Arten von Wärmepumpen für die Hausheizung

Bauarten von Wärmepumpen

Die Art der WP wird in der Regel durch einen Satz bezeichnet, der das Quellmedium und den Wärmeträger der Heizungsanlage angibt.

Es gibt folgende Sorten:

• TN "Luft - Luft";
• TN "Luft - Wasser";
• TN "Boden - Wasser";
• TN "Wasser - Wasser".

Die allererste Option ist ein konventionelles Split-System im Heizbetrieb. Der Verdampfer ist auf der Straße montiert und im Haus ist ein Block mit einem Kondensator installiert. Letzteres wird von einem Ventilator geblasen, wodurch dem Raum eine warme Luftmasse zugeführt wird.

Wenn ein solches System mit einem speziellen Wärmetauscher mit Abzweigrohren ausgestattet ist, erhält man eine Luft-Wasser-Wärmepumpe. Es ist an das Wasserheizsystem angeschlossen.

Ein Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmepumpenverdampfer kann nicht auf der Straße, sondern im Abluftkanal platziert werden (muss erzwungen werden). In diesem Fall wird die Effizienz von HP um ein Vielfaches erhöht.

Wärmepumpen der Typen „Wasser – Wasser“ und „Erdreich – Wasser“ nutzen den sogenannten externen Wärmetauscher oder, wie er auch genannt wird, einen Kollektor, um Wärme zu entziehen.

Schematische Darstellung der Wärmepumpe

Dies ist ein langes Rohr mit Schleifen, normalerweise aus Kunststoff, durch das ein flüssiges Medium zirkuliert und den Verdampfer wäscht. Beide HP-Typen sind das gleiche Gerät: In einem Fall wird der Kollektor auf den Boden eines Oberflächenreservoirs eingetaucht und im zweiten auf den Boden. Der Kondensator einer solchen WP befindet sich in einem Wärmetauscher, der an ein Wasserheizsystem angeschlossen ist.

Der Anschluss einer WP nach dem Schema „Wasser – Wasser“ ist deutlich weniger aufwändig als der Anschluss „Erdreich – Wasser“, da Erdarbeiten entfallen. Am Boden des Reservoirs ist das Rohr spiralförmig verlegt. Für diese Regelung eignet sich natürlich nur ein solches Gewässer, das im Winter nicht zufriert.

Es ist an der Zeit, Auslandserfahrungen im Detail zu studieren

Nahezu jeder kennt bereits Wärmepumpen, die Umgebungswärme zum Heizen von Gebäuden entziehen können, und wenn ein potenzieller Kunde bis vor kurzem in der Regel eine verwirrte Frage stellte „wie ist das möglich?“, ist jetzt die Frage „wie ist es richtig?“. zunehmend gehört. tun?".

Diese Frage ist nicht leicht zu beantworten.

Auf der Suche nach einer Antwort auf die zahlreichen Fragen, die sich bei der Planung von Heizungsanlagen mit Wärmepumpen zwangsläufig ergeben, empfiehlt es sich, auf die Erfahrungen von Spezialisten aus jenen Ländern zurückzugreifen, in denen Wärmepumpen auf Erdwärmetauschern schon seit langem eingesetzt werden.

Ein Besuch * der amerikanischen Messe AHR EXPO-2008, der hauptsächlich unternommen wurde, um sich über die Methoden der technischen Berechnung von Erdwärmetauschern zu informieren, brachte keine direkten Ergebnisse in diese Richtung, aber am ASHRAE-Messestand wurde ein Buch verkauft, einige ihrer Bestimmungen dienten als Grundlage für diese Veröffentlichung.

Es sei gleich gesagt, dass die Übertragung amerikanischer Methoden auf heimischen Boden keine leichte Aufgabe ist. Die Amerikaner machen die Dinge nicht so wie in Europa. Nur messen sie die Zeit in denselben Einheiten wie wir. Alle anderen Maßeinheiten sind rein amerikanisch bzw. britisch. Besonders Pech hatten die Amerikaner mit dem Wärmefluss, der sowohl in britischen thermischen Einheiten pro Zeiteinheit als auch in Tonnen Kühlung gemessen werden kann, die wahrscheinlich in Amerika erfunden wurden.

Das Hauptproblem war jedoch nicht die technische Unannehmlichkeit der Neuberechnung der in den Vereinigten Staaten akzeptierten Maßeinheiten, an die man sich mit der Zeit gewöhnen kann, sondern das Fehlen einer klaren methodischen Grundlage für den Aufbau eines Berechnungsalgorithmus in dem genannten Buch . Routinemäßigen und wohlbekannten Berechnungsmethoden wird zu viel Raum eingeräumt, während einige wichtige Bestimmungen völlig geheim gehalten werden.

Insbesondere solche physikalisch bezogenen Eingangsdaten für die Berechnung von vertikalen Erdwärmetauschern, wie die Temperatur der im Wärmetauscher zirkulierenden Flüssigkeit und der Wärmepumpen-Umwandlungskoeffizient, können nicht willkürlich eingestellt werden, bevor mit Berechnungen in Bezug auf instationäre Wärme fortgefahren wird Übertragung im Boden, ist es notwendig, die Abhängigkeiten zu ermitteln, die diese Optionen verbinden.

Das Kriterium für die Effizienz einer Wärmepumpe ist der Umrechnungsfaktor α, dessen Wert durch das Verhältnis ihrer thermischen Leistung zur Leistung des elektrischen Antriebs des Kompressors bestimmt wird. Dieser Wert ist eine Funktion der Siedetemperaturen im Verdampfer t_u und Kondensation t_k, und in Bezug auf Wärmepumpen "Wasser-Wasser" können wir über die Temperatur der Flüssigkeit am Ausgang des Verdampfers t sprechen_2I und am Ausgang des Kondensators t_2K:

? = ?(t_2I,T_2K).         (1)

Eine Analyse der Katalogkennlinien von Reihenkältemaschinen und Wasser/Wasser-Wärmepumpen ermöglichte es, diese Funktion in Form eines Diagramms darzustellen (Bild 1).

Anhand des Diagramms ist es einfach, die Parameter der Wärmepumpe in den Anfangsstadien der Konstruktion zu bestimmen. Es liegt beispielsweise auf der Hand, dass, wenn die an die Wärmepumpe angeschlossene Heizungsanlage für die Bereitstellung eines Heizmediums mit einer Vorlauftemperatur von 50 °C ausgelegt ist, der maximal mögliche Umrechnungsfaktor der Wärmepumpe etwa 3,5 beträgt. Gleichzeitig sollte die Temperatur des Glykols am Ausgang des Verdampfers nicht unter +3°C liegen, was einen teuren Erdwärmetauscher erforderlich macht.

Wird das Haus gleichzeitig mit einer Fußbodenheizung beheizt, gelangt ein Kühlmittel mit einer Temperatur von 35 °C aus dem Kondensator der Wärmepumpe in das Heizsystem. In diesem Fall kann die Wärmepumpe beispielsweise mit einem Umrechnungsfaktor von 4,3 effizienter arbeiten, wenn die Temperatur des gekühlten Glykols im Verdampfer etwa -2°C beträgt.

Mit Excel-Tabellen können Sie die Funktion (1) als Gleichung ausdrücken:

? = 0,1729 • (41,5 + t_2I – 0,015 t_2I • T_2K – 0,437 • t_2K      (2)

Wenn mit dem gewünschten Umrechnungsfaktor und einem gegebenen Wert der Kühlmitteltemperatur in dem von einer Wärmepumpe betriebenen Heizsystem die Temperatur der im Verdampfer gekühlten Flüssigkeit bestimmt werden muss, kann Gleichung (2) wie folgt dargestellt werden:

         (3)

Um die Temperatur des Wärmeträgers im Heizsystem für gegebene Werte des Umwandlungskoeffizienten der Wärmepumpe und der Temperatur der Flüssigkeit am Ausgang des Verdampfers auszuwählen, können Sie die Formel verwenden:

    (4)

In den Formeln (2)…(4) werden Temperaturen in Grad Celsius ausgedrückt.

Nachdem wir diese Abhängigkeiten ermittelt haben, können wir nun direkt zu den amerikanischen Erfahrungen übergehen.

Methodik zur Berechnung von Wärmepumpen

Die Auswahl und Berechnung einer Wärmepumpe ist natürlich ein technisch sehr komplexer Vorgang und hängt von den individuellen Eigenschaften des Objekts ab, lässt sich aber ungefähr auf folgende Schritte reduzieren:

Wärmeverluste durch die Gebäudehülle (Wände, Decken, Fenster, Türen) werden ermittelt. Dies kann mit dem folgenden Verhältnis erfolgen:

Qok \u003d S * ( tin - tout) * (1 + Σ β ) * n / Rt (W) wo

tout - Außenlufttemperatur (°C);

Zinn – innere Lufttemperatur (°С);

S ist die Gesamtfläche aller umschließenden Strukturen (m2);

n - Koeffizient, der den Einfluss der Umgebung auf die Eigenschaften des Objekts angibt. Für Räumlichkeiten in direktem Kontakt mit der Außenumgebung durch Decken n=1; bei Objekten mit Dachgeschoss n=0,9; wenn sich das Objekt über dem Keller befindet n = 0,75;

β ist der Koeffizient des zusätzlichen Wärmeverlusts, der von der Art des Gebäudes und seiner geografischen Lage abhängt, β kann zwischen 0,05 und 0,27 variieren;

Rt - Wärmewiderstand, wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt:

Rt = 1/α_intern + Σ ( δ_ich /λ_ich ) + 1/α_Koje (m2*°С / W), wobei:

δ_ich / λі ist der berechnete Indikator für die Wärmeleitfähigkeit von Baumaterialien.

a_Koje- Wärmeableitungskoeffizient der Außenflächen von Umschließungskonstruktionen (W / m2 * ° C);

a_intern- Wärmeabsorptionskoeffizient der Innenflächen von Umschließungsstrukturen (W / m2 * ° C);

- Der Gesamtwärmeverlust der Struktur wird nach folgender Formel berechnet:

Qt.pot \u003d Qok + Qi - Qbp, wobei:

Qi - Energiekosten für die Erwärmung der Luft, die durch natürliche Lecks in den Raum eintritt;

Qbp ​​​​- Wärmefreisetzung aufgrund der Funktion von Haushaltsgeräten und menschlichen Aktivitäten.

2. Anhand der gewonnenen Daten wird für jedes einzelne Objekt der Jahresverbrauch an thermischer Energie berechnet:

QJahr = 24*0,63*Qt. Schweiß.*(( d*( tin — tout.av.)/ ( tin — tout.)) (kWh pro Jahr) wobei:

tvn - empfohlene Lufttemperatur im Raum;

tout - Außenlufttemperatur;

tout.average - das arithmetische Mittel der Außenlufttemperatur für die gesamte Heizperiode;

d ist die Anzahl der Tage der Heizperiode.

3. Für eine vollständige Analyse muss auch die zur Erwärmung des Wassers erforderliche Wärmeleistung berechnet werden:

Qhv \u003d V * 17 (kW / h pro Jahr.) Wobei:

V ist das Volumen der täglichen Erwärmung von Wasser auf 50 °C.

Dann wird der Gesamtverbrauch an Wärmeenergie durch die Formel bestimmt:

Q \u003d Qgw + Qyear (kW / h pro Jahr.)

Unter Berücksichtigung der erhaltenen Daten wird es nicht schwierig sein, die am besten geeignete Wärmepumpe für Heizung und Warmwasserversorgung auszuwählen. Darüber hinaus wird die berechnete Leistung als bestimmt. Qtn=1,1*Q, wobei:

Qtn=1,1*Q, wobei:

1.1 - Korrekturfaktor, der die Möglichkeit angibt, die Belastung der Wärmepumpe beim Auftreten kritischer Temperaturen zu erhöhen.

Nachdem Sie die Wärmepumpenberechnung durchgeführt haben, können Sie die am besten geeignete Wärmepumpe auswählen, die die erforderlichen Mikroklimaparameter in Räumen mit beliebigen technischen Eigenschaften liefern kann. Und angesichts der Möglichkeit, dieses System mit einer Klimaanlage mit Fußbodenheizung zu integrieren, kann es nicht nur seine Funktionalität, sondern auch seinen hohen ästhetischen Wert feststellen.

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Wie Sie die Anzahl und Tiefe der Brunnen für HP richtig berechnen, finden Sie im folgenden Video:

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Arten von Wärmepumpen

Wärmepumpen werden nach der Quelle der minderwertigen Energie in drei Haupttypen unterteilt:

• Luft.
• Grundierung.
• Wasser - Die Quelle kann Grundwasser und Gewässer an der Oberfläche sein.

Für die häufigeren Warmwasserbereitungssysteme werden folgende Arten von Wärmepumpen verwendet:

„Luft-Wasser“ – eine Luftwärmepumpe, die das Gebäude beheizt, indem Luft von außen durch eine Außeneinheit angesaugt wird. Es funktioniert nach dem Prinzip einer Klimaanlage, nur umgekehrt, indem es die Energie der Luft in Wärme umwandelt. Eine solche Wärmepumpe erfordert keine großen Installationskosten, sie muss ihr kein Grundstück zuweisen und außerdem keinen Brunnen bohren. Die Effizienz des Betriebs bei niedrigen Temperaturen (-25 ° C) nimmt jedoch ab und es wird eine zusätzliche Wärmeenergiequelle benötigt.

Das „Grundwasser“-Gerät bezieht sich auf Geothermie und erzeugt Wärme aus dem Boden unter Verwendung eines Kollektors, der in einer Tiefe unterhalb des Gefrierpunkts des Bodens verlegt ist. Auch besteht eine Abhängigkeit von der Fläche des Geländes und der Landschaft, wenn der Kollektor horizontal angeordnet ist. Für eine vertikale Anordnung muss ein Brunnen gebohrt werden.

"Wasser-Wasser" wird dort installiert, wo sich in der Nähe ein Reservoir oder Grundwasser befindet. Im ersten Fall wird der Kollektor auf den Boden des Reservoirs gelegt, im zweiten Fall wird ein oder mehrere Brunnen gebohrt, wenn die Fläche des Standorts dies zulässt. Manchmal ist die Grundwassertiefe zu groß, sodass die Kosten für die Installation einer solchen Wärmepumpe sehr hoch sein können.

Jede Art von Wärmepumpe hat ihre Vor- und Nachteile, wenn das Gebäude weit von einem Gewässer entfernt ist oder das Grundwasser zu tief ist, dann funktioniert Wasser-zu-Wasser nicht."Luft-Wasser" wird nur in relativ warmen Regionen relevant sein, in denen die Lufttemperatur während der kalten Jahreszeit nicht unter -25º C fällt.

Verfahren zur Berechnung der Leistung einer Wärmepumpe

Neben der Bestimmung des optimalen Energieträgers muss die zum Heizen benötigte Leistung der Wärmepumpe berechnet werden. Sie hängt von der Höhe des Wärmeverlustes des Gebäudes ab. Lassen Sie uns anhand eines konkreten Beispiels die Leistung einer Wärmepumpe zum Heizen eines Hauses berechnen.

Dazu verwenden wir die Formel Q=k*V*∆T, wobei

• Q ist der Wärmeverlust (kcal/Stunde). 1 kWh = 860 kcal/h;
• V ist das Volumen des Hauses in m3 (wir multiplizieren die Fläche mit der Höhe der Decken);
• ∆Т ist das Verhältnis der Mindesttemperaturen außerhalb und innerhalb der Räumlichkeiten während der kältesten Jahreszeit, °С. Vom internen tº subtrahieren wir das externe;
• k ist der verallgemeinerte Wärmedurchgangskoeffizient des Gebäudes. Für ein Backsteingebäude mit zwei Schichten Mauerwerk k=1; für ein gut gedämmtes Gebäude k=0,6.

Die Berechnung der Leistung einer Wärmepumpe zum Heizen eines Backsteinhauses von 100 m² und einer Deckenhöhe von 2,5 m mit einem ttº-Unterschied von -30º außen bis +20º innen lautet also wie folgt:

Q \u003d (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 \u003d 12500 kcal / Stunde

12500/860 = 14,53 kW. Das heißt, für ein Standard-Backsteinhaus mit einer Fläche von 100 m2 benötigen Sie ein 14-Kilowatt-Gerät.

Der Verbraucher akzeptiert die Wahl des Typs und der Leistung der Wärmepumpe auf der Grundlage einer Reihe von Bedingungen:

• geografische Merkmale des Gebiets (Nähe von Gewässern, Vorhandensein von Grundwasser, freie Fläche für einen Sammler);
• Klimaeigenschaften (Temperatur);
• Art und Innenvolumen des Raumes;
• finanzielle Möglichkeiten.

Unter Berücksichtigung aller oben genannten Aspekte werden Sie in der Lage sein, die beste Wahl der Ausrüstung zu treffen. Für eine effizientere und korrektere Auswahl einer Wärmepumpe ist es besser, sich an Spezialisten zu wenden, die detailliertere Berechnungen durchführen und die wirtschaftliche Machbarkeit der Installation der Ausrüstung angeben können.

Wärmepumpen werden seit langem und sehr erfolgreich in Haushalts- und Industriekühlschränken und Klimaanlagen eingesetzt.

Heute wurden diese Geräte verwendet, um die Funktion der entgegengesetzten Natur zu erfüllen - das Heizen des Hauses in der kalten Jahreszeit.

Mal sehen, wie Wärmepumpen zum Heizen von Privathäusern verwendet werden und was Sie wissen müssen, um alle Komponenten korrekt zu berechnen.

Berechnungsbeispiel Wärmepumpe

Wir werden eine Wärmepumpe für das Heizsystem eines einstöckigen Hauses mit einer Gesamtfläche von 70 m² auswählen. m mit einer Standarddeckenhöhe (2,5 m), rationelle Architektur und Wärmedämmung von Umfassungskonstruktionen, die den Anforderungen moderner Bauvorschriften entsprechen. Zum Heizen des 1. qm. m eines solchen Objekts müssen Sie nach allgemein anerkannten Standards 100 W Wärme aufwenden. Zum Heizen des ganzen Hauses benötigen Sie also:

Q \u003d 70 x 100 \u003d 7000 W \u003d 7 kW thermische Energie.

Wir haben uns für eine Wärmepumpe der Marke „TeploDarom“ (Modell L-024-WLC) mit einer Heizleistung von W = 7,7 kW entschieden. Der Kompressor der Einheit verbraucht N = 2,5 kW Strom.

Kollektorberechnung

Der Boden in der für den Bau des Kollektors vorgesehenen Fläche ist lehmig, der Grundwasserspiegel ist hoch (wir nehmen den Heizwert p = 35 W/m).

Die Kollektorleistung wird durch die Formel bestimmt:

Qk \u003d W - N \u003d 7,7 - 2,5 \u003d 5,2 kW.

L = 5200 / 35 = 148,5 m (ca.).

Aufgrund der Tatsache, dass die Verlegung eines Kreislaufs über 100 m aufgrund des zu hohen hydraulischen Widerstands unvernünftig ist, gehen wir von folgendem aus: Der Wärmepumpenkollektor wird aus zwei Kreislaufen bestehen - 100 m und 50 m lang.

Der Bereich des Standorts, der unter den Kollektor genommen werden muss, wird durch die Formel bestimmt:

S = L x A,

Wobei A die Stufe zwischen benachbarten Abschnitten der Kontur ist. Wir akzeptieren: A = 0,8 m.

Dann ist S = 150 x 0,8 = 120 m². m.

Amortisation einer Wärmepumpe

Wenn es darum geht, wie lange eine Person ihr in etwas investiertes Geld zurückgeben kann, bedeutet dies, wie rentabel die Investition selbst war. Auf dem Gebiet der Heizung ist alles ziemlich schwierig, da wir uns selbst mit Komfort und Wärme versorgen und alle Systeme teuer sind, aber in diesem Fall können Sie nach einer Option suchen, die das ausgegebene Geld zurückgibt, indem die Kosten bei der Nutzung gesenkt werden. Und wenn Sie anfangen, nach einer geeigneten Lösung zu suchen, vergleichen Sie alles: einen Gaskessel, eine Wärmepumpe oder einen Elektroboiler. Wir analysieren, welches System sich schneller und effizienter rechnet.

Das Konzept der Amortisation, in diesem Fall die Einführung einer Wärmepumpe zur Modernisierung des bestehenden Wärmeversorgungssystems, lässt sich, wenn auch einfach, wie folgt erklären:

Es gibt ein System - einen einzelnen Gaskessel, der unabhängige Heizung und Warmwasser bereitstellt. Es gibt eine Split-Klimaanlage, die einen Raum mit Kälte versorgt. Installierte 3 Split-Systeme in verschiedenen Räumen.

Und es gibt eine sparsamere fortschrittliche Technologie - eine Wärmepumpe, die Häuser heizt / kühlt und Wasser in den richtigen Mengen für ein Haus oder eine Wohnung erwärmt. Es muss festgestellt werden, wie stark sich die Gesamtkosten der Ausrüstung und der Anschaffungskosten verändert haben, sowie beurteilt werden, wie stark die jährlichen Kosten für den Betrieb der ausgewählten Ausrüstungstypen gesunken sind. Und zu ermitteln, wie viele Jahre teurere Geräte sich mit den daraus resultierenden Einsparungen amortisieren. Idealerweise werden mehrere konstruktive Lösungsvorschläge verglichen und die kostengünstigste ausgewählt.

Wir führen die Berechnung durch und ermitteln die Amortisationszeit einer Wärmepumpe in der Ukraine

Betrachten Sie ein konkretes Beispiel

• Haus auf 2 Etagen, gut isoliert, mit einer Gesamtfläche von 150 qm.
• Wärme-/Heizungsverteilungssystem: Kreislauf 1 – Fußbodenheizung, Kreislauf 2 – Heizkörper (oder Gebläsekonvektoren).
• Ein Gastherme für Heizung und Warmwasserbereitung (Warmwasser), z. B. 24kW, Zweikreis, ist installiert.
• Klimaanlage aus Split-Systemen für 3 Zimmer des Hauses.

Jährliche Heiz- und Warmwasserkosten

max. Heizleistung PS zum Heizen, kW	19993,59
max. Leistungsaufnahme PS beim Heizen, kW	7283,18

max. Heizleistung der WP für die Warmwasserbereitung, kW	2133,46
max. Leistungsaufnahme PS bei Arbeiten an der Warmwasserversorgung, kW	866,12

1. Die ungefähren Kosten für einen Heizraum mit einem 24-kW-Gaskessel (Kessel, Rohrleitungen, Verkabelung, Tank, Zähler, Installation) betragen etwa 1000 Euro. Eine Klimaanlage (ein Split-System) für ein solches Haus kostet etwa 800 Euro. Insgesamt mit der Anordnung des Heizraums, Planungsarbeiten, Anschluss an das Gasleitungsnetz und Installationsarbeiten - 6100 Euro.

1. Die ungefähren Kosten für eine Mycond-Wärmepumpe mit zusätzlichem Fan-Coil-System, Installationsarbeiten und elektrischem Anschluss betragen 6650 Euro.

1. Das Wachstum der Kapitalinvestitionen beträgt: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 Euro (oder etwa 16500 UAH)
2. Die Reduzierung der Betriebskosten beträgt: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Amortisationszeit Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 Jahre!

Benutzerfreundlichkeit der Wärmepumpe

Wärmepumpen sind die vielseitigsten, multifunktionalsten und energieeffizientesten Geräte zum Heizen eines Hauses, einer Wohnung, eines Büros oder einer gewerblichen Einrichtung.

Ein intelligentes Steuersystem mit wöchentlicher oder täglicher Programmierung, automatischer Umschaltung der saisonalen Einstellungen, Aufrechterhaltung der Temperatur in den Häusern, Sparmodi, Steuerung eines Nebenkessels, Kessels, Umwälzpumpen, Temperaturregelung in zwei Heizkreisen, ist das fortschrittlichste und fortschrittlichste . Die Invertersteuerung von Kompressor, Lüfter und Pumpen ermöglicht maximale Energieeinsparungen.

Wärmepumpenbetrieb bei Grundwasserbetrieb

Die Verlegung des Kollektors im Erdreich kann auf drei Arten erfolgen.

Horizontale Option

Rohre werden in Gräben "Schlange" bis zu einer Tiefe verlegt, die die Tiefe des Gefrierens des Bodens überschreitet (im Durchschnitt - von 1 bis 1,5 m).

Ein solcher Sammler benötigt ein ausreichend großes Grundstück, aber jeder Hausbesitzer kann es bauen - außer der Fähigkeit, mit einer Schaufel zu arbeiten, sind keine anderen Fähigkeiten erforderlich.

Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass der Bau eines Wärmetauschers von Hand ein ziemlich mühsamer Prozess ist.

Vertikale Option

Sammelrohre in Form von Schleifen mit der Form des Buchstabens "U" werden in Brunnen mit einer Tiefe von 20 bis 100 m eingetaucht, bei Bedarf können mehrere solcher Brunnen gebaut werden. Nach der Installation der Rohre werden die Brunnen mit Zementmörtel gefüllt.

Der Vorteil eines Vertikalkollektors besteht darin, dass für seine Konstruktion eine sehr kleine Fläche benötigt wird. Es gibt jedoch keine Möglichkeit, Brunnen mit einer Tiefe von mehr als 20 m selbst zu bohren - Sie müssen ein Team von Bohrern einstellen.

Kombinierte Variante

Dieser Kollektor kann als Variation des horizontalen Kollektors betrachtet werden, benötigt jedoch viel weniger Platz zum Bauen.

Auf dem Gelände wird ein runder Brunnen mit einer Tiefe von 2 m gegraben.

Die Wärmetauscherrohre sind spiralförmig verlegt, so dass der Kreislauf wie eine vertikal gelagerte Feder wirkt.

Nach Abschluss der Installationsarbeiten schläft der Brunnen ein. Wie bei einem horizontalen Wärmetauscher können alle notwendigen Arbeiten von Hand erledigt werden.

Der Kollektor ist mit Frostschutzmittel - Frostschutzmittel oder Ethylenglykollösung gefüllt. Um die Zirkulation sicherzustellen, stürzt eine spezielle Pumpe in den Kreislauf. Nachdem das Frostschutzmittel die Wärme des Bodens aufgenommen hat, gelangt es in den Verdampfer, wo ein Wärmeaustausch zwischen ihm und dem Kältemittel stattfindet.

Es ist zu berücksichtigen, dass die unbegrenzte Wärmeentnahme aus dem Erdreich, insbesondere bei vertikaler Anordnung des Kollektors, zu unerwünschten Folgen für die Geologie und Ökologie des Standorts führen kann. Daher ist es in der Sommerzeit sehr wünschenswert, die HP vom Typ "Boden - Wasser" im Umkehrmodus zu betreiben - Klimaanlage.

Das Gasheizsystem hat viele Vorteile und einer der wichtigsten sind die niedrigen Gaskosten. Wie Sie die Hausheizung mit Gas ausstatten, werden Sie vom Heizschema eines Privathauses mit einem Gaskessel aufgefordert. Berücksichtigen Sie die Auslegung des Heizsystems und die Anforderungen für den Austausch.

Lesen Sie in diesem Thema mehr über die Merkmale der Auswahl von Sonnenkollektoren für die Hausheizung.

Berechnung des horizontalen Kollektors einer Wärmepumpe

Die Effizienz eines Horizontalkollektors hängt von der Temperatur des Mediums ab, in das er eingetaucht ist, seiner Wärmeleitfähigkeit sowie der Kontaktfläche mit der Rohroberfläche. Die Berechnungsmethode ist ziemlich kompliziert, daher werden in den meisten Fällen gemittelte Daten verwendet.

Es wird angenommen, dass jeder Meter des Wärmetauschers der HP die folgende Wärmeleistung liefert:

• 10 W - wenn in trockenem Sand- oder Felsboden vergraben;
• 20 W - in trockenem Lehmboden;
• 25 W - in nassem Lehmboden;
• 35 W - in sehr feuchtem Lehmboden.

Zur Berechnung der Kollektorlänge (L) ist also die benötigte Wärmeleistung (Q) durch den Heizwert des Erdreichs (p) zu dividieren:

L = Q / p.

Die angegebenen Werte können nur dann als gültig angesehen werden, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

• Das Land über dem Kollektor ist nicht bebaut, beschattet oder mit Bäumen oder Sträuchern bepflanzt.
• Der Abstand zwischen benachbarten Windungen der Spirale oder Abschnitten der "Schlange" beträgt mindestens 0,7 m.

So funktionieren Wärmepumpen

In jeder HP gibt es ein Arbeitsmedium, das Kältemittel genannt wird. Normalerweise wirkt Freon in dieser Eigenschaft seltener - Ammoniak. Das Gerät selbst besteht aus nur drei Komponenten:

Der Verdampfer und der Kondensator sind zwei Behälter, die wie lange gebogene Rohre aussehen - Schlangen. Der Kondensator ist an einem Ende mit dem Kompressorauslass und der Verdampfer mit dem Einlass verbunden. Die Enden der Spulen werden verbunden und an der Verbindungsstelle zwischen ihnen wird ein Druckreduzierventil installiert. Der Verdampfer steht direkt oder indirekt mit dem Quellmedium in Kontakt, während der Kondensator mit dem Heiz- oder Warmwassersystem in Kontakt steht.

Wie eine Wärmepumpe funktioniert

Der Betrieb der HP basiert auf der Abhängigkeit von Volumen, Druck und Temperatur des Gases. Folgendes passiert innerhalb des Aggregats:

1. Ammoniak, Freon oder ein anderes Kältemittel, das sich durch den Verdampfer bewegt, erwärmt sich vom Quellmedium beispielsweise auf eine Temperatur von +5 Grad.
2. Nach Passieren des Verdampfers gelangt das Gas zum Kompressor, der es in den Kondensator pumpt.
3. Das vom Kompressor geförderte Kältemittel wird durch ein Druckminderventil im Kondensator gehalten, so dass sein Druck hier höher ist als im Verdampfer. Wie Sie wissen, steigt mit zunehmendem Druck die Temperatur jedes Gases.Genau das passiert mit dem Kältemittel – es erwärmt sich auf 60 – 70 Grad. Da der Kondensator von dem im Heizsystem zirkulierenden Kühlmittel umspült wird, wird dieses ebenfalls beheizt.
4. Durch das Druckminderventil wird das Kältemittel in kleinen Portionen in den Verdampfer geleitet, wo sein Druck wieder abfällt. Das Gas dehnt sich aus und kühlt ab, und da ihm ein Teil der inneren Energie durch Wärmeübertragung in der vorherigen Stufe verloren gegangen ist, sinkt seine Temperatur unter die anfänglichen +5 Grad. Nach dem Verdampfer wird es wieder erhitzt, dann wird es vom Kompressor in den Kondensator gepumpt – und so weiter im Kreis. Wissenschaftlich wird dieser Prozess als Carnot-Zyklus bezeichnet.

Aber HP bleibt immer noch sehr profitabel: Für jede ausgegebene kWh Strom können 3 bis 5 kWh Wärme gewonnen werden.

Einfluss der Ausgangsdaten auf das Berechnungsergebnis

Nutzen wir nun das im Laufe der Berechnungen aufgebaute mathematische Modell, um den Einfluss verschiedener Ausgangsdaten auf das Endergebnis der Berechnung nachzuvollziehen. Es ist anzumerken, dass die mit Excel durchgeführten Berechnungen eine sehr schnelle Durchführung einer solchen Analyse ermöglichen.

Lassen Sie uns zunächst sehen, wie sich seine Wärmeleitfähigkeit auf den Wert des Wärmeflusses vom Boden zum WGT auswirkt.

Unser Berechnungsbeispiel wurde für Erdreich mit Wärmeleitfähigkeit ? \u003d 2,076 W / (K • m), und der spezifische Wärmefluss war q_jD = 41,4 W. Auf Abb. 3 zeigt die Funktion q_jD = ?(?) mit anderen Berechnungsbedingungen unverändert.

 

Es ist bekannt, dass, wenn VGT im Sommer im Modus der Wärmeabfuhr von den Kältemaschinen der Klimaanlage verwendet wird, die Effizienz von Erdwärmetauschern, die im Winter zusammen mit einer Wärmepumpe arbeiten, steigt. Die Kurve in Abb. Abbildung 4 zeigt die Abhängigkeit des spezifischen Wärmestroms vom Erdreich zur VGT im Winter vom Verhältnis des jährlichen Kältebedarfs des Gebäudes zum jährlichen Heizwärmebedarf.

In der europäischen Praxis wird beim Bau von Erdwärmepumpen üblicherweise VGT mit zwei U-förmigen Polyethylenrohren verwendet, die in einem Brunnen installiert sind. Das mathematische Modell erlaubt es, die Wirksamkeit einer solchen technischen Lösung zu bewerten (Abb. 5). Die Werte des spezifischen Wärmestroms in der linken und rechten Spalte des Diagramms werden für die Werte des äquivalenten Durchmessers des VGT berechnet, entsprechend der Konstruktion des Wärmetauschers mit einem und zwei U-Rohren.

Entscheidend für die Intensivierung der Wärmeübertragung im Erdreich ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Erdreich und dem im Verdampfer der Wärmepumpe abgekühlten Glykol. Auf Abb. 6 zeigt die Abhängigkeit des spezifischen Wärmeflusses von dieser Temperaturdifferenz.

Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die Abbildungen 3…6 nicht die absoluten Werte des spezifischen Wärmeflusses vom Boden zum VGT zeigen, sondern die Art der Änderung dieser Werte aus einem der Argumente, während viele andere Argumente bleiben unverändert bzw. so, wie sie in unserem Rechenbeispiel definiert bzw. angegeben wurden. Daher ist es nicht möglich, sich an den in diesen Abbildungen gezeigten Diagrammen zu orientieren, um die Länge der VGT in bestimmten Projekten zu berechnen.

 

Es wird empfohlen, die Länge von Vertikal-Erdwärmetauschern nach Formel (6) zu ermitteln.