Beräkning av värmepumpar: Värmepumpar och energibesparingssystem: GK Informtech

Typer av värmepumpskonstruktioner

Typen av värmepump betecknas vanligtvis med en fras som indikerar källmediet och värmebäraren för värmesystemet.
Det finns följande sorter:

• ТН "luft - luft";
• ТН "luft - vatten";
• TN "jord - vatten";
• TH "vatten - vatten".

Det allra första alternativet är ett konventionellt delat system som fungerar i uppvärmningsläge. Förångaren monteras utomhus och en enhet med kondensor installeras inuti huset. Den senare blåses av en fläkt, på grund av vilken en varm luftmassa tillförs rummet.

Om ett sådant system är utrustat med en speciell värmeväxlare med munstycken kommer HP-typ "luft-vatten" att erhållas. Den är ansluten till ett vattenvärmesystem.

HP-förångaren av typen "luft-till-luft" eller "luft-till-vatten" kan placeras inte utomhus, utan i avluftningskanalen (den måste tvingas). I detta fall kommer värmepumpens effektivitet att öka flera gånger.

Värmepumpar av typen "vatten-till-vatten" och "jord-till-vatten" använder en så kallad extern värmeväxlare eller, som det också kallas, en uppsamlare för värmeutvinning.

Schematisk bild av värmepumpen

Detta är ett långt slingrör, vanligtvis plast, genom vilket ett flytande medium cirkulerar runt förångaren. Båda typerna av värmepumpar representerar samma enhet: i ett fall är samlaren nedsänkt i botten av en ytbehållare och i det andra - i marken. Kondensorn för en sådan värmepump är placerad i en värmeväxlare ansluten till varmvattenuppvärmningssystemet.

Anslutning av värmepumpar enligt "vatten - vatten" -schemat är mycket mindre mödosamt än "jordvatten", eftersom det inte finns något behov av jordbearbetning. I botten av behållaren läggs röret i form av en spiral. Naturligtvis, för detta schema är endast en behållare lämplig som inte fryser till botten på vintern.

Klassificering av värmepumpar enligt medias egenskaper

Klassificeringen av värmepumpar är ganska omfattande. Enheterna är uppdelade efter typen av arbetsvätska, principen om att ändra dess fysiska tillstånd, användningen av omvandlingsanordningar, typen av energibärare som är nödvändig för operationen. Med tanke på att det finns modeller på marknaden med olika kombinationer av klassificeringskriterier blir det klart att det är ganska svårt att lista allt. Du kan dock överväga de grundläggande principerna för gruppdelning.

Värmepumpens installation, design och slutliga egenskaper beror på värmekällans parametrar och mottagarmediet. Flera typer av tekniska lösningar erbjuds idag.

Luft-till-luft

Luft-till-luft-värmepumpar är de vanligaste enheterna. De är kompakta och tillräckligt enkla. Hushållens luftkonditioneringsapparater med uppvärmningsläge fungerar på denna typ av mekanik. Funktionsprincipen är enkel:

• en utomhusvärmeväxlare kyls under lufttemperaturen och tar bort värme;
• efter komprimering av inkommande freon i kylaren ökar dess temperatur kraftigt;
• fläkten inne i rummet, som blåser på värmeväxlaren, värmer upp rummet.

Utvinning av energi från miljön görs inte nödvändigtvis av en extern värmeväxlare. För detta ändamål kan luft blåses in i en enhet i rummet. Så här fungerar vissa kanalsystem.

Om freon komprimeras och expanderas i en luftkonditionering används enkel luft i virvelvärmepumpar. Arbetsmekaniken är likartad: innan den går in i den interna värmeväxlaren komprimeras gasen och efter att ha avgivit energi blåses den in i värmeextraktionskammaren genom ett intensivt flöde.

En vortex värmepump är en stor, massiv installation som bara fungerar effektivt när omgivningstemperaturen är hög. Därför installeras sådana system i industriella verkstäder, de använder avgaserna i ugnarna eller varmluft i huvudluftkonditioneringssystemet som värmekälla.

Vatten-vatten

En vatten-till-vatten-värmepump fungerar på samma princip som andra installationer. Endast överföringsmediet är olika. Utrustningen är utrustad med nedsänkbara sonder för att komma till grundvattenhorisonten med en positiv temperatur även under en hård vinter.

Beroende på uppvärmningsbehov kan vatten-till-vatten-värmepumpsystem ha helt olika storlekar. Till exempel med utgångspunkt från flera brunnar borrade runt ett privat hus och slutade med värmeväxlare med stor yta som ligger direkt i vattenlevande vatten, som läggs under byggnadsfasen av byggnaden.

Vatten-till-vatten-värmepumpar kännetecknas av högre produktivitet och effektiv uteffekt... Anledningen är vätskans ökade värmekapacitet. Vattenskiktet där sonden eller värmeväxlaren är placerad frigör snabbt energi, och på grund av dess enorma volym minskar den något av dess egenskaper, vilket bidrar till en stabil drift av systemet. Vatten-vatten-utrustning kännetecknas också av ökad effektivitet.

Råd! Under vissa förhållanden kan vatten-vattenkretsen klara sig utan mellanliggande noder i form av lagringstankar för uppvärmningsnätet. För att korrekt bedöma de befintliga klimatförhållandena och välja installationens kraft installeras en varmvattenberedare med en värmepump i huset och ett effektivt golvvärmesystem organiseras.

Vatten-luft, luft-vatten

Kombinerade system måste väljas med särskild försiktighet. Samtidigt utvärderas de nuvarande klimatförhållandena noggrant. Till exempel har en vatten-till-luft-värmepumpcykel god uppvärmningseffektivitet i områden med svår frost. Luftvattensystemet i kombination med ett varmt golv och en förvaringspanna för sekundär uppvärmning kan visa maximala besparingar i områden där lufttemperaturen sällan sjunker under -5 ... -10 grader.

Smält (saltlösning) -vatten

En värmepump i denna klass är en typ av universal. Den kan användas bokstavligen överallt. Indikatorer för dess användbara värmeeffekt är konstanta och stabila. Principen för köldbärarvattenanordningens drift baseras på extraktion av värme, först och främst, från jorden, som har normala fuktvärden eller är vattendränkt.

Systemet är enkelt att installera: att placera externa värmeväxlare räcker det med att begrava dem till ett visst djup. Du kan också välja ett av alternativen för utrustning med gasformig eller flytande arbetsvätska.

Beräkningen av en värmepump av saltvattenklassen görs enligt nivån på energibehovet för uppvärmning. Det finns många metoder för dess kvantitativa bestämning. Du kan göra den mest exakta beräkningen med hänsyn till materialet på husets väggar, fönsterkonstruktionen, jordens natur, den vägda genomsnittliga lufttemperaturen och mycket mer.

Tillverkare av saltvattensystem erbjuder olika alternativ för modeller som skiljer sig åt i omvandlingsenhetens förbrukningseffekt, design och dimensioner för externa värmeväxlare och parametrarna för utloppskretsen. Det är inte svårt att välja den optimala värmepumpen enligt en förformad lista över krav.

Det är dags att grundligt studera utländsk erfarenhet

Nästan alla känner nu till värmepumpar som kan ta ut värme från omgivningen för att värma byggnader, och om inte så länge sedan ställde en potentiell kund vanligtvis den förvirrade frågan ”hur är det möjligt?”, Nu frågan ”hur är det korrekt? Att göra ? "

Svaret på denna fråga är inte lätt.

På jakt efter svar på de många frågor som oundvikligen uppstår när man försöker utforma värmesystem med värmepumpar, är det lämpligt att hänvisa till erfarenheterna från specialister i de länder där värmepumpar på markvärmeväxlare har använts under lång tid.

Ett besök * på den amerikanska utställningen AHR EXPO-2008, som huvudsakligen genomfördes för att få information om metoderna för tekniska beräkningar för markvärmeväxlare, gav inte direkta resultat i denna riktning, men en bok såldes på ASHRAE-utställningen av vissa bestämmelser som låg till grund för denna publikation.

Det bör sägas genast att överföringen av den amerikanska metoden till inhemsk mark inte är en lätt uppgift. För amerikanerna är det inte samma sak som i Europa. Bara de mäter tiden i samma enheter som vi gör. Alla andra måttenheter är rent amerikanska eller snarare brittiska. Amerikanerna var särskilt olyckliga med värmeflöde, som kan mätas både i brittiska termiska enheter, hänvisade till en tidsenhet och i massor av kylning, som förmodligen uppfanns i Amerika.

Det största problemet var dock inte det tekniska besväret med att beräkna de måttenheter som antagits i USA, till vilka man kan vänja sig över tiden, utan frånvaron i den nämnda boken av en tydlig metodisk grund för att konstruera en beräkning. algoritm. För mycket utrymme ges till rutinmässiga och välkända beräkningsmetoder, medan vissa viktiga avsättningar förblir helt okända.

I synnerhet kan sådana fysiskt relaterade initialdata för beräkning av vertikala markvärmeväxlare, såsom temperaturen hos vätskan som cirkulerar i värmeväxlaren och omvandlingsfaktorn för värmepumpen, inte ställas in godtyckligt och innan man fortsätter med beräkningar relaterade till ostadig värme överföring i marken är det nödvändigt att bestämma förhållandena som förbinder dessa parametrar.

Kriteriet för effektiviteten för en värmepump är omvandlingskoefficienten α, vars värde bestäms av förhållandet mellan dess termiska effekt och kompressorns elektriska drivenhet. Detta värde är en funktion av kokpunkterna tu i förångaren och tk av kondens, och i förhållande till vatten-till-vatten-värmepumpar kan vi prata om vätsketemperaturerna vid utloppet från förångaren t2I och vid utloppet från kondensor t2K:

? =? (t2И, t2K). (ett)

Analys av katalogegenskaperna för seriella kylmaskiner och vatten-till-vatten-värmepumpar gjorde det möjligt att visa denna funktion i form av ett diagram (fig. 1).

Med hjälp av diagrammet är det enkelt att bestämma parametrarna för värmepumpen i de allra första inledningarna av konstruktionen. Det är till exempel uppenbart att om värmesystemet som är anslutet till värmepumpen är utformat för att förse ett värmemedium med en framledningstemperatur på 50 ° C, så kommer den maximala möjliga omvandlingsfaktorn för värmepumpen att vara cirka 3,5. Samtidigt bör glykolens temperatur vid förångarens utlopp inte vara lägre än + 3 ° С, vilket innebär att en dyr markvärmeväxlare kommer att krävas.

Samtidigt, om huset värms upp med ett varmt golv, kommer en värmebärare med en temperatur på 35 ° C in i värmesystemet från värmepumpens kondensor. I detta fall kommer värmepumpen att kunna arbeta mer effektivt, till exempel med en omvandlingsfaktor på 4,3, om temperaturen på den glykol som kyls i förångaren är cirka -2 ° C.

Med hjälp av Excel-kalkylblad kan du uttrycka funktion (1) som en ekvation:

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

Om det vid den önskade omvandlingsfaktorn och ett givet värde på kylvätskans temperatur i värmesystemet drivs av en värmepump är det nödvändigt att bestämma temperaturen för den vätska som kyls i förångaren, då kan ekvation (2) representeras som:

(3)

Du kan välja kylvätskans temperatur i värmesystemet vid de angivna värdena för värmepumpens omvandlingskoefficient och vätskans temperatur vid utloppet från förångaren med formeln:

(4)

I formlerna (2) ... (4) uttrycks temperaturen i grader Celsius.

Efter att ha identifierat dessa beroenden kan vi nu gå direkt till den amerikanska upplevelsen.

Metod för beräkning av värmepumpar

Naturligtvis är processen att välja och beräkna en värmepump en tekniskt mycket komplicerad operation och beror på objektets individuella egenskaper, men den kan grovt reduceras till följande steg:

Värmeförlust genom byggnadshöljet (väggar, tak, fönster, dörrar) bestäms. Detta kan göras genom att använda följande förhållande:

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

tnar - yttre lufttemperatur (° С);

tvn - intern lufttemperatur (° С);

S är den totala ytan för alla inneslutande strukturer (m2);

n - koefficient som anger miljöpåverkan på objektets egenskaper. För rum i direktkontakt med utsidan genom taket n = 1; för föremål med vindgolv n = 0,9; om objektet ligger ovanför källaren n = 0,75;

β är koefficienten för ytterligare värmeförlust, som beror på typen av struktur och dess geografiska läge β kan variera från 0,05 till 0,27;

RT - värmebeständighet bestäms av följande uttryck:

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

δі / λі är en beräknad indikator för värmeledningsförmåga hos material som används i konstruktionen.

αout är värmekoefficienten för de yttre ytorna på de inneslutande strukturerna (W / m2 * оС);

αin - koefficienten för termisk absorption av de inre ytorna hos de inneslutande strukturerna (W / m2 * оС);

- Den totala värmeförlusten i strukturen beräknas med formeln:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, där:

Qi - energiförbrukning för uppvärmning av luften som tränger in i rummet genom naturliga läckor;

Qbp ​​- värmeutsläpp på grund av att hushållsapparater och mänskliga aktiviteter fungerar.

2. Baserat på erhållna data beräknas den årliga förbrukningen av värmeenergi för varje enskilt objekt:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / timme per år.) där:

tвн - rekommenderad inomhustemperatur;

tnar - yttre lufttemperatur;

tout.av - det aritmetiska medelvärdet för den yttre lufttemperaturen under hela värmesäsongen;

d är antalet dagar av uppvärmningsperioden.

3. För en fullständig analys måste du också beräkna nivån på den termiska effekt som krävs för att värma vattnet:

Qgv = V * 17 (kW / timme per år.) Var:

V är volymen för daglig uppvärmning av vatten upp till 50 ° С.

Då bestäms den totala förbrukningen av värmeenergi med formeln:

Q = Qgv + Qyear (kW / timme per år.)

Med hänsyn till erhållna data blir det inte svårt att välja den lämpligaste värmepumpen för uppvärmning och varmvattenförsörjning. Dessutom kommer den beräknade effekten att bestämmas som. Qtn = 1.1 * Q, där:

Qtn = 1.1 * Q, där:

1.1 är en korrigeringsfaktor som indikerar möjligheten att öka belastningen på värmepumpen under kritiska temperaturer.

Efter beräkning av värmepumpar kan du välja den lämpligaste värmepumpen som kan tillhandahålla de önskade mikroklimatparametrarna i rum med alla tekniska egenskaper. Och med tanke på möjligheten att integrera detta system med en klimatkontrollenhet kan varmt golv noteras inte bara för dess funktionalitet utan också för dess höga estetiska kostnad.

Hur man gör en DIY värmepump?

Kostnaden för en värmepump är ganska hög, även om du inte tar hänsyn till betalningen för tjänsterna från en specialist som installerar den. Inte alla har det tillräcklig ekonomisk kapacitetatt omedelbart betala för installationen av sådan utrustning. I detta avseende börjar många ställa frågan, är det möjligt att göra en värmepump med egna händer av skrotmaterial? Det är helt möjligt. Dessutom kan du inte använda nya, men använda reservdelar under arbetet.
Så om du bestämmer dig för att skapa en värmepump med dina egna händer måste du:

• kontrollera tillståndet på ledningarna i ditt hem;
• se till att elmätaren fungerar och kontrollera att den här enhetens effekt är minst 40 ampere.

Det första steget är att köp en kompressor... Du kan köpa den i specialiserade företag eller genom att kontakta en verkstad för kylutrustning. Där kan du köpa en kompressor från en luftkonditionering. Det är ganska lämpligt för att skapa en värmepump. Därefter måste den fästas på väggen med hjälp av L-300-fästena.

Nu kan du gå vidare till nästa steg - tillverkningen av kondensatorn. För att göra detta måste du hitta en rostfri tank för vatten med en volym på upp till 120 liter. Den är halverad och en spole är installerad inuti den. Du kan göra det själv med ett kopparrör från kylskåpet. Alternativt kan du skapa den från ett kopparrör med liten diameter.

För att inte få problem med tillverkningen av spolen är det nödvändigt att ta en vanlig gasflaska och vind koppartråd runt den... Under detta arbete är det nödvändigt att vara uppmärksam på avståndet mellan svängarna, vilket bör vara detsamma. För att fixera röret i detta läge bör du använda ett perforerat hörn av aluminium som används för att skydda kittens hörn. Med hjälp av spolar ska rören placeras så att trådens spolar ligger mittemot hålen i hörnet. Detta kommer att säkerställa samma stigning av varv, och förutom detta kommer strukturen att vara ganska stark.

När spolen är installerad ansluts de två halvorna av den förberedda tanken genom svetsning. I det här fallet måste man vara försiktig med att svetsa gängade anslutningar.

För att skapa förångaren kan du använda vattenbehållare av plast med en total volym på 60 - 80 liter. Spolen är monterad i den från ett rör med en diameter på ¾ ". Vanliga vattenledningar kan användas för att leverera och dränera vatten.

På väggen med hjälp av L-fästet av önskad storlek fixering av förångaren.

När allt arbete är slutfört är det bara att bjuda in en kylspecialist. Han monterar systemet, svetsar kopparrören och pumpar in freon.

Värmepumpstyper

Värmepumpar är indelade i tre huvudtyper beroende på källan till lågkvalitativ energi:

• Luft.
• Priming.
• Vatten - Källan kan vara grundvatten och ytvattenförekomster.

För vanligare uppvärmningssystem används följande typer av värmepumpar:

Luft-till-vatten är en värmepump av lufttyp som värmer en byggnad genom att suga in luft från utsidan genom en extern enhet. Det fungerar på principen om en luftkonditionering, tvärtom, omvandlar luftenergi till värme. En sådan värmepump kräver inte stora installationskostnader, det är inte nödvändigt att avsätta en tomt till den och dessutom borra en brunn. Effektiviteten vid drift vid låga temperaturer (-25 ° C) minskar emellertid och en ytterligare termisk energikälla krävs.

Enheten "grundvatten" refererar till geotermisk temperatur och producerar värme från marken med hjälp av en uppsamlare, som läggs till ett djup under markens frysning. Det finns också ett beroende av platsens område och landskapet, om samlaren är placerad horisontellt. För vertikal placering måste du borra en brunn.

"Vatten-till-vatten" installeras där det finns en vattendrag eller grundvatten i närheten. I det första fallet läggs behållaren på behållarens botten, i det andra borras en brunn eller flera, om området på platsen tillåter.Ibland är grundvattendjupet för djupt, så kostnaden för installation av en sådan värmepump kan vara mycket hög.

Varje typ av värmepump har sina egna fördelar och nackdelar, om byggnaden ligger långt från reservoaren eller grundvattnet är för djupt, fungerar inte "vatten-till-vatten". "Luftvatten" är endast relevant i relativt varma regioner, där lufttemperaturen under den kalla årstiden inte sjunker under -25 ° C.

DIY värmepump installation

Nu när huvuddelen av systemet är klart återstår det att ansluta det till enheterna för intag och distribution av värme. Detta arbete kan göras själv. Detta är inte svårt. Processen att installera en värmeintagsanordning kan vara annorlunda och beror till stor del på vilken typ av pump som ska användas som en del av värmesystemet.

Vertikalt grundvatten av pumptyp

Även här kommer vissa kostnader att krävas, eftersom man inte kan göra utan att använda en borrigg när man installerar en sådan pump. Allt arbete börjar med skapandet av en brunn, vars djup borde vara 50-150 meter... Därefter sänks den geotermiska sonden, varefter den ansluts till pumpen.

Horisontellt jordvatten av pumptyp

När en sådan pump är installerad är det nödvändigt att använda ett grenrör bildat av ett rörsystem. Den ska placeras under nivån för markfrysning. Noggrannhet, djupet på samlarens placering beror till stor del på klimatzonen. Först avlägsnas jordskiktet. Sedan läggs rören och sedan fylls de igen med jord.
Du kan använda ett annat sätt - läggning av enskilda rör för vatten i en förgrävd dike. När du har bestämt dig för att använda den måste du först gräva diken, där djupet ska vara under frysnivån.

Metod för beräkning av värmepumpens effekt

Förutom att bestämma den optimala energikällan är det nödvändigt att beräkna värmepumpens effekt som krävs för uppvärmning. Det beror på mängden värmeförlust i byggnaden. Låt oss beräkna effekten av en värmepump för att värma ett hus med ett specifikt exempel.

För detta använder vi formeln Q = k * V * ∆T, där

• Q är värmeförlust (kcal / timme). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V är husets volym i m3 (ytan multipliceras med takhöjden);
• ∆Т är förhållandet mellan lägsta temperaturer utanför och inne i lokalerna under årets kallaste period, ° С. Subtrahera utsidan från det inre tºet;
• k är byggnadens generaliserade värmeöverföringskoefficient. För en tegelbyggnad med mur i två lager k = 1; för en välisolerad byggnad k = 0,6.

Beräkningen av värmepumpens effekt för uppvärmning av ett tegelhus på 100 kvadratmeter och en takhöjd på 2,5 m, med en skillnad på ttº från -30 ° utanför till + 20 ° inuti, blir således:

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

12500/860 = 14,53 kW. För ett vanligt tegelhus med en yta på 100 m behövs en 14 kilowatt enhet.

Konsumenten accepterar valet av typ och effekt av värmepumpen baserat på ett antal villkor:

• Områdets geografiska särdrag (närhet till vattenförekomster, förekomst av grundvatten, ett fritt område för en samlare).
• klimatets egenskaper (temperatur);
• typ av rum och intern volym;
• ekonomiska möjligheter.

Med tanke på alla ovanstående aspekter kommer du att kunna göra det bästa valet av utrustning. För ett mer effektivt och korrekt val av värmepump är det bättre att kontakta specialister, de kommer att kunna göra mer detaljerade beräkningar och ge den ekonomiska möjligheten att installera utrustningen.

Under lång tid och mycket framgångsrikt har värmepumpar använts i hushålls- och industriella kylskåp och luftkonditioneringsapparater.

Idag har dessa enheter börjat användas för att utföra en funktion av motsatt natur - att värma upp en bostad under kallt väder.

Låt oss ta en titt på hur värmepumpar används för att värma privata hus och vad du behöver veta för att korrekt beräkna alla dess komponenter.

Vad är en värmepump, dess omfattning

Den tekniska definitionen av en värmepump är en anordning för att överföra energi från ett område till ett annat samtidigt som dess effektivitet ökar. Denna mekaniker är inte svår att illustrera. Låt oss föreställa oss en hink med kallt vatten och ett glas varmt vatten. Samma mängd energi förbrukas för att värma upp dem från ett visst värmemärke. Effektiviteten i dess tillämpning är dock annorlunda. Om man samtidigt sänker temperaturen på vattenskopan med 1 grad, kan den erhållna termiska energin bringa vätskan i glaset till nästan en koka.

Det är enligt denna mekanik som värmepumpen fungerar, med vilken du kan värma poolen eller helt ge uppvärmning för ett lantgård. Installationen överför värme från ett område till ett annat, vanligtvis från utsidan till rummet. Det finns många applikationer för denna teknik.

1. Med ett visst effektvärde för en värmepump blir uppvärmning av ett hus billigt och effektivt.
2. Det är enkelt att göra varmvatten med en värmepump med återuppvärmningspannor.
3. Med viss ansträngning och korrekt design är det möjligt att skapa ett helt autonomt värmesystem som drivs av solpaneler.
4. De flesta värmepumpsmodeller är ett acceptabelt alternativ för golvvärme som används som värmekrets.

För att välja och köpa ett lämpligt system måste du först och främst ställa in den uppgift som den står inför. Och först efter det, lägg fram kraven på effekt och utvärdera godtagbarheten för enskilda typer av värmepannor för att tillgodose alla behov.

Exempel på beräkning av värmepump

Vi väljer en värmepump för värmesystemet i ett våningshus med en total yta på 70 kvm. m med en standard takhöjd (2,5 m), rationell arkitektur och värmeisolering av de inneslutna strukturerna som uppfyller kraven i moderna byggregler. För uppvärmning av 1: a kvartalet. m av ett sådant objekt, enligt allmänt accepterade standarder, är det nödvändigt att spendera 100 W värme. För att värma upp hela huset behöver du:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW värmeenergi.

Vi väljer en värmepump av märket "TeploDarom" (modell L-024-WLC) med en termisk effekt på W = 7,7 kW. Enhetens kompressor förbrukar N = 2,5 kW el.

Reservoarberäkning

Marken på platsen som avsatts för byggandet av samlaren är lerig, grundvattennivån är hög (vi tar värmevärdet p = 35 W / m).

Samlareffekten bestäms av formeln:

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

L = 5200/35 = 148,5 m (ungefär).

Baserat på det faktum att det är irrationellt att lägga en krets med en längd på mer än 100 m på grund av ett alltför högt hydraulmotstånd, accepterar vi följande: värmepumpens grenrör består av två kretsar - 100 m och 50 m långa.

Området på webbplatsen som måste tilldelas samlaren bestäms av formeln:

S = L x A,

Där A är steget mellan angränsande delar av konturen. Vi accepterar: A = 0,8 m.

Då är S = 150 x 0,8 = 120 kvm. m.

Effektivitet och COP

Det visar tydligt att ¾ av den energi vi får från fria källor. (Klicka för att förstora)

Låt oss först definiera i termer:

• Effektivitet - effektivitetskoefficient, dvs. hur mycket användbar energi erhålls i procent av den energi som spenderas på driften av systemet;
• COP - prestanda koefficient.

En sådan indikator som effektivitet används ofta för reklamändamål: "Pumpens effektivitet är 500%!" Det verkar som om de säger sanningen - för 1 kW förbrukad energi (för full drift av alla system och enheter) producerade de 5 kW termisk energi.

Kom dock ihåg att effektiviteten inte kan vara högre än 100% (denna indikator beräknas för slutna system), så det skulle vara mer logiskt att använda COP-indikatorn (används för att beräkna öppna system), som visar omvandlingsfaktorn för förbrukad energi till användbar energi.

Vanligtvis mäts COP i antal från 1 till 7. Ju högre antal desto effektivare är värmepumpen. I exemplet ovan (vid 500% effektivitet) är COP 5.

Återbetalning av värmepump

När det gäller hur lång tid det tar att återbetala sina pengar som investerats i något betyder det hur lönsam själva investeringen var. Inom uppvärmningsområdet är allt ganska svårt, eftersom vi ger oss komfort och värme, och alla system är dyra, men i det här fallet kan du leta efter ett sådant alternativ som skulle returnera de pengar som spenderas genom att minska kostnaderna under användning. Och när du börjar leta efter en lämplig lösning, jämför du allt: en gaspanna, en värmepump eller en elektrisk panna. Vi kommer att analysera vilket system som kommer att löna sig snabbare och mer effektivt.

Begreppet återbetalning, i detta fall introduktionen av en värmepump för att modernisera det befintliga värmeförsörjningssystemet, för att uttrycka det enkelt, kan förklaras på följande sätt:

Det finns ett system - en individuell gaspanna, som ger autonom uppvärmning och varmvattenförsörjning. Det finns ett split-system luftkonditionering som förser ett rum med kyla. Installerade 3 delade system i olika rum.

Och det finns en mer ekonomisk avancerad teknik - en värmepump som värmer / kyler hus och värmer vatten i rätt mängder för ett hus eller lägenhet. Det är nödvändigt att bestämma hur mycket den totala kostnaden för utrustning och initiala kostnader har förändrats, och också att uppskatta hur mycket de årliga driftskostnaderna för de utvalda typerna av utrustning har minskat. Och för att avgöra hur många år, med de resulterande besparingarna, kommer dyrare utrustning att löna sig. Helst jämförs flera föreslagna designlösningar och den mest kostnadseffektiva lösningen väljs.

Vi kommer att utföra beräkningen och vyyaski, vad är återbetalningsperioden för en värmepump i Ukraina

Låt oss överväga ett specifikt exempel

• Huset är på två våningar, välisolerat, med en total yta på 150 kvm M.
• Värme- / värmefördelningssystem: krets 1 - golvvärme, krets 2 - radiatorer (eller fläktspolenheter).
• En gaspanna installerades för uppvärmning och varmvattenförsörjning, t ex 24 kW, dubbel krets.
• Luftkonditioneringssystem från delade system för 3 rum i huset.

Årliga kostnader för uppvärmning och uppvärmning av vatten

Max. värmekapacitet värmepump för uppvärmning, kW	19993,59
Max. värmepumpens energiförbrukning under drift för uppvärmning, kW	7283,18

Max. värmekapacitet för värmepump för varmvattenförsörjning, kW	2133,46
Max. värmepumpens energiförbrukning vid drift på varmvattenförsörjning, kW	866,12

1. Den ungefärliga kostnaden för ett pannrum med en 24 kW gaspanna (panna, rörledningar, ledningar, tank, mätare, installation) är cirka 1000 euro. Ett luftkonditioneringssystem (ett split-system) för ett sådant hus kostar cirka 800 euro. Totalt med arrangemanget av pannhuset, designarbete, anslutning till gasledningsnätet och installationsarbete - 6100 euro.

1. Den ungefärliga kostnaden för Mycond-värmepumpen med ytterligare fläktspolningssystem, installationsarbete och anslutning till elnätet är 6 650 euro.

1. Investeringstillväxten är: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euro (eller cirka 16500 UAH)
2. Minskande driftskostnader är: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Återbetalningsperiod Tocup. = 16500/19608 = 0,84 år!

Enkel användning av värmepumpen

Värmepumpar är den mest mångsidiga, multifunktionella och energieffektiva utrustningen för uppvärmning av ett hem, en lägenhet, ett kontor eller en kommersiell anläggning.

Ett intelligent styrsystem med veckovis eller daglig programmering, automatisk växling av säsongsinställningar, bibehållande av temperaturen i huset, ekonomilägen, styrning av en slavpanna, panna, cirkulationspumpar, temperaturkontroll i två värmekretsar, är det mest avancerade och avancerade. Omformarkontroll av kompressorns, fläktens, pumpens funktion möjliggör maximala energibesparingar.

Fördelar med värmepumpar och genomförbarheten av deras installation

Som anges i annonsen är den största fördelen med värmepumpar uppvärmningens effektivitet. Till viss del är det så här det fungerar. Om värmepumpen har en energiutvinningsmiljö som ger optimal temperatur, fungerar installationen effektivt, värmekostnaderna minskas med cirka 70-80%. Det finns dock alltid fall då en värmepump kan vara slöseri med pengar.

Värmepumpens verkningsgrad bestäms av följande tekniska egenskaper:

• parametern för gränsgränsen för att sänka temperaturen med arbetsvätskan;
• den minsta skillnaden i temperaturen på den externa växlaren och miljön, vid vilken värmeuttaget är extremt litet;
• nivån på energiförbrukning och användbar värmeeffekt.

Möjligheten att använda en värmepump beror på flera faktorer.

1. Områden där sådan utrustning inte ger bra resultat är regioner med frostiga vintrar och låga genomsnittliga dagliga temperaturer. I det här fallet kan värmepumpen helt enkelt inte ta bort tillräckligt med värme från omgivningen och kommer nära zonen med noll effektivitet. Först och främst gäller detta luft-luft-system.
2. Med en ökning av volymen på uppvärmt utrymme ökar värmepumpens tekniska parametrar nästan exponentiellt. Värmeväxlare blir större, storleken och antalet nedsänkningssonder i vatten eller jord ökar. Vid en viss tidpunkt blir kostnaden för en värmepump för uppvärmning, de nödvändiga kostnaderna för installation och underhåll samt betalning för förbrukad kraft helt enkelt irrationella investeringar. Det är mycket billigare att skapa ett klassiskt gasuppvärmningsschema med en panna.
3. Ju mer komplex systemet är, desto dyrare och problematiskt är det att reparera det i händelse av haveri. Detta är ett negativt tillskott till storleken på det uppvärmda området och klimatzonens egenskaper.

Råd! I allmänhet kan användning av en värmepump som enda värmekälla för ett hem endast övervägas i ett begränsat antal situationer. Det är alltid klokt att använda ett omfattande supportsystem. Här begränsas antalet möjliga kombinationer endast av tillgängliga energikällor och ägarens ekonomiska kapacitet.

Klassikern är en värmepump och en gas- / fastbränslepanna som arbetar tillsammans. Idén är enkel: bränsleförbränningsprodukterna släpps ut genom ett brett rör. Den rymmer värmepumpsväxlaren. Lagringstankar och en indirekt värmepanna är installerade i värme- och varmvattenförsörjningssystemet. Utrustningen (panna och pump) aktiveras samtidigt när vätskans temperatur i distributionsnätet sjunker. De arbetar parvis och använder nästan helt energin från förbränningsbränslet och visar effektivitetsindikatorer nära det maximala.

Systemet med anpassning till miljöns egenskaper bygger på en värmepump, ett fläktblock, en värmepistol av vilken klass som helst. Vid en tillräckligt hög lufttemperatur ute (upp till -5 ... -10 grader Celsius) fungerar värmepumpen normalt och ger tillräcklig effekt för uppvärmning. Systemets designfunktion är placeringen av dess externa värmeväxlare i en separat ventilationskanal. När utetemperaturen sjunker under det optimala märket värms den tillförda luften upp av en värmepistol (diesel, el eller gas).

Det är särskilt värt att notera: de flesta scheman som möjliggör anpassning till lufttemperaturen eller stabilisering av värmepumpens driftparametrar tillämpas på luft-till-luft- och luft-till-vatten-enheter. Andra system, på grund av de externa värmeväxlarna som är isolerade i marken eller vattnet, tillåter inte skapandet av sådana "växthus" -förhållanden.

Värmepumpens funktion när man arbetar enligt grundvattenschemat

Samlaren kan begravas på tre sätt.

Horisontellt alternativ

Rören läggs i diken som en orm till ett djup som överstiger djupet av jordfrysning (i genomsnitt - från 1 till 1,5 m).
En sådan samlare kommer att kräva en tomt på ett tillräckligt stort område, men varje husägare kan bygga den - inga färdigheter, förutom förmågan att arbeta med en spade, behövs.

Det bör dock beaktas att konstruktionen av en värmeväxlare för hand är en ganska mödosam process.

Vertikalt alternativ

Behållarrören i form av öglor med formen som bokstaven "U" är nedsänkta i brunnar med ett djup av 20 till 100 m. Vid behov kan flera sådana brunnar byggas. Efter installationen av rören fylls brunnarna med cementmurbruk.

Fördelen med en vertikal kollektor är att ett mycket litet område behövs för dess konstruktion. Det finns dock inget sätt att borra borrhål mer än 20 m på egen hand - du måste anställa ett borrlag.

Kombinerat alternativ

Denna uppsamlare kan betraktas som ett slags horisontellt, men mycket mindre utrymme krävs för dess konstruktion.
En tom brunn grävs på platsen med ett djup av 2 m.

Värmeväxlarrören läggs i en spiral så att kretsen blir som en vertikalt installerad fjäder.

När installationen är klar fylls brunnen upp. Som med en horisontell värmeväxlare kan all nödvändig mängd arbete göras för hand.

Uppsamlaren är fylld med frostskyddsmedel - frostskyddsmedel eller etylenglykollösning. För att säkerställa dess cirkulation skärs en speciell pump in i kretsen. Efter att ha absorberat jordens värme går frostskyddet till förångaren, där värmeväxling sker mellan den och köldmediet.

Man bör komma ihåg att obegränsad värmeutvinning från jorden, särskilt när samlaren är placerad vertikalt, kan leda till oönskade konsekvenser för platsens geologi och ekologi. Därför är det under sommaren mycket önskvärt att använda värmepumpen av typen "jord-vatten" i omvänd läge - luftkonditionering.

Gasuppvärmningssystemet har många fördelar, och en av de viktigaste är de låga bensinkostnaderna. Hur man utrustar hushållsuppvärmning med gas kommer du att bli ombedd av uppvärmningsschemat för ett privat hus med en gaspanna. Tänk på värmeanläggningens design och utbyteskrav.

Läs om funktionerna i att välja solpaneler för hemuppvärmning i detta ämne.

Hur man beräknar och väljer en värmepump

Beräkning och design av värmepumpar

Hur man beräknar och väljer en värmepump.

Som ni vet använder värmepumpar gratis, förnybara energikällor: låg värme av luft, jord, underjordiska, öppna icke-frysande vattenförekomster, avfall och spillvatten och luft, samt spillvärme från tekniska företag. För att samla in detta förbrukas el, men förhållandet mellan den mottagna värmeenergin och mängden el som förbrukas är cirka 3–7 gånger.

Om vi ​​bara pratar om källorna till lågkvalitativ värme runt oss för uppvärmningsändamål är det; uteluft med en temperatur på –3 till +15 ° С, luft som avlägsnas från rummet (15–25 ° С), underjord (4–10 ° С) och grundvatten (ca 10 ° C), sjö- och flodvatten ( 5–10 ° С), markyta (under fryspunkten) (3-9 ° С) och djup mark (mer än 6 m - 8 ° C).

Utvinning av värme från miljön (inre distrikt).

Ett flytande köldmedium pumpas i förångaren vid lågt tryck. Den termiska temperaturnivån kring förångaren är högre än motsvarande kokpunkt för arbetsmediet (kylmediet väljs så att det kan koka även vid temperaturer under noll). På grund av denna temperaturskillnad överförs värme till miljön, till arbetsmiljön, som vid dessa temperaturer kokar och avdunstar (förvandlas till ånga). Den värme som krävs för detta hämtas från någon av ovan nämnda lågkvalitativa värmekällor.

Lär dig mer om förnybara energikällor

Om atmosfärisk eller ventilationsluft väljs som värmekälla används värmepumpar som arbetar enligt "luft-vatten" -schemat. Pumpen kan placeras inomhus eller utomhus med inbyggd eller fjärrkondensor. Luft blåses genom värmeväxlaren (förångaren) med en fläkt.

Som en källa till lågkvalitativ termisk energi kan grundvatten med relativt låg temperatur eller marken i jordens ytskikt användas. Jordmassans värmeinnehåll är i allmänhet högre. Jordens termiska regim bildas under påverkan av två huvudfaktorer - solstrålningen som faller på ytan och flödet av radiogen värme från jordens inre. Säsongsförändringar och dagliga förändringar i intensiteten av solstrålning och temperaturen på uteluften orsakar fluktuationer i temperaturen i de övre lagren av jorden. Penetrationsdjupet för dagliga fluktuationer i den yttre lufttemperaturen och intensiteten av den infallande solstrålningen, beroende på specifika mark- och klimatförhållanden, varierar från flera tiotals centimeter till en och en halv meter. Penetrationsdjupet för säsongsvariationer i den yttre lufttemperaturen och intensiteten av den infallande solstrålningen överstiger som regel inte 15–20 m.

Typer av horisontella värmeväxlare:

- en värmeväxlare gjord av seriekopplade rör; - en värmeväxlare gjord av parallellkopplade rör; - horisontell uppsamlare i en dike; - en värmeväxlare i form av en slinga; - en värmeväxlare i form av en spiral, placerad horisontellt (den så kallade "slinky" kollektorn); - en värmeväxlare i form av en spiral, placerad vertikalt.

Vatten ackumulerar solvärme väl. Även under den kalla vintern har grundvattnet en konstant temperatur på +7 till + 12 ° C. Detta är fördelen med denna värmekälla. På grund av den konstanta temperaturnivån har denna värmekälla en hög omvandlingsfrekvens genom värmepumpen året runt. Tyvärr finns det inte tillräckligt med grundvatten överallt. När den används som en källa till grundvatten sker tillförseln från brunnen med hjälp av en dränkbar pump till inloppet till värmeväxlaren (förångaren) till värmepumpen som arbetar enligt “vatten-till-vatten / öppet system ”Från värmeväxlarens utlopp pumpas vatten antingen till en annan källa eller släpps ut i en vattenkropp. Fördelen med öppna system är förmågan att erhålla en stor mängd termisk energi till relativt låga kostnader. Brunnarna kräver dock underhåll. Dessutom är det inte möjligt att använda sådana system inom alla områden. De viktigaste kraven för mark och grundvatten är följande:

- tillräcklig vattenpermeabilitet i jorden, vilket möjliggör påfyllning av vattenförsörjningen, - god kemisk sammansättning av grundvatten (t.ex. låg järnhalt) för att undvika problem i samband med bildning av avlagringar på rörväggarna och korrosion.

Öppna system används oftare för uppvärmning eller kylning av stora byggnader. Världens största geotermiska värmeöverföringssystem använder grundvatten som en källa till lågkvalitativ termisk energi. Detta system finns i Louisville, Kentucky, USA. Systemet används för värme och kyla i hotell- och kontorsanläggningen; dess kapacitet är cirka 10 MW.

Låt oss ta en annan källa - en behållare, på botten kan du lägga öglor från ett plaströr, schemat "vatten-vatten / stängt system". En etylenglykollösning (frostskyddsmedel) cirkulerar genom rörledningen, som överför värme till köldmediet genom värmepumpens värmeväxlare (förångare).

Marken har förmågan att ackumulera solenergi under en lång tidsperiod, vilket säkerställer en relativt enhetlig temperatur på värmekällan under hela året och därmed en hög omvandlingsfaktor för värmepumpen.Temperaturen i matjorden varierar beroende på säsong. Under fryspunkten minskar dessa temperaturvariationer avsevärt. Värmen som ackumuleras i marken återvinns med hjälp av horisontellt placerade förseglade värmeväxlare, även kallade markuppsamlare, eller med vertikalt placerade värmeväxlare, så kallade geotermiska sonder. Miljövärmen överförs av en blandning av vatten och etylenglykol (saltlösning eller medium), vars fryspunkt bör vara ungefär -13 ° C (ta hänsyn till tillverkarens data). Tack vare detta fryser saltlaken inte under drift.

Det betyder att det finns två alternativ för att få låg värme från jorden. Horisontell läggning av plaströr i diken 1,3–1,7 m djup, beroende på klimatförhållandena i området, eller vertikala brunnar 20–100 m djupa. Rören kan läggas i diken i form av spiraler, men med ett läggdjup på 2 - 4 m, detta minskar skyttornas totala längd avsevärt. Den maximala värmeöverföringen av ytmarken är från 7 till 25 W med l.p., från den geotermiska 20-50 W med l.p. Enligt tillverkningsföretag är diken för diken och brunnar över 100 år.

Lite mer om vertikala markvärmeväxlare.

Sedan 1986, i Schweiz, nära Zürich, har studier genomförts på ett system med vertikala markvärmeväxlare [4]. En vertikal markkoaxiell värmeväxlare med ett djup av 105 m installerades i markmassivet. Denna värmeväxlare användes som en källa till lågkvalitativ termisk energi för ett värmeöverföringssystem installerat i en enfamiljshus. Den vertikala markvärmeväxlaren gav en toppeffekt på cirka 70 watt per meter längd, vilket skapade en betydande termisk belastning på den omgivande jordmassan. Den årliga värmeproduktionen är cirka 13 MWh.

På ett avstånd av 0,5 och 1 m från huvudbrunnen borrades ytterligare två brunnar, i vilka temperaturgivare installerades på ett djup av 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 och 105 m, varefter brunnarna fylldes lera-cementblandning. Temperaturen mättes var 30: e minut. Förutom marktemperaturen registrerades också andra parametrar: kylvätskans rörelsehastighet, kompressordrivningens energiförbrukning, lufttemperatur etc.

Den första observationsperioden varade från 1986 till 1991. Mätningar har visat att påverkan av uteluftens värme och solstrålning observeras i jordens ytskikt på ett djup av 15 m. Under denna nivå bildas jordens termiska regim främst på grund av värmen från jordens inre. Under de första 2-3 åren av drift sjönk temperaturen på markmassan som omger den vertikala värmeväxlaren kraftigt, men varje år sjönk temperaturen och efter några år gick systemet in i ett läge nära konstant, markmassan runt värmeväxlaren blev 1-2 ° C.

Hösten 1996, tio år efter att systemet startade, återupptogs mätningarna. Dessa mätningar visade att marktemperaturen inte förändrades markant. Under de följande åren registrerades små fluktuationer i marktemperaturen i området 0,5 ° C, beroende på den årliga värmebelastningen. Således nådde systemet en kvasi-stationär regim efter de första åren av drift.

Baserat på experimentella data byggdes matematiska modeller av de processer som äger rum i markmassivet, vilket gjorde det möjligt att göra en långsiktig prognos över temperaturförändringar i markmassivet.

Matematisk modellering visade att den årliga temperaturminskningen gradvis kommer att minska, och volymen på markmassan runt värmeväxlaren, med förbehåll för en temperaturminskning, kommer att öka varje år.I slutet av driftsperioden börjar regenereringsprocessen: marktemperaturen börjar stiga. Arten av regenereringsprocessen liknar den typ av "extraktion" av värme: under de första driftsåren ökar marktemperaturen kraftigt, och de efterföljande åren minskar temperaturhastigheten. Längden på "regenererings" -perioden beror på längden på driftsperioden. Dessa två perioder är ungefär desamma. I detta fall var markvärmeväxlarens driftstid trettio år och "regenereringsperioden" uppskattas också till trettio år.

Således utgör värme- och kylsystem för byggnader som använder lågkvalitativ värme från jorden en pålitlig energikälla som kan användas överallt. Den här källan kan användas under tillräckligt lång tid och kan förnyas i slutet av verksamhetsperioden.

Beräkning av den horisontella värmepumpssamlaren

Avlägsnandet av värme från varje meter i röret beror på många parametrar: installationsdjupet, tillgången på grundvatten, markens kvalitet etc. Ungefär kan man anse att för horisontella samlare är det 20 W.m.p. Mer exakt: torr sand - 10, torr lera - 20, våt lera - 25, lera med hög vattenhalt - 35 W.m.p. Skillnaden i kylvätskans temperatur i slingans direkt- och returlinjer i beräkningarna tas vanligtvis som 3 ° C. På samlarplatsen bör byggnader inte uppföras så att jordens värme, dvs. vår energikälla fylldes med energi från solstrålning.

Minsta avstånd mellan de lagda rören bör vara minst 0,7–0,8 m. Längden på en dike kan variera från 30 till 150 m. Det är viktigt att längden på de anslutna kretsarna är ungefär lika. Det rekommenderas att använda en etylenglykollösning (medium) med en fryspunkt på cirka -13 ° C som värmemedium i den primära kretsen. I beräkningarna bör man ta hänsyn till att lösningens värmekapacitet vid en temperatur av 0 ° C är 3,7 kJ / (kg K) och densiteten är 1,05 g / cm3. Vid användning av ett medium är tryckförlusten i rören 1,5 gånger större än vid cirkulation av vatten. För att beräkna parametrarna för värmepumpinstallationens primära krets kommer det att vara nödvändigt att bestämma mediets flödeshastighet:

Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),

Var .t - temperaturskillnaden mellan tillförsel- och returledningarna, som ofta antas vara 3 oK. Sedan Qo - termisk effekt som tas emot från en lågpotentialkälla (jord). Det sistnämnda värdet beräknas som skillnaden mellan den totala effekten för värmepumpen Qwp och den elektriska effekten som används för att värma köldmediet. P:

Qo = Qwp - P, kW.

Total längd på samlarrör L och webbplatsens totala yta för den A beräknas med formlerna:

L = Qo / q,

A = L da.

Här q - specifikt (från 1 m rör) värmeavlägsnande; da - avstånd mellan rören (läggningssteg).

Beräkningsexempel. Värmepump.

Initiala förhållanden: värmebehov av en stuga med en yta på 120–240 m2 (baserat på värmeförluster, med hänsyn till infiltration) - 13 kW; vattentemperaturen i värmesystemet antas vara 35 ° C (golvvärme); kylvätskans minsta temperatur vid utloppet till förångaren är 0 ° С. För att värma byggnaden valdes en 14,5 kW värmepump från det befintliga tekniska utrustningsområdet, med hänsyn tagen till förlusterna på viskositeten hos mediet, när man extraherar och överför värmenergi från marken, är 3,22 kW. Värmeavlägsnande från jordens ytskikt (torr lera), q motsvarar 20 W / smp. I enlighet med formlerna beräknar vi:

1) erforderlig värmeeffekt från kollektorn Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) total rörlängd L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. För att organisera en sådan samlare behöver du 6 kretsar 100 m långa;

3) med ett läggningssteg på 0,75 m, platsens erforderliga område A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) allmän laddning av etylenglykollösning Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, i en krets är lika med 0,58 m3.

För samlaranordningen väljer vi ett plaströr av standardstorlek 32x3. Tryckförlusten i den blir 45 Pa / smp. motståndet hos en krets är ungefär 7 kPa; kylvätskeflöde - 0,3 m / s.

Sondberäkning

När du använder vertikala brunnar med ett djup på 20 till 100 m, är U-formade plaströr (med diametrar från 32 mm) nedsänkta i dem. Som regel sätts två öglor i en brunn, fyllda med en suspension. I genomsnitt kan den specifika värmeeffekten för en sådan sond tas lika med 50 W / smp. Du kan också fokusera på följande data om värmeeffekt:

- torra sedimentära bergarter - 20 W / m; - stenig mark och vattenmättade sedimentära bergarter - 50 W / m; - bergarter med hög värmeledningsförmåga - 70 W / m; - grundvatten - 80 W / m.

Marktemperaturen på ett djup av mer än 15 m är konstant och är ungefär +9 ° С. Avståndet mellan brunnarna bör vara mer än 5 m. Om det finns underjordiska strömmar bör brunnarna placeras på en linje vinkelrätt mot flödet.

Valet av rördiametrar utförs baserat på tryckförlust för erforderlig kylvätskeflöde. Beräkningen av vätskeflödeshastigheten kan utföras för t = 5 ° С.

Beräkningsexempel.

De ursprungliga uppgifterna är desamma som i ovanstående beräkning av den horisontella behållaren. Med en specifik värmeeffekt på sonden på 50 W / m och en erforderlig effekt på 11,28 kW bör sondlängden L vara 225 m.

För att sätta upp en samlare är det nödvändigt att borra tre brunnar med ett djup på 75 m. I var och en av dem placerar vi två öglor av ett 32x3 rör; totalt - 6 kretsar, vardera 150 m.

Den totala flödeshastigheten för kylvätskan vid .t = 5 ° С blir 2,1 m3 / h; flödeshastighet genom en krets - 0,35 m3 / h. Kretsarna kommer att ha följande hydrauliska egenskaper: tryckförlust i röret - 96 Pa / m (värmebärare - 25% etylenglykollösning); slingmotstånd - 14,4 kPa; flödeshastighet - 0,3 m / s.

Val av utrustning

Eftersom frostskyddstemperaturen kan variera (från –5 till +20 ° C) krävs en hydraulisk expansionsbehållare i värmepumpsenhetens primärkrets.

Det rekommenderas också att installera en lagringstank på värmepumpens uppvärmningsledning: värmepumpens kompressor arbetar i på-av-läge. För ofta start kan leda till accelererat slitage på dess delar. Tanken är också användbar som en energiackumulator - vid strömavbrott. Dess minimivolym tas med en hastighet av 20-30 liter per 1 kW värmepumpeffekt.

När man använder bivalens, en andra energikälla (elektrisk, gas-, flytande eller fastbränslepanna), är den ansluten till kretsen via en ackumulatortank, som också är en termohydrofördelare, aktiveringen av pannan styrs av en värmepump eller den övre nivån i automatiseringssystemet.

I händelse av eventuella strömavbrott kan den installerade värmepumpens effekt ökas med en koefficient beräknad med formeln: f = 24 / (24 - t av), där t av är strömavbrottets varaktighet.

I händelse av ett eventuellt strömavbrott i 4 timmar kommer denna koefficient att vara lika med 1,2.

Värmepumpens effekt kan väljas baserat på monovalent eller bivalent driftsätt. I det första fallet antas att värmepumpen används som den enda generatorn av värmeenergi.

Man bör komma ihåg: även i vårt land är perioder med låga lufttemperaturer en liten del av uppvärmningssäsongen. För den centrala regionen i Ryssland är tiden då temperaturen sjunker under –10 ° С bara 900 timmar (38 dagar), medan säsongens längd är 5112 timmar och den genomsnittliga januari-temperaturen är cirka –10 ° С. Därför är det mest ändamålsenliga att använda värmepumpen i tvåvärt läge, vilket möjliggör inkludering av en ytterligare källa under perioder då lufttemperaturen sjunker under en viss: -5 ° С - i de södra regionerna i Ryssland 10 ° С - i de centrala. Detta gör det möjligt att sänka kostnaden för värmepumpen och i synnerhet arbetet med installationen av primärkretsen (läggning av diken, borrbrunnar etc.), vilket ökar kraftigt med installationens ökande kapacitet.

I den centrala regionen i Ryssland kan man, för en grov uppskattning när man väljer en värmepump som arbetar i tvåvärt läge, fokusera på förhållandet 70/30: 70% av värmebehovet täcks av värmepumpen och de återstående 30 - av elektrisk eller annan värmeenergikälla. I de södra regionerna kan effektförhållandet för värmepumpen och den extra värmekällan, som ofta används i Västeuropa, vägledas: 50 till 50.

För en stuga med en yta på 200 m2 för 4 personer med en värmeförlust på 70 W / m2 (beräknat till –28 ° C utetemperatur) kommer värmebehovet att vara 14 kW. Till detta värde, lägg till 700 W för beredning av varmvatten. Som ett resultat blir den erforderliga effekten för värmepumpen 14,7 kW.

Om det finns en möjlighet till ett tillfälligt strömavbrott måste du öka detta antal med lämplig faktor. Låt oss säga att den dagliga avstängningstiden är 4 timmar, då ska värmepumpens effekt vara 17,6 kW (multipliceringsfaktorn är 1,2). I fallet med ett monovalent läge kan du välja en mark-till-vatten-värmepump med en kapacitet på 17,1 kW och förbrukar 6,0 kW el.

För ett bivalent system med en extra elektrisk värmare och en kallvattentemperatur på 10 ° C för behovet av att erhålla varmvatten och en säkerhetsfaktor bör värmepumpens effekt vara 11,4 W och elpannans effekt - 6,2 kW (totalt - 17,6) ... Den maximala elkraften som förbrukas av systemet är 9,7 kW.

Den ungefärliga kostnaden för förbrukad el per säsong, när värmepumpen arbetar i monovalent läge, kommer att vara 500 rubel och i tvåvärt läge vid temperaturer under (-10 ° C) - 12 500. Energibärarens kostnad när man endast använder lämplig panna kommer att vara: el - 42 000, diesel - 25 000 och gas - cirka 8 000 rubel. (i närvaro av ett levererat rör och låga gaspriser i Ryssland). För närvarande, för våra förhållanden, när det gäller arbetseffektivitet, kan en värmepump bara jämföras med en gaspanna i en ny serie, och när det gäller driftskostnader, hållbarhet, säkerhet (inget pannrum krävs) och miljövänlighet, den överträffar alla andra typer av värmeenergiproduktion.

Observera att när du installerar värmepumpar bör du först och främst ta hand om byggnadsisolering och installera tvåglasfönster med låg värmeledningsförmåga, vilket minskar byggnadens värmeförlust och därmed kostnaden för arbete och utrustning.

https://www.patlah.ru

© "Encyclopedia of Technologies and Techniques" Patlakh V.V. 1993-2007

Beräkning av den horisontella värmepumpssamlaren

Effektiviteten hos en horisontell kollektor beror på temperaturen på mediet i vilket det är nedsänkt, dess värmeledningsförmåga och kontaktområdet med rörytan. Beräkningsmetoden är ganska komplicerad, därför används i de flesta fall genomsnittliga data.

Man tror att varje meter i värmeväxlaren ger HP följande värmeeffekt:

• 10 W - när den är begravd i torr sandig eller stenig mark;
• 20 W - i torr lerajord;
• 25 W - i våt lerjord;
• 35 W - i mycket fuktig lerjord.

För att beräkna längden på kollektorn (L) bör den erforderliga termiska effekten (Q) delas med jordens värmevärde (p):

L = Q / p.

De angivna värdena kan endast betraktas som giltiga om följande villkor är uppfyllda:

• Tomten ovanför samlaren är inte byggd, inte skuggad eller planterad med träd eller buskar.
• Avståndet mellan intilliggande varv av spiralen eller sektionerna av "ormen" är minst 0,7 m.

Hur värmepumpar fungerar

Varje värmepump har ett arbetsmedium som kallas köldmedium. Vanligtvis fungerar freon i denna kapacitet, mindre ofta ammoniak. Enheten i sig består av endast tre komponenter:

Förångaren och kondensorn är två tankar som ser ut som långa böjda rör - spolar.Kondensorn är ansluten i ena änden till kompressorns utlopp och förångaren till inloppet. Spolens ändar förenas och en tryckreducerande ventil installeras vid korsningen mellan dem. Förångaren är i kontakt - direkt eller indirekt - med källmediet och kondensorn är i kontakt med uppvärmnings- eller varmvattensystemet.

Hur värmepumpen fungerar

HP-operationen baseras på det ömsesidiga beroendet mellan gasvolym, tryck och temperatur. Här är vad som händer inuti enheten:

1. Ammoniak, freon eller annat köldmedium, som rör sig längs förångaren, värms upp från källmediet till exempel till en temperatur på +5 grader.
2. Efter att ha passerat förångaren når gasen kompressorn som pumpar den till kondensorn.
3. Köldmediet som släpps ut av kompressorn hålls i kondensorn av en tryckreducerande ventil, så dess tryck är högre här än i förångaren. Som du vet ökar temperaturen på eventuell gas med ökande tryck. Det är precis vad som händer med köldmediet - det värms upp till 60 - 70 grader. Eftersom kondensorn tvättas av kylvätskan som cirkulerar i värmesystemet, värms även den senare upp.
4. Köldmediet släpps ut i små portioner genom tryckreduceringsventilen till förångaren, där dess tryck sjunker igen. Gasen expanderar och svalnar, och eftersom en del av dess inre energi förlorades till följd av värmeväxling i föregående steg sjunker temperaturen under de första +5 graderna. Efter förångaren värms den upp igen, sedan pumpas den in i kondensorn av kompressorn - och så vidare i en cirkel. Vetenskapligt kallas denna process Carnot-cykeln.

Men värmepumpen är fortfarande mycket lönsam: för varje förbrukad kW * h el är det möjligt att få från 3 till 5 kW * h värme.

Energi sparande

Användningen av alternativa energikällor idag är en prioriterad uppgift för nästan alla områden av modern mänsklig aktivitet. Den aktiva användningen av vind-, vatten-, solenergi gör det inte bara möjligt att avsevärt minska kostnaderna för ekonomiska resurser vid genomförandet av alla typer av tekniska operationer utan har också en gynnsam effekt på miljöns tillstånd (förknippat med en minskning av utsläppen av föroreningar i atmosfären).

En liknande trend kan ses i bostadsbranschen, med tanke på att solfångare, vindkraftverk, ekonomiska värmegeneratorer i allt högre grad används för att skapa gynnsamma levnadsförhållanden, liksom åtgärder vidtas för att öka nivån på värmeisolering av alla element av strukturen.

En mycket effektiv åtgärd ur ekonomisk synvinkel är användningen av värmepumpar - geotermiska energikällor. I princip är värmepumpar utformade på ett sådant sätt att de kan ta ut värme bokstavligen bit för bit från omgivningen och först därefter förvandla den och rikta den till platsen för direkt användning. Luft, vatten, jord kan fungera som energikällor för en värmepump, medan hela processen realiseras på grund av de fysiska egenskaperna hos vissa ämnen (köldmedier) att koka vid låga temperaturer.

Således är kostnaderna för traditionella resurser för prestanda för den presenterade värmegeneratorn endast förknippade med transport av energi, medan dess huvudsakliga del är involverad utifrån. På grund av värmepumparnas grundläggande egenskaper kan koefficienten för deras prestanda nå 3-5 enheter, det vill säga spendera 100 W elektrisk energi för drift av värmepumpen, du kan få upp till 0,5 kW värmeeffekt.