотою стелі 3 м необхідно витрачати 1 кВт. Теплової енергії на 10 м 2 площі. При площі будинку 10х10м=100 м2 необхідно 10кВт теплової енергії.

При використанні теплої підлоги температура теплоносія в системі повинна бути 35°С, а мінімальна температура теплоносія - 0°С.

Таблиця 1. Дані теплового насосу Thermia Villa.

Для обігріву будівлі потрібно вибирати тепловий насос потужністю 15,6 кВт (найближчий типорозмір), що витрачає на роботу компресора 5 кВт. Вибираємо за типом ґрунту теплознімання з поверхневого шару ґрунту. Для (вологої глини) q дорівнює 25 Вт/м.

Розрахуємо потужність теплового колектора:

Qo – потужність теплового колектора, кВт;

Qwp – потужність теплового насоса, кВт;

P – електрична потужність компресора, кВт.

Необхідна теплова потужність колектора становитиме:

Тепер визначимо сумарну довжину труб:

L=Qo/q, де q - питома (з 1 м. пог. труби) теплознімання, кВт/м.

L = 10,6 / 0,025 = 424 м.

Для організації такого колектора потрібно 5 контурів довжиною по 100 м. Виходячи з цього, визначимо необхідну площу ділянки для укладання контуру.

A = Lхda, де da - відстань між трубами (крок укладання), м.

При кроці укладання 0,75 м необхідна площа ділянки становитиме:

Розрахунок вертикального колектора

При виборі вертикального колектора, свердловини бурять глибиною від 20 до 100 м. В них занурюються U-подібні металопластикові або пластикові труби. Для цього в одну свердловину вставляється дві петлі, які заливаються цементним розчином. Питоме теплознімання такого колектора становить 50 Вт/м.

Для більш точних розрахунків застосовують такі дані:

• сухі осадові породи – 20 Вт/м;
• кам'янистий ґрунт та насичені водою осадові породи - 50 Вт/м;
• кам'яні породи з високою теплопровідністю – 70 Вт/м;
• підземні води – 80 Вт/м.

На глибинах понад 15 м температура грунту становить приблизно +10°С. Необхідно враховувати, що відстань між свердловинами має бути більшою за 5 м. Якщо в ґрунті існують підземні течії, то свердловини необхідно бурити перпендикулярному потоку.

Таким чином, при питомому теплозніманні вертикального колектора 50 Вт/м та необхідної потужності 10,6 кВт довжина труби L повинна становити 212 м.

Для влаштування колектора необхідно пробурити три свердловини глибиною по 75 м. У кожній з них розміщуємо по дві петлі з металопластикової труби всього – 6 контурів по 150 м.

Робота теплового насоса під час роботи за схемою «Грунт-вода»

Трубопровід укладається у землю. При прокачуванні через нього теплоносія останній нагрівається до температури грунту. Далі за схемою вода надходить у теплообмінник теплового насоса та віддає все тепло у внутрішній контур теплового насоса.

У внутрішній контур теплонасосу закачано холодоагент під тиском. Як холодоагент використовується фреон або його замінники, оскільки фреон руйнує озоновий шар атмосфери і заборонений до використання в нових розробках. У холодоагенту низька температуракипіння і тому, коли у випарнику різко знижується тиск, він переходить з рідкого стану в газ при низькій температурі.

Після випарника газоподібний холодоагент надходить компресор і стискається компресором. При цьому він розігрівається і тиск його підвищується. Гарячий холодоагент надходить у конденсатор, де протікає теплообмін між ним та теплоносієм із зворотного трубопроводу. Віддаючи своє тепло, холодоагент охолоджується і переходить у рідкий стан. Теплоносій надходить у опалювальну системуі знову охолоджуючись, передає своє тепло до приміщення. Коли холодоагент проходить через редукційний клапан, його тиск падає, і він знову переходить у рідку фазу. Після цього цикл повторюється.

У холодну пору року теплонасос працює як обігрівач, а в спеку може використовуватися для охолодження приміщення (при цьому тепловий насос не підігріває, а охолоджує теплоносій – воду. А охолоджена вода, у свою чергу, може використовуватися для охолодження повітря в приміщенні).

У загальному випадку, теплонасос є машиною Карно, що працює у зворотному напрямку. Холодильник перекачує тепло з об'єму, що охолоджується, в навколишнє повітря. Якщо помістити холодильник на вулиці, то, витягаючи тепло із зовнішнього повітря і передаючи його всередину будинку, можна таким нехитрим способом, якоюсь мірою, обігрівати приміщення.

Однак, як показує практика, лише теплового насоса для постачання будинку теплом і гарячою водоюнедостатньо. Наважусь запропонувати оптимальну, на мій погляд, схему опалення та гарячого водопостачання будинку.

Пропонована схема постачання будинку теплом та гарячою водою

1 – теплогенератор; 2 – сонячний колектор; 3 – бойлер непрямого нагріву; 4 – тепловий насос; 5 – трубопровід у землі; 6 – циркуляційний блок геліосистеми; 7 – радіатор опалення; 8 – контур подачі гарячої води; 9 – система опалення «тепла підлога».

Ця схема передбачає одночасне використання трьох джерел тепла. Основну роль відіграє теплогенератор (1), тепловий насос (4) і сонячний колектор (2), які служать допоміжними елементами і сприяють зниженню витрат споживаної електроенергії, як наслідок, і підвищенню ефективності нагріву. Одночасне використання трьох джерел нагрівання практично повністю виключає небезпеку розподілу системи.

Адже ймовірність виходу з ладу одночасно і теплогенератора, і теплового насоса, і сонячного колектора дуже мала. На схемі показані два варіанти обігріву приміщень: радіатори (7) та «тепла підлога» (9). Це не означає, що треба використовувати обидва варіанти, а лише ілюструє можливість використання й одного та другого.

Принцип роботи схеми опалення

Теплогенератор (1) подає нагріту воду бойлер (3) і контур, що складається з радіаторів опалення (7). Також в бойлер надходить нагрітий теплоносій від теплового насоса (4) та сонячного колектора (2). Частина нагрітої тепловим насосом води подається на вхід теплогенератора. Змішуючись з «зворотом» контуру, що обігріває, вона підвищує її температуру. Це сприяє ефективнішому нагріванню води в кавітаторі теплогенератора. Нагріта та накопичена в бойлері вода подається до контуру системи «тепла підлога» (9) і контуру подачі гарячої води (8).

Звичайно, ефективність цієї схеми буде неоднаковою в різних широтах. Адже сонячний колектор матиме найбільшу ефективність у літню пору року і, звичайно ж, сонячну погоду. У наших широтах влітку опалювати житлові приміщення немає потреби, тому теплогенератор можна взагалі відключити. А оскільки літо у нас досить спекотне і ми вже важко уявляємо свій побут без кондиціонера, то тепловий насос передбачається включити на режим охолодження. Звичайно трубопровід, що йде від теплового насоса до бойлера, буде перекритий. Таким чином вирішувати задачу гарячого водопостачання передбачається лише за допомогою геліосистеми. І лише у випадку, якщо геліосистема не справляється із цим завданням, використовувати теплогенератор.

Як бачимо, схема досить складна та дорога. Загальні приблизні витрати, залежно від обраної схеми, наведені нижче.

Витрати для вертикального колектора:

• Тепловий насос 6000€;
• Бурові роботи 6000€;
• Експлуатаційні витрати (електрика): близько 400 € на рік.

Для горизонтального колектора:

• Тепловий насос 6000€;
• Бурові роботи 3000€;
• Експлуатаційні витрати (електрика): близько 450 євро на рік.

З великих витрат будуть потрібні витрати на закупівлю труб і на оплату праці робітників.

Установка плоского сонячного колектора (наприклад, Vitosol 100-F та водонагрівача 300 л) коштуватиме 3200 €.

Тому давайте, ходімо від простого до складного. Спочатку зберемо просту схему опалення будинку на основі теплогенератора, налагодимо її, і поступово додаватимемо до неї нові елементи, що дозволяють збільшувати ККД установки.

Зберемо систему опалення за схемою:

Схема теплопостачання будинку з використанням теплогенератора

1 – теплогенератор; 2 – бойлер непрямого нагріву; 3 – система опалення «тепла підлога»; 4 – контур подачі гарячої води.

У результаті ми отримали найпростішу схемутеплопостачання будинку, Я поділився своїми думками для того, щоб спонукати ініціативних людей до розвитку альтернативних джерел енергії. Якщо у когось виникнуть ідеї чи заперечення з приводу написаного вище, давайте ділитися думками, давайте накопичувати знання та досвід у цьому питанні, і ми збережемо нашу екологію і зробимо життя трохи кращим.

Як бачимо тут основний і єдиний елемент, що нагріває теплоносій, це теплогенератор. Хоча у схемі і передбачено лише одне джерело нагріву, вона передбачає можливість подальшого додавання додаткових нагрівальних пристроїв. Для цього передбачається використання бойлера непрямого нагріву з можливістю додавання або вилучення теплообмінників.

Використання радіаторів опалення, наявних у схемі, зображеної малюнку однією вище, не передбачається. Як відомо система «тепла підлога» більш ефективно справляється із завданням обігріву приміщень і дозволяє економити енергію, що витрачається.

Опалення будинку

У цій статті описано варіанти опалення будинку та гарячого водопостачання за допомогою теплового насоса, сонячного колектора та кавітаційного теплогенератора.