Τύποι αντλιών θερμότητας για οικιακή θέρμανση

Τύποι σχεδίων αντλιών θερμότητας

Ο τύπος HP συνήθως υποδηλώνεται με μια φράση που υποδεικνύει το μέσο πηγής και τον φορέα θερμότητας του συστήματος θέρμανσης.

Υπάρχουν οι εξής ποικιλίες:

TN "αέρας - αέρας"?
TN "αέρας - νερό";
TN "χώμα - νερό";
ΤΝ «νερό – νερό».

Η πρώτη επιλογή είναι ένα συμβατικό σύστημα split που λειτουργεί σε λειτουργία θέρμανσης. Ο εξατμιστής είναι τοποθετημένος στο δρόμο και ένα μπλοκ με συμπυκνωτή είναι εγκατεστημένο μέσα στο σπίτι. Το τελευταίο φυσάται από έναν ανεμιστήρα, λόγω του οποίου παρέχεται μια ζεστή μάζα αέρα στο δωμάτιο.

Εάν ένα τέτοιο σύστημα είναι εξοπλισμένο με ειδικό εναλλάκτη θερμότητας με σωλήνες διακλάδωσης, θα ληφθεί μια αντλία θερμότητας αέρα-νερού. Συνδέεται με το σύστημα θέρμανσης νερού.

Ένας εξατμιστής αντλίας θερμότητας αέρα-αέρα ή αέρα-νερού μπορεί να τοποθετηθεί όχι στο δρόμο, αλλά στον αγωγό εξαερισμού της εξάτμισης (πρέπει να εξαναγκαστεί). Σε αυτήν την περίπτωση, η απόδοση της HP θα αυξηθεί αρκετές φορές.

Οι αντλίες θερμότητας των τύπων "νερό - νερό" και "χώμα - νερό" χρησιμοποιούν τον λεγόμενο εξωτερικό εναλλάκτη θερμότητας ή, όπως ονομάζεται επίσης, συλλέκτη για την εξαγωγή θερμότητας.

Σχηματικό διάγραμμα της αντλίας θερμότητας

Αυτός είναι ένας σωλήνας με μακρύ βρόχο, συνήθως πλαστικός, μέσω του οποίου κυκλοφορεί ένα υγρό μέσο που πλένει τον εξατμιστή. Και οι δύο τύποι HP είναι η ίδια συσκευή: στη μία περίπτωση, ο συλλέκτης βυθίζεται στο κάτω μέρος μιας επιφανειακής δεξαμενής και στη δεύτερη, στο έδαφος. Ο συμπυκνωτής ενός τέτοιου HP βρίσκεται σε έναν εναλλάκτη θερμότητας συνδεδεμένο με ένα σύστημα θέρμανσης νερού.

Η σύνδεση ενός HP σύμφωνα με το σχήμα "νερό - νερό" είναι πολύ λιγότερο επίπονη από το "χώμα - νερό", αφού δεν χρειάζονται χωματουργικές εργασίες. Στο κάτω μέρος της δεξαμενής, ο σωλήνας τοποθετείται με τη μορφή σπείρας. Φυσικά, μόνο ένα τέτοιο σώμα νερού είναι κατάλληλο για αυτό το σχήμα, το οποίο δεν παγώνει στον πυθμένα το χειμώνα.

Είναι καιρός να μελετήσουμε λεπτομερώς την ξένη εμπειρία

Σχεδόν όλοι γνωρίζουν ήδη για τις αντλίες θερμότητας που μπορούν να εξάγουν θερμότητα περιβάλλοντος για τη θέρμανση κτιρίων και αν μέχρι πρόσφατα ένας πιθανός πελάτης, κατά κανόνα, έκανε μια μπερδεμένη ερώτηση "πώς είναι δυνατόν;", τώρα η ερώτηση "πώς είναι σωστό" είναι ακούγεται όλο και περισσότερο. κάνει;».

Δεν είναι εύκολο να απαντηθεί αυτό το ερώτημα.

Αναζητώντας μια απάντηση στα πολυάριθμα ερωτήματα που αναπόφευκτα προκύπτουν όταν προσπαθείτε να σχεδιάσετε συστήματα θέρμανσης με αντλίες θερμότητας, συνιστάται να στραφείτε στην εμπειρία των ειδικών από εκείνες τις χώρες όπου οι αντλίες θερμότητας σε επίγειους εναλλάκτες θερμότητας χρησιμοποιούνται εδώ και πολύ καιρό.

Μια επίσκεψη * στην αμερικανική έκθεση AHR EXPO-2008, η οποία πραγματοποιήθηκε κυρίως για τη λήψη πληροφοριών σχετικά με τις μεθόδους μηχανικών υπολογισμών των εναλλάκτη θερμότητας εδάφους, δεν έφερε άμεσα αποτελέσματα προς αυτή την κατεύθυνση, αλλά ένα βιβλίο πωλήθηκε στο εκθεσιακό περίπτερο ASHRAE, ορισμένες από τις διατάξεις των οποίων χρησίμευσαν ως βάση για τις δημοσιεύσεις αυτές.

Θα πρέπει να πούμε αμέσως ότι η μεταφορά αμερικανικών μεθόδων στο εσωτερικό έδαφος δεν είναι εύκολη υπόθεση. Οι Αμερικανοί δεν κάνουν τα πράγματα όπως κάνουν στην Ευρώπη. Μόνο που μετρούν τον χρόνο στις ίδιες μονάδες με εμάς. Όλες οι άλλες μονάδες μέτρησης είναι αμιγώς αμερικανικές ή μάλλον βρετανικές. Οι Αμερικανοί ήταν ιδιαίτερα άτυχοι με τη ροή θερμότητας, η οποία μπορεί να μετρηθεί τόσο σε βρετανικές θερμικές μονάδες ανά μονάδα χρόνου, όσο και σε τόνους ψύξης, που πιθανότατα εφευρέθηκαν στην Αμερική.

Το κύριο πρόβλημα, ωστόσο, δεν ήταν η τεχνική ταλαιπωρία του εκ νέου υπολογισμού των μονάδων μέτρησης που γίνονται αποδεκτές στις Ηνωμένες Πολιτείες, στην οποία μπορεί κανείς να συνηθίσει τελικά, αλλά η απουσία στο αναφερόμενο βιβλίο μιας σαφούς μεθοδολογικής βάσης για την κατασκευή ενός αλγορίθμου υπολογισμού. Δίνεται πάρα πολύς χώρος σε συνηθισμένες και γνωστές μεθόδους υπολογισμού, ενώ ορισμένες σημαντικές διατάξεις παραμένουν εντελώς άγνωστες.

Ειδικότερα, τέτοια φυσικά σχετικά δεδομένα εισόδου για τον υπολογισμό των κατακόρυφων εναλλάκτη θερμότητας εδάφους, όπως η θερμοκρασία του υγρού που κυκλοφορεί στον εναλλάκτη θερμότητας και ο συντελεστής μετατροπής της αντλίας θερμότητας, δεν μπορούν να οριστούν αυθαίρετα και πριν προχωρήσουμε σε υπολογισμούς που σχετίζονται με ασταθή θερμότητα μεταφορά στο έδαφος, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν οι εξαρτήσεις που συνδέουν αυτές τις επιλογές.

Το κριτήριο για την απόδοση μιας αντλίας θερμότητας είναι ο συντελεστής μετατροπής α, η τιμή του οποίου καθορίζεται από την αναλογία της θερμικής ισχύος της προς την ισχύ του ηλεκτροκινητήρα του συμπιεστή. Αυτή η τιμή είναι συνάρτηση των θερμοκρασιών βρασμού στον εξατμιστή t_u και συμπύκνωση t_κ, και σε σχέση με τις αντλίες θερμότητας "νερό-νερό" μπορούμε να μιλήσουμε για τη θερμοκρασία του υγρού στην έξοδο του εξατμιστή t_2Iκαι στην έξοδο του πυκνωτή t₂_κ:

? = ?(τ_2I, τ₂_κ). (1)

Μια ανάλυση των χαρακτηριστικών καταλόγου των σειριακών ψυκτικών μηχανών και των αντλιών θερμότητας νερού-νερού κατέστησε δυνατή την εμφάνιση αυτής της λειτουργίας με τη μορφή διαγράμματος (Εικ. 1).

Χρησιμοποιώντας το διάγραμμα, είναι εύκολο να προσδιοριστούν οι παράμετροι της αντλίας θερμότητας στα αρχικά στάδια του σχεδιασμού. Είναι προφανές, για παράδειγμα, ότι εάν το σύστημα θέρμανσης που είναι συνδεδεμένο με την αντλία θερμότητας έχει σχεδιαστεί για να παρέχει ένα θερμαντικό μέσο με θερμοκρασία ροής 50°C, τότε ο μέγιστος δυνατός συντελεστής μετατροπής της αντλίας θερμότητας θα είναι περίπου 3,5. Ταυτόχρονα, η θερμοκρασία της γλυκόλης στην έξοδο του εξατμιστή δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από +3°C, πράγμα που σημαίνει ότι θα χρειαστεί ένας ακριβός εναλλάκτης θερμότητας εδάφους.

Ταυτόχρονα, εάν το σπίτι θερμαίνεται με ενδοδαπέδια θέρμανση, ένα ψυκτικό υγρό με θερμοκρασία 35°C θα εισέλθει στο σύστημα θέρμανσης από τον συμπυκνωτή της αντλίας θερμότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, η αντλία θερμότητας μπορεί να λειτουργήσει πιο αποτελεσματικά, για παράδειγμα, με συντελεστή μετατροπής 4,3, εάν η θερμοκρασία της ψυχόμενης γλυκόλης στον εξατμιστή είναι περίπου -2°C.

Χρησιμοποιώντας υπολογιστικά φύλλα Excel, μπορείτε να εκφράσετε τη συνάρτηση (1) ως εξίσωση:

? = 0,1729 • (41,5 + t_2I – 0,015 τόνοι_2I • τ₂_κ – 0,437 • τ₂_κ (2)

Εάν, με τον επιθυμητό συντελεστή μετατροπής και μια δεδομένη τιμή της θερμοκρασίας του ψυκτικού στο σύστημα θέρμανσης που τροφοδοτείται από αντλία θερμότητας, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η θερμοκρασία του υγρού που ψύχεται στον εξατμιστή, τότε η εξίσωση (2) μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

(3)

Για να επιλέξετε τη θερμοκρασία του φορέα θερμότητας στο σύστημα θέρμανσης για δεδομένες τιμές του συντελεστή μετατροπής της αντλίας θερμότητας και τη θερμοκρασία του υγρού στην έξοδο του εξατμιστή, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον τύπο:

(4)

Στους τύπους (2)…(4) οι θερμοκρασίες εκφράζονται σε βαθμούς Κελσίου.

Έχοντας καθορίσει αυτές τις εξαρτήσεις, μπορούμε τώρα να προχωρήσουμε απευθείας στην αμερικανική εμπειρία.

Μεθοδολογία υπολογισμού αντλιών θερμότητας

Φυσικά, η διαδικασία επιλογής και υπολογισμού μιας αντλίας θερμότητας είναι μια τεχνικά πολύ περίπλοκη λειτουργία και εξαρτάται από τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά του αντικειμένου, αλλά περίπου μπορεί να περιοριστεί στα ακόλουθα βήματα:

Προσδιορίζονται οι απώλειες θερμότητας μέσω του κελύφους του κτιρίου (τοίχοι, οροφές, παράθυρα, πόρτες). Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας την ακόλουθη αναλογία:

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

tout - θερμοκρασία εξωτερικού αέρα (°С);

κασσίτερος – εσωτερική θερμοκρασία αέρα (°С);

S είναι η συνολική επιφάνεια όλων των δομών που περικλείουν (m2).

n είναι ένας συντελεστής που δείχνει την επίδραση του περιβάλλοντος στα χαρακτηριστικά του αντικειμένου. Για χώρους σε άμεση επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον μέσω οροφών n=1; για αντικείμενα με σοφίτες n=0,9; εάν το αντικείμενο βρίσκεται πάνω από το υπόγειο n = 0,75.

β είναι ο συντελεστής πρόσθετης απώλειας θερμότητας, ο οποίος εξαρτάται από τον τύπο του κτιρίου και τη γεωγραφική του θέση· το β μπορεί να κυμαίνεται από 0,05 έως 0,27.

Rt - η θερμική αντίσταση, προσδιορίζεται από την ακόλουθη έκφραση:

Rt = 1/ α_{εσωτερικός} + Σ (δ_Εγώ /λ_Εγώ ) + 1/α_{κουκέτα}(m2*°С / W), όπου:

δ_Εγώ / λі είναι ο υπολογισμένος δείκτης της θερμικής αγωγιμότητας των υλικών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή.

α_{κουκέτα}- συντελεστής θερμικής διασποράς των εξωτερικών επιφανειών των κατασκευών που περικλείουν (W / m2 * ° C).

α_{εσωτερικός}- συντελεστής θερμικής απορρόφησης των εσωτερικών επιφανειών των κατασκευών που περικλείουν (W / m2 * ° C).

- Η συνολική απώλεια θερμότητας της κατασκευής υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο:

Qt.pot \u003d Qok + Qi - Qbp, όπου:

Qi - κόστος ενέργειας για τη θέρμανση του αέρα που εισέρχεται στο δωμάτιο μέσω φυσικών διαρροών.

Qbp - απελευθέρωση θερμότητας λόγω της λειτουργίας των οικιακών συσκευών και των ανθρώπινων δραστηριοτήτων.

2. Με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν, υπολογίζεται η ετήσια κατανάλωση θερμικής ενέργειας για κάθε μεμονωμένο αντικείμενο:

Q έτος = 24*0,63*Qt. ιδρώτας.*(( d*( tin — tout.av.)/ ( tin — tout.)) (kWh ανά έτος) όπου:

tvn - συνιστώμενη θερμοκρασία αέρα μέσα στο δωμάτιο.

tout - εξωτερική θερμοκρασία αέρα.

tout.average - ο αριθμητικός μέσος όρος της εξωτερικής θερμοκρασίας του αέρα για ολόκληρη την περίοδο θέρμανσης.

d είναι ο αριθμός των ημερών της περιόδου θέρμανσης.

3. Για μια πλήρη ανάλυση, θα χρειαστεί επίσης να υπολογιστεί το επίπεδο της θερμικής ισχύος που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού:

Qhv \u003d V * 17 (kW / h ανά έτος.) όπου:

V είναι ο όγκος της ημερήσιας θέρμανσης του νερού μέχρι τους 50 °C.

Στη συνέχεια, η συνολική κατανάλωση θερμικής ενέργειας προσδιορίζεται από τον τύπο:

Q \u003d Qgw + Q έτος (kW / h ανά έτος.)

Λαμβάνοντας υπόψη τα ληφθέντα δεδομένα, δεν θα είναι δύσκολο να επιλέξετε την καταλληλότερη αντλία θερμότητας για θέρμανση και παροχή ζεστού νερού. Επιπλέον, η υπολογιζόμενη ισχύς προσδιορίζεται ως. Qtn=1,1*Q, όπου:

Qtn=1,1*Q, όπου:

1.1 - συντελεστής διόρθωσης που υποδεικνύει τη δυνατότητα αύξησης του φορτίου στην αντλία θερμότητας κατά την εμφάνιση κρίσιμων θερμοκρασιών.

Αφού εκτελέσετε τον υπολογισμό των αντλιών θερμότητας, μπορείτε να επιλέξετε την καταλληλότερη αντλία θερμότητας που μπορεί να παρέχει τις απαιτούμενες παραμέτρους μικροκλίματος σε δωμάτια με οποιαδήποτε τεχνικά χαρακτηριστικά. Και δεδομένης της δυνατότητας ενσωμάτωσης αυτού του συστήματος με μια μονάδα κλιματισμού θερμαινόμενου δαπέδου, μπορεί να σημειωθεί όχι μόνο η λειτουργικότητά του, αλλά και η υψηλή αισθητική του αξία.

Διαβάστε περισσότερα:

Πώς να υπολογίσετε σωστά τον αριθμό και το βάθος των φρεατίων για την HP μπορείτε να βρείτε στο παρακάτω βίντεο:

Αν σας άρεσε το υλικό, θα είμαι ευγνώμων αν το προτείνετε σε φίλους ή αν αφήσετε ένα χρήσιμο σχόλιο.

Τύποι αντλιών θερμότητας

Οι αντλίες θερμότητας χωρίζονται σε τρεις κύριους τύπους ανάλογα με την πηγή ενέργειας χαμηλής ποιότητας:

Αέρας.
Εναυσμα.
Νερό - Η πηγή μπορεί να είναι υπόγεια ύδατα και υδάτινα σώματα στην επιφάνεια.

Για συστήματα θέρμανσης νερού, που είναι πιο κοινά, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθοι τύποι αντλιών θερμότητας:

Τύποι αντλιών θερμότητας για οικιακή θέρμανση "Air-to-water" - μια αντλία θερμότητας τύπου αέρα που θερμαίνει το κτίριο αντλώντας αέρα από το εξωτερικό μέσω μιας εξωτερικής μονάδας. Λειτουργεί με βάση την αρχή ενός κλιματιστικού, αλλά αντίστροφα, μετατρέποντας την ενέργεια του αέρα σε θερμότητα. Μια τέτοια αντλία θερμότητας δεν απαιτεί μεγάλο κόστος εγκατάστασης, δεν χρειάζεται να διαθέσει ένα κομμάτι γης για αυτήν και, επιπλέον, να ανοίξει ένα πηγάδι. Ωστόσο, η απόδοση της λειτουργίας σε χαμηλές θερμοκρασίες (-25ºС) μειώνεται και απαιτείται πρόσθετη πηγή θερμικής ενέργειας.

Η συσκευή "υπόγειο νερό" αναφέρεται στη γεωθερμία και παράγει θερμότητα από το έδαφος χρησιμοποιώντας έναν συλλέκτη που βρίσκεται σε βάθος κάτω από την κατάψυξη του εδάφους. Υπάρχει επίσης μια εξάρτηση από την περιοχή της τοποθεσίας και το τοπίο, εάν ο συλλέκτης βρίσκεται οριζόντια. Για μια κατακόρυφη διάταξη, θα χρειαστεί να τρυπηθεί ένα πηγάδι.

Τύποι αντλιών θερμότητας για οικιακή θέρμανση Το "νερό-νερό" εγκαθίσταται όπου υπάρχει δεξαμενή ή υπόγεια νερά κοντά. Στην πρώτη περίπτωση, ο συλλέκτης τοποθετείται στον πυθμένα της δεξαμενής, στη δεύτερη, τρυπιέται ένα πηγάδι ή πολλά, εάν το επιτρέπει η περιοχή του χώρου. Μερικές φορές το βάθος των υπόγειων υδάτων είναι πολύ μεγάλο, επομένως το κόστος εγκατάστασης μιας τέτοιας αντλίας θερμότητας μπορεί να είναι πολύ υψηλό.

Κάθε τύπος αντλίας θερμότητας έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του, εάν το κτίριο είναι μακριά από ένα υδάτινο σώμα ή τα υπόγεια ύδατα είναι πολύ βαθιά, τότε το νερό σε νερό δεν θα λειτουργήσει.Το "αέρας-νερό" θα είναι σχετικό μόνο σε σχετικά θερμές περιοχές, όπου η θερμοκρασία του αέρα κατά την ψυχρή περίοδο δεν πέφτει κάτω από -25º C.

Μέθοδος υπολογισμού της ισχύος μιας αντλίας θερμότητας

Εκτός από τον προσδιορισμό της βέλτιστης πηγής ενέργειας, θα είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η ισχύς της αντλίας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση. Εξαρτάται από την ποσότητα της απώλειας θερμότητας του κτιρίου. Ας υπολογίσουμε την ισχύ μιας αντλίας θερμότητας για τη θέρμανση ενός σπιτιού χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο παράδειγμα.

Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούμε τον τύπο Q=k*V*∆T, όπου

Q είναι η απώλεια θερμότητας (kcal/ώρα). 1 kWh = 860 kcal/h;
V είναι ο όγκος του σπιτιού σε m3 (πολλαπλασιάζουμε την περιοχή με το ύψος των οροφών).
ΔT είναι η αναλογία των ελάχιστων θερμοκρασιών εκτός και εντός των εγκαταστάσεων την ψυχρότερη περίοδο του έτους, °С. Από το εσωτερικό tº αφαιρούμε το εξωτερικό.
k είναι ο γενικευμένος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας του κτιρίου. Για πλινθόκτιστο κτίριο με δύο στρώσεις τοιχοποιίας k=1; για καλά μονωμένο κτίριο k=0,6.

Έτσι, ο υπολογισμός της ισχύος μιας αντλίας θερμότητας για τη θέρμανση ενός σπιτιού από τούβλα 100 τ.μ και ύψους οροφής 2,5 m, με διαφορά σε ttº από -30º έξω έως +20º στο εσωτερικό, θα είναι ως εξής:

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

12500/860= 14,53 kW. Δηλαδή, για ένα τυπικό σπίτι από τούβλα με επιφάνεια 100 m2, θα χρειαστείτε μια συσκευή 14 κιλοβάτ.

Ο καταναλωτής αποδέχεται την επιλογή του τύπου και της ισχύος της αντλίας θερμότητας με βάση μια σειρά από προϋποθέσεις:

γεωγραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής (εγγύτητα υδάτινων σωμάτων, παρουσία υπόγειων υδάτων, ελεύθερη περιοχή για συλλέκτη).
κλιματικά χαρακτηριστικά (θερμοκρασία).
τύπος και εσωτερικός όγκος του δωματίου.
οικονομικές ευκαιρίες.

Λαμβάνοντας υπόψη όλες τις παραπάνω πτυχές, θα είστε σε θέση να κάνετε την καλύτερη επιλογή εξοπλισμού. Για μια πιο αποτελεσματική και σωστή επιλογή μιας αντλίας θερμότητας, είναι καλύτερο να επικοινωνήσετε με ειδικούς, θα μπορούν να κάνουν πιο λεπτομερείς υπολογισμούς και να παρέχουν την οικονομική σκοπιμότητα εγκατάστασης του εξοπλισμού.

Για πολύ καιρό και με μεγάλη επιτυχία, οι αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται σε οικιακά και βιομηχανικά ψυγεία και κλιματιστικά.

Σήμερα, αυτές οι συσκευές άρχισαν να χρησιμοποιούνται για να εκτελούν τη λειτουργία της αντίθετης φύσης - θέρμανση του σπιτιού κατά την κρύα εποχή.

Ας δούμε πώς χρησιμοποιούνται οι αντλίες θερμότητας για τη θέρμανση ιδιωτικών κατοικιών και τι πρέπει να γνωρίζετε για να υπολογίσετε σωστά όλα τα εξαρτήματά τους.

Παράδειγμα υπολογισμού αντλίας θερμότητας

Θα επιλέξουμε μια αντλία θερμότητας για το σύστημα θέρμανσης μιας μονοώροφης κατοικίας συνολικής επιφάνειας 70 τ. m με τυπικό ύψος οροφής (2,5 m), ορθολογική αρχιτεκτονική και θερμομόνωση δομών που καλύπτουν τις απαιτήσεις των σύγχρονων οικοδομικών κωδίκων. Για θέρμανση 1ου τ. m ενός τέτοιου αντικειμένου, σύμφωνα με τα γενικά αποδεκτά πρότυπα, πρέπει να ξοδέψει 100 W θερμότητας. Έτσι, για τη θέρμανση ολόκληρου του σπιτιού θα χρειαστείτε:

Q \u003d 70 x 100 \u003d 7000 W \u003d 7 kW θερμικής ενέργειας.

Επιλέγουμε μια αντλία θερμότητας μάρκας "TeploDarom" (μοντέλο L-024-WLC) με απόδοση θερμότητας W = 7,7 kW. Ο συμπιεστής της μονάδας καταναλώνει N = 2,5 kW ηλεκτρικής ενέργειας.

Συλλεκτικός υπολογισμός

Το έδαφος στην περιοχή που διατίθεται για την κατασκευή του συλλέκτη είναι αργιλώδες, η στάθμη των υπόγειων υδάτων είναι υψηλή (λαμβάνουμε τη θερμογόνο δύναμη p = 35 W/m).

Η ισχύς του συλλέκτη καθορίζεται από τον τύπο:

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

L = 5200 / 35 = 148,5 m (περίπου).

Με βάση το γεγονός ότι η τοποθέτηση ενός κυκλώματος μεγαλύτερου από 100 m είναι παράλογη λόγω της υπερβολικά υψηλής υδραυλικής αντίστασης, υποθέτουμε τα εξής: ο συλλέκτης αντλίας θερμότητας θα αποτελείται από δύο κυκλώματα - μήκους 100 m και 50 m.

Η περιοχή της τοποθεσίας που θα πρέπει να ληφθεί κάτω από τον συλλέκτη καθορίζεται από τον τύπο:

S = L x A,

Όπου Α είναι το βήμα μεταξύ γειτονικών τμημάτων του περιγράμματος. Δεχόμαστε: A = 0,8 m.

Τότε S = 150 x 0,8 = 120 sq. Μ.

Απόσβεση αντλίας θερμότητας

Όταν πρόκειται για το πόσο καιρό ένα άτομο θα μπορεί να επιστρέψει τα χρήματά του που επένδυσε σε κάτι, σημαίνει πόσο κερδοφόρα ήταν η ίδια η επένδυση. Στον τομέα της θέρμανσης, όλα είναι αρκετά δύσκολα, αφού παρέχουμε στους εαυτούς μας άνεση και ζεστασιά και όλα τα συστήματα είναι ακριβά, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να αναζητήσετε μια επιλογή που θα επέστρεφε τα χρήματα που δαπανήθηκαν μειώνοντας το κόστος κατά τη χρήση. Και όταν αρχίζεις να ψάχνεις για μια κατάλληλη λύση, συγκρίνεις τα πάντα: έναν λέβητα αερίου, μια αντλία θερμότητας ή έναν ηλεκτρικό λέβητα. Θα αναλύσουμε ποιο σύστημα θα αποδώσει γρηγορότερα και πιο αποτελεσματικά.

Η έννοια της απόσβεσης, σε αυτήν την περίπτωση, η εισαγωγή μιας αντλίας θερμότητας για τον εκσυγχρονισμό του υπάρχοντος συστήματος παροχής θερμότητας, αν απλά, μπορεί να εξηγηθεί ως εξής:

Υπάρχει ένα σύστημα - ένας ατομικός λέβητας αερίου, ο οποίος παρέχει ανεξάρτητη θέρμανση και ζεστό νερό. Υπάρχει κλιματιστικό split-system που παρέχει κρύο σε ένα δωμάτιο. Εγκατέστησε 3 split συστήματα σε διαφορετικούς χώρους.

Και υπάρχει μια πιο οικονομική προηγμένη τεχνολογία - μια αντλία θερμότητας που θα θερμαίνει / δροσίζει σπίτια και θα θερμαίνει νερό στις σωστές ποσότητες για ένα σπίτι ή διαμέρισμα. Είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί πόσο έχει αλλάξει το συνολικό κόστος του εξοπλισμού και το αρχικό κόστος, καθώς και να εκτιμηθεί πόσο έχει μειωθεί το ετήσιο κόστος λειτουργίας των επιλεγμένων τύπων εξοπλισμού. Και για να καθορίσετε πόσα χρόνια ο ακριβότερος εξοπλισμός θα αποδώσει με την εξοικονόμηση που θα προκύψει. Στην ιδανική περίπτωση, συγκρίνονται πολλές προτεινόμενες σχεδιαστικές λύσεις και επιλέγεται η πιο οικονομική.

Θα πραγματοποιήσουμε τον υπολογισμό και θα μάθουμε ποια είναι η περίοδος απόσβεσης μιας αντλίας θερμότητας στην Ουκρανία

Εξετάστε ένα συγκεκριμένο παράδειγμα

Μονοκατοικία 2 ορόφων, καλά μονωμένη, συνολικής επιφάνειας 150 τ.μ.
Σύστημα διανομής θερμότητας / θέρμανσης: κύκλωμα 1 - ενδοδαπέδια θέρμανση, κύκλωμα 2 - καλοριφέρ (ή μονάδες fan coil).
Έχει τοποθετηθεί λέβητας αερίου για θέρμανση και παροχή ζεστού νερού (ΖΝΧ), για παράδειγμα, 24 kW, διπλού κυκλώματος.
Σύστημα κλιματισμού από split συστήματα για 3 δωμάτια του σπιτιού.

Ετήσιο κόστος θέρμανσης και θέρμανσης νερού

Μέγιστη. Θερμική απόδοση HP για θέρμανση, kW	19993,59
Μέγιστη. κατανάλωση ισχύος HP κατά την εργασία για θέρμανση, kW	7283,18

Μέγιστη. θερμαντική ικανότητα HP για παροχή ζεστού νερού, kW	2133,46
Μέγιστη. κατανάλωση ενέργειας HP όταν εργάζεστε σε παροχή ζεστού νερού, kW	866,12

Το κατά προσέγγιση κόστος ενός λεβητοστασίου με λέβητα αερίου 24 kW (λέβητας, σωληνώσεις, καλωδιώσεις, δεξαμενή, μετρητής, εγκατάσταση) είναι περίπου 1000 Ευρώ. Ένα σύστημα κλιματισμού (one split system) για ένα τέτοιο σπίτι θα κοστίσει περίπου 800 ευρώ. Συνολικά, με τη διευθέτηση του λεβητοστασίου, εργασίες μελέτης, σύνδεση με το δίκτυο αγωγών αερίου και εργασίες εγκατάστασης - 6100 ευρώ.

Κατά προσέγγιση κόστος αντλίας θερμότητας Mycond με επιπλέον σύστημα fan coil, εργασίες εγκατάστασης και ηλεκτρική σύνδεση είναι 6650 ευρώ.

Η αύξηση των επενδύσεων κεφαλαίου είναι: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 ευρώ (ή περίπου 16500 UAH)
Η μείωση του λειτουργικού κόστους είναι: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
Περίοδος απόσβεσης Toup. = 16500 / 19608 = 0,84 χρόνια!

Ευκολία στη χρήση της αντλίας θερμότητας

Οι αντλίες θερμότητας είναι ο πιο ευέλικτος, πολυλειτουργικός και ενεργειακά αποδοτικός εξοπλισμός για τη θέρμανση ενός σπιτιού, διαμερίσματος, γραφείων ή εμπορικών εγκαταστάσεων.

Ένα έξυπνο σύστημα ελέγχου με εβδομαδιαίο ή καθημερινό προγραμματισμό, αυτόματη εναλλαγή εποχιακών ρυθμίσεων, διατήρηση της θερμοκρασίας στα σπίτια, οικονομικές λειτουργίες, έλεγχος υποτελούς λέβητα, λέβητα, αντλίες κυκλοφορίας, έλεγχος θερμοκρασίας σε δύο κυκλώματα θέρμανσης, είναι το πιο προηγμένο και προηγμένο . Ο έλεγχος inverter της λειτουργίας συμπιεστή, ανεμιστήρα, αντλίες, επιτρέπει τη μέγιστη εξοικονόμηση ενέργειας στην κατανάλωση.

Λειτουργία αντλίας θερμότητας κατά τη λειτουργία υπόγειων υδάτων

Η τοποθέτηση του συλλέκτη στο έδαφος μπορεί να γίνει με τρεις τρόπους.

Οριζόντια επιλογή

Οι σωλήνες τοποθετούνται σε χαρακώματα "φίδι" σε βάθος που υπερβαίνει το βάθος της κατάψυξης του εδάφους (κατά μέσο όρο - από 1 έως 1,5 m).

Ένας τέτοιος συλλέκτης θα απαιτήσει ένα οικόπεδο αρκετά μεγάλης περιοχής, αλλά οποιοσδήποτε ιδιοκτήτης σπιτιού μπορεί να το κατασκευάσει - δεν θα χρειαστούν άλλες δεξιότητες εκτός από την ικανότητα εργασίας με φτυάρι.

Θα πρέπει, ωστόσο, να ληφθεί υπόψη ότι η κατασκευή ενός εναλλάκτη θερμότητας με το χέρι είναι μια αρκετά επίπονη διαδικασία.

Κάθετη επιλογή

Συλλεκτικοί σωλήνες με τη μορφή βρόχων, που έχουν το σχήμα του γράμματος "U", βυθίζονται σε φρεάτια με βάθος 20 έως 100 μ. Εάν είναι απαραίτητο, μπορούν να κατασκευαστούν πολλά τέτοια πηγάδια. Μετά την τοποθέτηση των σωλήνων, τα φρεάτια γεμίζονται με τσιμεντοκονία.

Το πλεονέκτημα ενός κατακόρυφου συλλέκτη είναι ότι χρειάζεται πολύ μικρή επιφάνεια για την κατασκευή του. Ωστόσο, δεν υπάρχει τρόπος να ανοίξετε πηγάδια με βάθος μεγαλύτερο από 20 m μόνοι σας - θα πρέπει να προσλάβετε μια ομάδα γεωτρητών.

Συνδυασμένη παραλλαγή

Αυτός ο συλλέκτης μπορεί να θεωρηθεί παραλλαγή του οριζόντιου, αλλά θα απαιτήσει πολύ λιγότερο χώρο για την κατασκευή του.

Ένα στρογγυλό πηγάδι σκάβεται στην τοποθεσία με βάθος 2 m.

Οι σωλήνες του εναλλάκτη θερμότητας τοποθετούνται σε μια σπείρα, έτσι ώστε το κύκλωμα να μοιάζει με κάθετα τοποθετημένο ελατήριο.

Με την ολοκλήρωση των εργασιών εγκατάστασης, το πηγάδι αποκοιμιέται. Όπως και στην περίπτωση ενός οριζόντιου εναλλάκτη θερμότητας, όλη η απαραίτητη ποσότητα εργασίας μπορεί να γίνει με το χέρι.

Ο συλλέκτης γεμίζει με αντιψυκτικό - αντιψυκτικό ή διάλυμα αιθυλενογλυκόλης. Για να εξασφαλιστεί η κυκλοφορία του, μια ειδική αντλία πέφτει στο κύκλωμα. Έχοντας απορροφήσει τη θερμότητα του εδάφους, το αντιψυκτικό εισέρχεται στον εξατμιστή, όπου πραγματοποιείται ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ αυτού και του ψυκτικού μέσου.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η απεριόριστη εξαγωγή θερμότητας από το έδαφος, ειδικά όταν ο συλλέκτης βρίσκεται κατακόρυφα, μπορεί να οδηγήσει σε ανεπιθύμητες συνέπειες για τη γεωλογία και την οικολογία του χώρου. Ως εκ τούτου, το καλοκαίρι, είναι ιδιαίτερα επιθυμητό να λειτουργεί το HP τύπου «χώμα - νερό» σε αντίστροφη λειτουργία - κλιματισμός.

Το σύστημα θέρμανσης αερίου έχει πολλά πλεονεκτήματα και ένα από τα κύρια είναι το χαμηλό κόστος του φυσικού αερίου. Πώς να εξοπλίσετε ένα σπίτι με θέρμανση αερίου, θα σας ζητηθεί από ένα σχέδιο θέρμανσης για μια ιδιωτική κατοικία με λέβητα αερίου. Εξετάστε το σχεδιασμό του συστήματος θέρμανσης και τις απαιτήσεις για αντικατάσταση.

Διαβάστε για τα χαρακτηριστικά της επιλογής ηλιακών συλλεκτών για θέρμανση σπιτιού σε αυτό το θέμα.

Υπολογισμός του οριζόντιου συλλέκτη μιας αντλίας θερμότητας

Η απόδοση ενός οριζόντιου συλλέκτη εξαρτάται από τη θερμοκρασία του μέσου στο οποίο είναι βυθισμένος, τη θερμική του αγωγιμότητα, καθώς και από την περιοχή επαφής με την επιφάνεια του σωλήνα. Η μέθοδος υπολογισμού είναι μάλλον περίπλοκη, επομένως, στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιούνται κατά μέσο όρο δεδομένα.

Πιστεύεται ότι κάθε μέτρο του εναλλάκτη θερμότητας παρέχει στην HP την ακόλουθη θερμική ισχύ:

10 W - όταν θάβεται σε ξηρό αμμώδες ή βραχώδες έδαφος.
20 W - σε ξηρό αργιλώδες έδαφος.
25 W - σε υγρό αργιλώδες έδαφος.
35 W - σε πολύ υγρό αργιλώδες έδαφος.

Έτσι, για να υπολογιστεί το μήκος του συλλέκτη (L), η απαιτούμενη θερμική ισχύς (Q) θα πρέπει να διαιρεθεί με τη θερμογόνο δύναμη του εδάφους (p):

L = Q / p.

Οι τιμές που δίνονται μπορούν να θεωρηθούν έγκυρες μόνο εάν πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:

Η γη πάνω από τον συλλέκτη δεν είναι χτισμένη, σκιασμένη ή φυτεμένη με δέντρα ή θάμνους.
Η απόσταση μεταξύ γειτονικών στροφών της σπείρας ή τμημάτων του "φιδιού" είναι τουλάχιστον 0,7 m.

Η αρχή λειτουργίας των αντλιών θερμότητας

Σε κάθε HP υπάρχει ένα λειτουργικό μέσο που ονομάζεται ψυκτικό. Το φρέον δρα συνήθως με αυτή την ιδιότητα, λιγότερο συχνά - αμμωνία. Η ίδια η συσκευή αποτελείται από τρία μόνο εξαρτήματα:

Ο εξατμιστής και ο συμπυκνωτής είναι δύο δεξαμενές που μοιάζουν με μακριές καμπύλες σωλήνες - πηνία. Ο συμπυκνωτής συνδέεται στο ένα άκρο στην έξοδο του συμπιεστή και ο εξατμιστής στην είσοδο. Τα άκρα των πηνίων ενώνονται και τοποθετείται μια βαλβίδα μείωσης πίεσης στη μεταξύ τους διασταύρωση. Ο εξατμιστής βρίσκεται σε επαφή - άμεσα ή έμμεσα - με το μέσο πηγής, ενώ ο συμπυκνωτής είναι σε επαφή με το σύστημα θέρμανσης ή ΖΝΧ.

Πώς λειτουργεί μια αντλία θερμότητας

Η λειτουργία του HP βασίζεται στην αλληλεξάρτηση του όγκου, της πίεσης και της θερμοκρασίας του αερίου. Εδώ είναι τι συμβαίνει μέσα στο σύνολο:

Η αμμωνία, το φρέον ή άλλο ψυκτικό μέσο, που κινείται μέσω του εξατμιστή, θερμαίνεται από το μέσο πηγής, για παράδειγμα, σε θερμοκρασία +5 βαθμών.
Αφού περάσει τον εξατμιστή, το αέριο φτάνει στον συμπιεστή, ο οποίος το αντλεί στον συμπυκνωτή.
Το ψυκτικό που αντλείται από τον συμπιεστή συγκρατείται στον συμπυκνωτή μέσω μιας βαλβίδας μείωσης της πίεσης, επομένως η πίεσή του είναι μεγαλύτερη εδώ από ό,τι στον εξατμιστή. Όπως γνωρίζετε, με την αύξηση της πίεσης, η θερμοκρασία οποιουδήποτε αερίου αυξάνεται.Αυτό ακριβώς συμβαίνει με το ψυκτικό - θερμαίνεται στους 60 - 70 βαθμούς. Δεδομένου ότι ο συμπυκνωτής πλένεται από το ψυκτικό που κυκλοφορεί στο σύστημα θέρμανσης, το τελευταίο θερμαίνεται επίσης.
Μέσω της βαλβίδας μείωσης πίεσης, το ψυκτικό εκκενώνεται σε μικρές δόσεις στον εξατμιστή, όπου η πίεσή του πέφτει ξανά. Το αέριο διαστέλλεται και ψύχεται και δεδομένου ότι μέρος της εσωτερικής ενέργειας χάθηκε από αυτό ως αποτέλεσμα της μεταφοράς θερμότητας στο προηγούμενο στάδιο, η θερμοκρασία του πέφτει κάτω από τους αρχικούς +5 βαθμούς. Ακολουθώντας τον εξατμιστή, θερμαίνεται ξανά, στη συνέχεια αντλείται στον συμπυκνωτή από τον συμπιεστή - και ούτω καθεξής σε κύκλο. Επιστημονικά, αυτή η διαδικασία ονομάζεται κύκλος Carnot.

Ωστόσο, η HP εξακολουθεί να είναι πολύ κερδοφόρα: για κάθε kWh ηλεκτρικής ενέργειας που δαπανάται, είναι δυνατή η λήψη από 3 έως 5 kWh θερμότητας.

Επίδραση των αρχικών δεδομένων στο αποτέλεσμα υπολογισμού

Ας χρησιμοποιήσουμε τώρα το μαθηματικό μοντέλο που δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια των υπολογισμών, προκειμένου να ανιχνεύσουμε την επίδραση διαφόρων αρχικών δεδομένων στο τελικό αποτέλεσμα του υπολογισμού. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι υπολογισμοί που πραγματοποιούνται στο Excel επιτρέπουν μια τέτοια ανάλυση να πραγματοποιηθεί πολύ γρήγορα.

Αρχικά, ας δούμε πώς η θερμική του αγωγιμότητα επηρεάζει το μέγεθος της ροής θερμότητας στο WGT από το έδαφος.

Το παράδειγμα υπολογισμού μας πραγματοποιήθηκε για έδαφος με θερμική αγωγιμότητα; \u003d 2,076 W / (K • m), και η ειδική ροή θερμότητας ήταν q_y_ρε = 41,4 W. Στο σχ. Το 3 δείχνει τη συνάρτηση q_y_ρε = ?(?) με άλλες συνθήκες υπολογισμού αμετάβλητες.

Είναι γνωστό ότι όταν το VGT χρησιμοποιείται το καλοκαίρι στη λειτουργία αφαίρεσης θερμότητας από τις ψυκτικές μηχανές του συστήματος κλιματισμού, η απόδοση των εναλλάκτη θερμότητας εδάφους που λειτουργούν το χειμώνα μαζί με μια αντλία θερμότητας αυξάνεται. Η καμπύλη στο σχ. Το Σχήμα 4 δείχνει τη φύση της εξάρτησης της ειδικής ροής θερμότητας από το έδαφος στο VGT το χειμώνα από την αναλογία της ετήσιας ανάγκης του κτιρίου για κρύο προς την ετήσια ανάγκη του για θερμότητα για θέρμανση.

Στην ευρωπαϊκή πρακτική, στην κατασκευή αντλιών θερμότητας εδάφους, συνήθως χρησιμοποιούνται VGT με δύο σωλήνες πολυαιθυλενίου σχήματος U εγκατεστημένους σε ένα φρεάτιο. Το μαθηματικό μοντέλο καθιστά δυνατή την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας μιας τέτοιας τεχνικής λύσης (Εικ. 5). Οι τιμές της ειδικής ροής θερμότητας στην αριστερή και δεξιά στήλη του διαγράμματος υπολογίζονται για τις τιμές της ισοδύναμης διαμέτρου του VGT, που αντιστοιχούν στο σχεδιασμό του εναλλάκτη θερμότητας με έναν και δύο σωλήνες U.

Η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του εδάφους και της γλυκόλης που ψύχεται στον εξατμιστή της αντλίας θερμότητας είναι καθοριστική για την εντατικοποίηση της μεταφοράς θερμότητας στο έδαφος. Στο σχ. Το σχήμα 6 δείχνει την εξάρτηση της ειδικής ροής θερμότητας από αυτή τη διαφορά θερμοκρασίας.

Θα πρέπει να σημειωθεί ιδιαίτερα ότι τα σχήματα 3…6 δεν εμφανίζουν τις απόλυτες τιμές της ειδικής ροής θερμότητας από το έδαφος στο VGT, αλλά τη φύση της αλλαγής σε αυτές τις τιμές από ένα από τα επιχειρήματα, ενώ πολλά άλλα τα ορίσματα παραμένουν αμετάβλητα, ή μάλλον, όπως ορίστηκαν ή δόθηκαν στο παράδειγμα υπολογισμού μας. Επομένως, είναι αδύνατο να καθοδηγηθείτε από τα διαγράμματα που φαίνονται σε αυτά τα σχήματα για να υπολογίσετε το μήκος του VGT σε συγκεκριμένα έργα.

Συνιστάται ο προσδιορισμός του μήκους των κατακόρυφων εναλλάκτη θερμότητας εδάφους χρησιμοποιώντας τον τύπο (6).