Tipi di progetti di pompe di calore
Il tipo di HP è solitamente indicato da una frase che indica il mezzo sorgente e il vettore di calore dell'impianto di riscaldamento.
Esistono le seguenti varietà:
- TN "aria - aria";
- TN "aria - acqua";
- TN "suolo - acqua";
- TN "acqua - acqua".
La prima opzione è un sistema split convenzionale che funziona in modalità riscaldamento. L'evaporatore è montato sulla strada e all'interno della casa è installato un blocco con un condensatore. Quest'ultimo viene soffiato da un ventilatore, grazie al quale la massa d'aria calda viene fornita nella stanza.
Se tale sistema è dotato di uno speciale scambiatore di calore con ugelli, si otterrà una pompa di calore aria-acqua. È collegato all'impianto di riscaldamento dell'acqua.
Un evaporatore aria-aria o aria-acqua HP può essere posizionato non sulla strada, ma nel condotto di ventilazione di scarico (deve essere forzato). In questo caso, l'efficienza di HP verrà aumentata più volte.
Le pompe di calore del tipo "acqua - acqua" e "suolo - acqua" utilizzano il cosiddetto scambiatore di calore esterno o, come viene anche chiamato, un collettore per estrarre calore.
Schema schematico della pompa di calore
Questo è un lungo tubo ad anello, solitamente di plastica, attraverso il quale circola un mezzo liquido che lava l'evaporatore. Entrambi i tipi di HP sono lo stesso dispositivo: in un caso, il collettore è immerso sul fondo di un serbatoio di superficie e, nel secondo, a terra. Il condensatore di tale HP si trova in uno scambiatore di calore collegato a un sistema di riscaldamento dell'acqua.
Il collegamento di un HP secondo lo schema "acqua - acqua" è molto meno laborioso di "suolo - acqua", poiché non sono necessari lavori di sterro. Sul fondo del serbatoio, il tubo è posato a forma di spirale. Naturalmente, solo un tale specchio d'acqua è adatto a questo schema, che non si congela sul fondo in inverno.
È tempo di studiare in dettaglio l'esperienza straniera
Quasi tutti conoscono già le pompe di calore in grado di estrarre calore dall'ambiente per il riscaldamento degli edifici, e se fino a poco tempo fa un potenziale cliente, di regola, poneva una domanda sconcertata “come è possibile?”, ora la domanda “come è giusto” è sempre più sentito. fare?".
Non è facile rispondere a questa domanda.
Alla ricerca di una risposta alle numerose domande che inevitabilmente sorgono quando si cerca di progettare impianti di riscaldamento con pompe di calore, è opportuno affidarsi all'esperienza di specialisti di quei paesi dove da tempo si utilizzano pompe di calore su scambiatori di calore a terra.
Una visita* alla mostra americana AHR EXPO-2008, intrapresa principalmente per ottenere informazioni sui metodi di calcolo ingegneristico degli scambiatori di calore a terra, non ha portato risultati diretti in questa direzione, ma è stato venduto un libro presso lo stand fieristico ASHRAE, alcune delle cui disposizioni sono servite come base per queste pubblicazioni.
Va detto subito che il trasferimento dei metodi americani sul suolo nazionale non è un compito facile. Gli americani non fanno le cose come fanno in Europa. Solo loro misurano il tempo nelle stesse unità di misura che facciamo noi. Tutte le altre unità di misura sono puramente americane, o meglio, britanniche. Gli americani furono particolarmente sfortunati con il flusso di calore, che può essere misurato sia in unità termiche britanniche per unità di tempo, sia in tonnellate di raffreddamento, che furono probabilmente inventate in America.
Il problema principale, tuttavia, non era l'inconveniente tecnico di ricalcolare le unità di misura accettate negli Stati Uniti, a cui ci si può eventualmente abituare, ma l'assenza nel citato libro di una chiara base metodologica per costruire un algoritmo di calcolo. Qui viene dato troppo spazio a metodi di calcolo di routine e ben noti, mentre alcune disposizioni importanti rimangono completamente nascoste.
In particolare, tali dati di input fisici per il calcolo degli scambiatori di calore verticali a terra, come la temperatura del liquido circolante nello scambiatore di calore e il coefficiente di conversione della pompa di calore, non possono essere impostati in modo arbitrario e prima di procedere con i calcoli relativi al calore instabile trasferimento nel terreno, è necessario determinare le dipendenze che collegano queste opzioni.
Il criterio per l'efficienza di una pompa di calore è il fattore di conversione α, il cui valore è determinato dal rapporto tra la sua potenza termica e la potenza dell'azionamento elettrico del compressore. Questo valore è una funzione delle temperature di ebollizione nell'evaporatore ttu e condensa tK, e in relazione alle pompe di calore "acqua-acqua" si può parlare della temperatura del liquido all'uscita dell'evaporatore t2I e all'uscita del condensatore t2K:
? = ?(t2I,T2K). (1)
L'analisi delle caratteristiche a catalogo delle macchine frigorifere seriali e delle pompe di calore acqua/acqua ha consentito di visualizzare tale funzione sotto forma di diagramma (Fig. 1).
Utilizzando il diagramma, è facile determinare i parametri della pompa di calore nelle primissime fasi della progettazione. È ovvio, ad esempio, che se l'impianto di riscaldamento collegato alla pompa di calore è predisposto per alimentare un mezzo riscaldante con una temperatura di mandata di 50°C, allora il massimo fattore di conversione possibile della pompa di calore sarà di circa 3,5. Allo stesso tempo, la temperatura del glicole all'uscita dell'evaporatore non deve essere inferiore a +3°C, il che significa che sarà necessario un costoso scambiatore di calore a terra.
Allo stesso tempo, se la casa è riscaldata dal riscaldamento a pavimento, un liquido di raffreddamento con una temperatura di 35°C entrerà nell'impianto di riscaldamento dal condensatore della pompa di calore. In questo caso la pompa di calore può funzionare in modo più efficiente, ad esempio con un fattore di conversione di 4,3, se la temperatura del glicole raffreddato nell'evaporatore è di circa -2°C.
Usando i fogli di calcolo Excel, puoi esprimere la funzione (1) come un'equazione:
? = 0,1729 • (41,5 + t2I – 0,015 t2I • T2K – 0,437 • t2K (2)
Se, con il fattore di conversione desiderato ed un dato valore della temperatura del liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento alimentato da una pompa di calore, è necessario determinare la temperatura del liquido raffreddato nell'evaporatore, allora l'equazione (2) può essere rappresentata come:
(3)
Per selezionare la temperatura del termovettore nell'impianto di riscaldamento per determinati valori del coefficiente di conversione della pompa di calore e la temperatura del liquido all'uscita dell'evaporatore, è possibile utilizzare la formula:
(4)
Nelle formule (2)…(4) le temperature sono espresse in gradi Celsius.
Determinate queste dipendenze, possiamo ora procedere direttamente all'esperienza americana.
Metodologia per il calcolo delle pompe di calore
Naturalmente, il processo di selezione e calcolo di una pompa di calore è un'operazione tecnicamente molto complessa e dipende dalle caratteristiche individuali dell'oggetto, ma approssimativamente può essere ridotto ai seguenti passaggi:
Vengono determinate le perdite di calore attraverso l'involucro edilizio (pareti, soffitti, finestre, porte). Questo può essere fatto utilizzando il seguente rapporto:
Qok \u003d S * ( tin - tout) * (1 + Σ β ) * n / Rt (W) dove
tout - temperatura dell'aria esterna (°C);
stagno – temperatura dell'aria interna (°C);
S è l'area totale di tutte le strutture che racchiudono (m2);
n è un coefficiente che indica l'influenza dell'ambiente sulle caratteristiche dell'oggetto. Per locali a diretto contatto con l'ambiente esterno tramite soffitti n=1; per oggetti con solai n=0,9; se l'oggetto si trova sopra il seminterrato n = 0,75;
β è il coefficiente di dispersione termica aggiuntiva, che dipende dal tipo di edificio e dalla sua collocazione geografica, β può variare da 0,05 a 0,27;
Rt - resistenza termica, è determinata dalla seguente espressione:
Rt = 1/ αinterno + Σ ( δio /λio ) + 1/αcuccetta (m2*°С / O), dove:
δio / λі è l'indicatore calcolato della conducibilità termica dei materiali utilizzati nella costruzione.
αcuccetta- coefficiente di dissipazione termica delle superfici esterne delle strutture di contenimento (W/m2*°C);
αinterno- coefficiente di assorbimento termico delle superfici interne delle strutture di contenimento (W/m2*°C);
- La dispersione termica totale della struttura è calcolata secondo la formula:
Qt.pot \u003d Qok + Qi - Qbp, dove:
Qi - costi energetici per il riscaldamento dell'aria che entra nell'ambiente attraverso perdite naturali;
Qbp - rilascio di calore dovuto al funzionamento di elettrodomestici e attività umane.
2. Sulla base dei dati ottenuti si calcola il consumo annuo di energia termica per ogni singolo oggetto:
Qanno = 24*0,63*Qt. sudore.*(( d*( tin — tout.av.)/ ( tin — tout.)) (kWh all'anno) dove:
tvn - temperatura dell'aria consigliata all'interno della stanza;
tout - temperatura dell'aria esterna;
tout.average - la media aritmetica della temperatura dell'aria esterna per l'intera stagione di riscaldamento;
d è il numero di giorni del periodo di riscaldamento.
3. Per un'analisi completa sarà inoltre necessario calcolare il livello di potenza termica necessaria per riscaldare l'acqua:
Qhv \u003d V * 17 (kW / h all'anno.) dove:
V è il volume di riscaldamento giornaliero dell'acqua fino a 50 °C.
Quindi il consumo totale di energia termica è determinato dalla formula:
Q \u003d Qgw + Qanno (kW / h all'anno.)
Tenendo conto dei dati ottenuti, non sarà difficile scegliere la pompa di calore più adatta per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda. Inoltre, la potenza calcolata è determinata come. Qtn=1,1*Q, dove:
Qtn=1,1*Q, dove:
1.1 - fattore di correzione che indica la possibilità di aumentare il carico sulla pompa di calore al verificarsi di temperature critiche.
Dopo aver eseguito il calcolo delle pompe di calore, è possibile scegliere la pompa di calore più adatta in grado di fornire i parametri microclimatici richiesti in ambienti con qualsiasi caratteristica tecnica. E data la possibilità di integrare questo sistema con un condizionatore a pavimento riscaldato, si può notare non solo la sua funzionalità, ma anche il suo alto valore estetico.
Per saperne di più:
Come calcolare correttamente il numero e la profondità dei pozzi per HP può essere trovato nel seguente video:
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Tipi di pompe di calore
Le pompe di calore sono suddivise in tre tipi principali in base alla fonte di energia di bassa qualità:
- Aria.
- Adescamento.
- Acqua - La fonte può essere costituita da acque sotterranee e corpi idrici in superficie.
Per gli impianti di riscaldamento dell'acqua, più diffusi, vengono utilizzate le seguenti tipologie di pompe di calore:
"Air-to-water" - una pompa di calore del tipo ad aria che riscalda l'edificio aspirando aria dall'esterno attraverso un'unità esterna. Funziona secondo il principio di un condizionatore d'aria, solo al contrario, convertendo l'energia dell'aria in calore. Una tale pompa di calore non richiede grandi costi di installazione, non ha bisogno di allocare un pezzo di terreno e, inoltre, perforare un pozzo. Tuttavia, l'efficienza del funzionamento a basse temperature (-25ºС) diminuisce ed è necessaria un'ulteriore fonte di energia termica.
Il dispositivo "falda-acqua" si riferisce alla geotermia e produce calore dal suolo utilizzando un collettore posto a una profondità al di sotto del punto di congelamento del suolo. C'è anche una dipendenza dall'area del sito e dal paesaggio, se il collettore è posizionato orizzontalmente. Per una disposizione verticale, sarà necessario perforare un pozzo.
"Acqua-acqua" è installato dove c'è un serbatoio o una falda acquifera nelle vicinanze. Nel primo caso il collettore viene posato sul fondo del giacimento, nel secondo viene perforato uno o più pozzi, se l'area del sito lo consente. A volte la profondità delle acque sotterranee è troppo grande, quindi il costo per l'installazione di una pompa di calore di questo tipo può essere molto alto.
Ogni tipo di pompa di calore ha i suoi vantaggi e svantaggi, se l'edificio è lontano da uno specchio d'acqua o la falda freatica è troppo profonda, l'acqua-acqua non funzionerà."Aria-acqua" sarà rilevante solo nelle regioni relativamente calde, dove la temperatura dell'aria durante la stagione fredda non scende al di sotto di -25º C.
Metodo per calcolare la potenza di una pompa di calore
Oltre a determinare la fonte di energia ottimale, sarà necessario calcolare la potenza della pompa di calore necessaria per il riscaldamento. Dipende dalla quantità di calore disperso dall'edificio. Calcoliamo la potenza di una pompa di calore per il riscaldamento di una casa utilizzando un esempio specifico.
Per fare ciò, utilizziamo la formula Q=k*V*∆T, dove
- Q è la perdita di calore (kcal/ora). 1 kWh = 860 kcal/h;
- V è il volume della casa in m3 (moltiplichiamo l'area per l'altezza dei soffitti);
- ∆Т è il rapporto tra le temperature minime all'esterno e all'interno dei locali durante il periodo più freddo dell'anno, °C. Dalla tº interna sottraiamo quella esterna;
- k è il coefficiente di scambio termico generalizzato dell'edificio. Per un edificio in muratura con due strati di muratura k=1; per un edificio ben isolato k=0,6.
Pertanto, il calcolo della potenza di una pompa di calore per il riscaldamento di una casa in muratura di 100 mq e un'altezza del soffitto di 2,5 m, con una differenza in ttº da -30º esterno a +20º interno, sarà il seguente:
Q \u003d (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 \u003d 12500 kcal / ora
12500/860= 14,53 kW. Cioè, per una casa di mattoni standard con una superficie di 100 m2, avrai bisogno di un dispositivo da 14 kilowatt.
Il consumatore accetta la scelta del tipo e della potenza della pompa di calore in base a una serie di condizioni:
- caratteristiche geografiche del territorio (prossimità di corpi idrici, presenza di acque sotterranee, area libera per collettore);
- caratteristiche climatiche (temperatura);
- tipologia e volumetria interna della stanza;
- opportunità finanziarie.
Considerando tutti gli aspetti di cui sopra, sarai in grado di fare la scelta migliore dell'attrezzatura. Per una selezione più efficiente e corretta di una pompa di calore, è meglio contattare specialisti, saranno in grado di effettuare calcoli più dettagliati e fornire la fattibilità economica dell'installazione dell'apparecchiatura.
Per molto tempo e con grande successo, le pompe di calore sono state utilizzate nei frigoriferi e nei condizionatori d'aria domestici e industriali.
Oggi, questi dispositivi hanno iniziato a essere utilizzati per svolgere la funzione di natura opposta: riscaldare la casa durante la stagione fredda.
Vediamo come vengono utilizzate le pompe di calore per il riscaldamento delle abitazioni private e cosa bisogna sapere per calcolare correttamente tutte le sue componenti.
Esempio di calcolo della pompa di calore
Selezioneremo una pompa di calore per il sistema di riscaldamento di una casa a un piano con una superficie totale di 70 mq. m con un'altezza del soffitto standard (2,5 m), architettura razionale e isolamento termico delle strutture di recinzione che soddisfano i requisiti dei moderni codici edilizi. Per il riscaldamento del 1° mq. m di un tale oggetto, secondo gli standard generalmente accettati, devi spendere 100 W di calore. Quindi, per riscaldare l'intera casa avrai bisogno di:
Q \u003d 70 x 100 \u003d 7000 W \u003d 7 kW di energia termica.
Scegliamo una pompa di calore di marca "TeploDarom" (modello L-024-WLC) con una potenza termica di W = 7,7 kW. Il compressore dell'unità consuma N = 2,5 kW di elettricità.
Calcolo del collettore
Il terreno nell'area destinata alla costruzione del collettore è argilloso, il livello della falda è elevato (si prende il potere calorifico p = 35 W/m).
La potenza del collettore è determinata dalla formula:
Qk \u003d W - N \u003d 7,7 - 2,5 \u003d 5,2 kW.
L = 5200 / 35 = 148,5 m (circa).
In base al fatto che la posa di un circuito di lunghezza superiore a 100 m è irrazionale a causa della resistenza idraulica eccessivamente elevata, assumiamo quanto segue: il collettore della pompa di calore sarà costituito da due circuiti - 100 me 50 m di lunghezza.
L'area del sito che dovrà essere presa sotto il collettore è determinata dalla formula:
S = L x A,
Dove A è il passaggio tra sezioni adiacenti del contorno. Accettiamo: A = 0,8 m.
Quindi S = 150 x 0,8 = 120 mq. m.
Recupero di una pompa di calore
Quando si tratta di quanto tempo una persona sarà in grado di restituire i soldi investiti in qualcosa, significa quanto sia stato redditizio l'investimento stesso. Nel campo del riscaldamento, tutto è abbastanza difficile, poiché ci forniamo comfort e calore e tutti i sistemi sono costosi, ma in questo caso puoi cercare un'opzione che restituisca i soldi spesi riducendo i costi di utilizzo. E quando inizi a cercare una soluzione adatta, confronti tutto: una caldaia a gas, una pompa di calore o una caldaia elettrica. Analizzeremo quale sistema pagherà in modo più rapido ed efficiente.
Il concetto di ritorno dell'investimento, in questo caso l'introduzione di una pompa di calore per ammodernare il sistema di fornitura del calore esistente, se semplicemente, può essere spiegato come segue:
C'è un sistema: una caldaia a gas individuale, che fornisce riscaldamento e acqua calda autonomi. C'è un condizionatore d'aria a sistema diviso che fornisce freddo a una stanza. Installato 3 sistemi split in stanze diverse.
E c'è una tecnologia avanzata più economica: una pompa di calore che riscalderà/raffredderà le case e riscalderà l'acqua nelle giuste quantità per una casa o un appartamento. È necessario determinare quanto è cambiato il costo totale delle apparecchiature e i costi iniziali, nonché valutare quanto sono diminuiti i costi annuali di funzionamento dei tipi di apparecchiature selezionati. E per determinare quanti anni le apparecchiature più costose ripagheranno con i risparmi risultanti. Idealmente, vengono confrontate diverse soluzioni progettuali proposte e viene selezionata quella più conveniente.
Calcoleremo e scopriremo qual è il periodo di ammortamento di una pompa di calore in Ucraina
Considera un esempio specifico
- Casa su 2 piani, ben isolata, con una superficie complessiva di 150 mq.
- Sistema di distribuzione calore/riscaldamento: circuito 1 - riscaldamento a pavimento, circuito 2 - radiatori (o ventilconvettori).
- È installata una caldaia a gas per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda (ACS), ad esempio 24 kW, a doppio circuito.
- Sistema di condizionamento split per 3 stanze della casa.
Spese annuali di riscaldamento e riscaldamento dell'acqua
| Massimo potenza termica HP per riscaldamento, kW | 19993,59 |
| Massimo potenza assorbita HP quando si lavora per il riscaldamento, kW | 7283,18 |
| Massimo potenza termica di HP per la fornitura di acqua calda, kW | 2133,46 |
| Massimo potenza assorbita HP quando si lavora sulla fornitura di acqua calda, kW | 866,12 |
- Il costo approssimativo di un locale caldaia con caldaia a gas da 24 kW (caldaia, tubazioni, cablaggio, serbatoio, contatore, installazione) è di circa 1000 euro. Un sistema di aria condizionata (un sistema split) per una tale casa costerà circa 800 euro. In totale, con la sistemazione del locale caldaia, i lavori di progettazione, il collegamento alla rete del gasdotto e i lavori di installazione - 6100 euro.
- Il costo indicativo di una pompa di calore Mycond con impianto fan coil aggiuntivo, lavori di installazione e allacciamento elettrico è di 6650 euro.
- La crescita degli investimenti di capitale è: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euro (o circa 16500 UAH)
- La riduzione dei costi operativi è: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
- Recupero del periodo di rimborso. = 16500 / 19608 = 0,84 anni!
Facilità di utilizzo della pompa di calore
Le pompe di calore sono le apparecchiature più versatili, multifunzionali ed efficienti dal punto di vista energetico per il riscaldamento di una casa, un appartamento, un ufficio o una struttura commerciale.
Un sistema di controllo intelligente con programmazione settimanale o giornaliera, commutazione automatica delle impostazioni stagionali, mantenimento della temperatura nelle case, modalità economiche, controllo di una caldaia secondaria, caldaia, pompe di circolazione, controllo della temperatura in due circuiti di riscaldamento, è il più avanzato e avanzato . Il controllo inverter del funzionamento di compressore, ventilatore, pompe, consente il massimo risparmio nei consumi energetici.
Funzionamento in pompa di calore durante il funzionamento in falda
La posa del collettore nel terreno può essere eseguita in tre modi.
Opzione orizzontale
I tubi sono posati in trincee "serpente" a una profondità superiore alla profondità del congelamento del suolo (in media - da 1 a 1,5 m).
Un tale collezionista richiederà un appezzamento di terreno di un'area sufficientemente ampia, ma qualsiasi proprietario di casa può costruirlo: non saranno necessarie abilità diverse dalla capacità di lavorare con una pala.
Va però tenuto presente che la realizzazione manuale di uno scambiatore di calore è un processo piuttosto laborioso.
Opzione verticale
I tubi di raccolta sotto forma di anelli, a forma di lettera "U", sono immersi in pozzi con una profondità compresa tra 20 e 100 M. Se necessario, è possibile costruire diversi pozzi di questo tipo. Dopo aver installato i tubi, i pozzi vengono riempiti con malta cementizia.
Il vantaggio di un collettore verticale è che per la sua costruzione è necessaria un'area molto piccola. Tuttavia, non c'è modo di perforare da soli pozzi con una profondità superiore a 20 m: dovrai assumere una squadra di perforatori.
Variante combinata
Questo collettore può essere considerato una variante di quello orizzontale, ma richiederà molto meno spazio per essere costruito.
Sul sito viene scavato un pozzo rotondo con una profondità di 2 m.
I tubi dello scambiatore di calore sono disposti a spirale, in modo che il circuito sia come una molla montata verticalmente.
Al termine dei lavori di installazione, il pozzo si addormenta. Come nel caso di uno scambiatore di calore orizzontale, tutto il lavoro necessario può essere svolto manualmente.
Il collettore è riempito con soluzione antigelo - antigelo o glicole etilenico. Per garantirne la circolazione, una pompa speciale va a sbattere contro il circuito. Dopo aver assorbito il calore del terreno, l'antigelo entra nell'evaporatore, dove avviene lo scambio termico tra esso e il refrigerante.
Va tenuto presente che l'estrazione illimitata di calore dal terreno, soprattutto quando il collettore è posizionato in verticale, può portare a conseguenze indesiderabili per la geologia e l'ecologia del sito. Pertanto, in estate, è altamente desiderabile far funzionare l'HP del tipo "suolo - acqua" nella modalità inversa - aria condizionata.
Il sistema di riscaldamento a gas ha molti vantaggi e uno dei principali è il basso costo del gas. Come dotare una casa di riscaldamento a gas, ti verrà richiesto uno schema di riscaldamento per una casa privata con caldaia a gas. Considerare il design dell'impianto di riscaldamento e i requisiti per la sostituzione.
Leggi le caratteristiche della scelta dei pannelli solari per il riscaldamento domestico in questo argomento.
Calcolo del collettore orizzontale di una pompa di calore
L'efficienza di un collettore orizzontale dipende dalla temperatura del mezzo in cui è immerso, dalla sua conduttività termica e dall'area di contatto con la superficie del tubo. Il metodo di calcolo è piuttosto complicato, pertanto, nella maggior parte dei casi, vengono utilizzati dati medi.
Si ritiene che ogni metro dello scambiatore di calore fornisca all'HP la seguente potenza termica:
- 10 O - se sepolto in terreno asciutto sabbioso o roccioso;
- 20 W - in terreno argilloso asciutto;
- 25 O - in terreno argilloso umido;
- 35 W - in terreno argilloso molto umido.
Pertanto, per calcolare la lunghezza del collettore (L), la potenza termica richiesta (Q) deve essere divisa per il potere calorifico del suolo (p):
L=Q/pag.
I valori indicati possono ritenersi validi solo se sono soddisfatte le seguenti condizioni:
- Il terreno sopra il collettore non è edificato, ombreggiato o piantumato con alberi o cespugli.
- La distanza tra le spire adiacenti della spirale o le sezioni del "serpente" è di almeno 0,7 m.
Come funzionano le pompe di calore
In ogni HP c'è un mezzo di lavoro chiamato refrigerante. Il freon di solito agisce in questa capacità, meno spesso - l'ammoniaca. Il dispositivo stesso è costituito da soli tre componenti:
L'evaporatore e il condensatore sono due serbatoi che sembrano lunghi tubi curvi: bobine. Il condensatore è collegato a un'estremità all'uscita del compressore e l'evaporatore all'ingresso. Le estremità delle bobine sono unite e un riduttore di pressione è installato alla giunzione tra di loro. L'evaporatore è a contatto - diretto o indiretto - con il fluido sorgente, mentre il condensatore è a contatto con l'impianto di riscaldamento o sanitario.
Come funziona una pompa di calore
Il funzionamento dell'HP si basa sull'interdipendenza del volume, pressione e temperatura del gas. Ecco cosa succede all'interno dell'aggregato:
- L'ammoniaca, il freon o altro refrigerante, passando attraverso l'evaporatore, si riscalda dal mezzo sorgente, ad esempio, a una temperatura di +5 gradi.
- Dopo aver superato l'evaporatore, il gas raggiunge il compressore, che lo pompa nel condensatore.
- Il refrigerante pompato dal compressore è trattenuto nel condensatore da un riduttore di pressione, quindi la sua pressione è più alta qui che nell'evaporatore. Come sapete, all'aumentare della pressione, la temperatura di qualsiasi gas aumenta.Questo è esattamente ciò che accade al refrigerante: si riscalda fino a 60 - 70 gradi. Poiché il condensatore viene lavato dal liquido di raffreddamento che circola nell'impianto di riscaldamento, anche quest'ultimo viene riscaldato.
- Attraverso il riduttore di pressione, il refrigerante viene scaricato in piccole porzioni nell'evaporatore, dove la sua pressione scende nuovamente. Il gas si espande e si raffredda e poiché parte dell'energia interna è stata persa da esso a causa del trasferimento di calore nella fase precedente, la sua temperatura scende al di sotto dei +5 gradi iniziali. Dopo l'evaporatore, si riscalda di nuovo, quindi viene pompato nel condensatore dal compressore - e così via in cerchio. Scientificamente, questo processo è chiamato il ciclo di Carnot.
Ma HP resta comunque molto redditizio: per ogni kWh di energia elettrica speso è possibile ottenere da 3 a 5 kWh di calore.
Influenza dei dati iniziali sul risultato del calcolo
Utilizziamo ora il modello matematico costruito nel corso dei calcoli per tracciare l'influenza di vari dati iniziali sul risultato finale del calcolo. Si precisa che i calcoli eseguiti su Excel consentono di effettuare tale analisi in tempi molto rapidi.
Per cominciare, vediamo come la sua conduttività termica influisce sull'entità del flusso di calore al WGT dal suolo.
Il nostro esempio di calcolo è stato eseguito per terreni con conducibilità termica? \u003d 2,076 W / (K • m) e il flusso di calore specifico era qyD = 41,4 W. Sulla fig. 3 mostra la funzione qyD = ?(?) con altre condizioni di calcolo invariate.
È noto che quando il VGT viene utilizzato in estate nella modalità di sottrarre calore alle macchine frigorifere dell'impianto di condizionamento, aumenta l'efficienza degli scambiatori di calore a terra funzionanti in inverno insieme ad una pompa di calore. La curva in fig. La figura 4 mostra la natura della dipendenza del flusso di calore specifico dal suolo al VGT in inverno dal rapporto tra il fabbisogno annuo di freddo dell'edificio e il fabbisogno annuale di calore per il riscaldamento.
Nella pratica europea, nella costruzione di pompe di calore geotermiche, vengono solitamente utilizzati VGT con due tubi in polietilene a forma di U installati in un pozzo. Il modello matematico permette di valutare l'efficacia di tale soluzione tecnica (Fig. 5). I valori del flusso di calore specifico nelle colonne sinistra e destra del diagramma sono calcolati per i valori del diametro equivalente del VGT, corrispondenti al progetto dello scambiatore di calore a uno e due tubi a U.
La differenza di temperatura tra il terreno e il glicole raffreddato nell'evaporatore della pompa di calore è determinante per l'intensificazione del trasferimento di calore nel terreno. Sulla fig. 6 mostra la dipendenza del flusso di calore specifico da questa differenza di temperatura.
Va notato in particolare che le Figure 3…6 non mostrano i valori assoluti del flusso di calore specifico dal suolo al VGT, ma la natura della variazione di questi valori da uno degli argomenti, mentre molti altri gli argomenti rimangono invariati, o meglio, come sono stati definiti o forniti nel nostro esempio di calcolo. Pertanto, è impossibile farsi guidare dai diagrammi riportati in queste figure per calcolare la lunghezza del VGT in progetti specifici.
Si raccomanda di determinare la lunghezza degli scambiatori di calore a terra verticali utilizzando la formula (6).
