Soorten warmtepompen voor woningverwarming

Soorten ontwerpen van warmtepompen

Het type HP wordt meestal aangeduid met een zin die het bronmedium en de warmtedrager van het verwarmingssysteem aangeeft.

Er zijn de volgende variëteiten:

TN "lucht - lucht";
TN "lucht - water";
TN "bodem - water";
TN "water - water".

De allereerste optie is een conventioneel split-systeem dat werkt in de verwarmingsmodus. De verdamper is op straat gemonteerd en een blok met een condensor is in het huis geïnstalleerd. Deze laatste wordt geblazen door een ventilator, waardoor warme luchtmassa aan de kamer wordt toegevoerd.

Als een dergelijk systeem is uitgerust met een speciale warmtewisselaar met sproeiers, wordt een lucht/water-warmtepomp verkregen. Het is aangesloten op het waterverwarmingssysteem.

Een lucht-naar-lucht of lucht-naar-water HD-verdamper kan niet op straat worden geplaatst, maar in het afvoerkanaal (moet geforceerd worden). In dit geval zal de efficiëntie van HP meerdere keren worden verhoogd.

Warmtepompen van het type "water - water" en "bodem - water" gebruiken de zogenaamde externe warmtewisselaar of, zoals het ook wordt genoemd, een collector om warmte te onttrekken.

Schematisch diagram van de warmtepomp

Dit is een pijp met lange lus, meestal van plastic, waardoor een vloeibaar medium circuleert en de verdamper wast. Beide typen HP zijn hetzelfde apparaat: in het ene geval wordt de collector ondergedompeld in de bodem van een oppervlaktereservoir en in het tweede geval in de grond. De condensor van zo'n HP bevindt zich in een warmtewisselaar die is aangesloten op een waterverwarmingssysteem.

Het aansluiten van een HP volgens het "water - water" schema is veel minder arbeidsintensief dan "bodem - water", aangezien er geen grondwerken nodig zijn. Op de bodem van het reservoir wordt de buis in de vorm van een spiraal gelegd. Natuurlijk is alleen zo'n waterlichaam geschikt voor dit schema, dat in de winter niet bevriest.

Het is tijd om buitenlandse ervaringen in detail te bestuderen

Bijna iedereen kent al warmtepompen die omgevingswarmte kunnen onttrekken voor het verwarmen van gebouwen, en als tot voor kort een potentiële klant in de regel een verbijsterde vraag stelde "hoe is dit mogelijk?", Nu is de vraag "hoe is het goed" steeds vaker gehoord. doen?".

Het is niet eenvoudig om deze vraag te beantwoorden.

Op zoek naar een antwoord op de talrijke vragen die onvermijdelijk rijzen bij het ontwerpen van verwarmingssystemen met warmtepompen, is het raadzaam om een beroep te doen op de ervaring van specialisten uit die landen waar warmtepompen op grondwarmtewisselaars al heel lang worden gebruikt.

Een bezoek * aan de Amerikaanse tentoonstelling AHR EXPO-2008, die voornamelijk werd ondernomen om informatie te verkrijgen over de methoden van technische berekeningen van aardwarmtewisselaars, bracht geen directe resultaten in deze richting, maar er werd een boek verkocht op de ASHRAE-beursstand, waarvan enkele bepalingen als basis dienden voor deze publicaties.

Het moet meteen gezegd worden dat de overdracht van Amerikaanse methoden op de binnenlandse bodem geen gemakkelijke taak is. Amerikanen doen de dingen niet zoals ze in Europa doen. Alleen meten ze tijd in dezelfde eenheden als wij. Alle andere meeteenheden zijn puur Amerikaans, of liever Brits. De Amerikanen hadden vooral pech met de warmtestroom, die kan worden gemeten in zowel Britse thermische eenheden per tijdseenheid als in tonnen koeling, die waarschijnlijk in Amerika zijn uitgevonden.

Het grootste probleem was echter niet het technische ongemak van het herberekenen van de in de Verenigde Staten geaccepteerde meeteenheden, waar men uiteindelijk aan kan wennen, maar het ontbreken in het genoemde boek van een duidelijke methodologische basis voor het construeren van een rekenalgoritme. Routinematige en bekende rekenmethoden krijgen daar te veel ruimte, terwijl enkele belangrijke bepalingen volledig geheim blijven.

In het bijzonder kunnen dergelijke fysiek gerelateerde invoergegevens voor de berekening van verticale bodemwarmtewisselaars, zoals de temperatuur van de vloeistof die in de warmtewisselaar circuleert en de conversiecoëfficiënt van de warmtepomp, niet willekeurig worden ingesteld, en voordat wordt begonnen met berekeningen met betrekking tot onstabiele warmte overdracht in de grond, is het noodzakelijk om de afhankelijkheden te bepalen die deze opties verbinden.

Het criterium voor het rendement van een warmtepomp is de conversiefactor α, waarvan de waarde wordt bepaald door de verhouding van het thermisch vermogen tot het vermogen van de elektrische aandrijving van de compressor. Deze waarde is een functie van de kooktemperaturen in de verdamper t_jij en condensatie t_k, en met betrekking tot warmtepompen "water-water" kunnen we praten over de temperatuur van de vloeistof aan de uitlaat van de verdamper t_2Ien aan de uitgang van de condensator t₂_K:

? = ?(t_2I,t₂_K). (1)

Een analyse van de cataloguskenmerken van seriële koelmachines en water/water-warmtepompen maakte het mogelijk deze functie in de vorm van een diagram weer te geven (Fig. 1).

Met behulp van het diagram is het gemakkelijk om de parameters van de warmtepomp in de allereerste ontwerpfasen te bepalen. Het ligt bijvoorbeeld voor de hand dat als het op de warmtepomp aangesloten verwarmingssysteem is ontworpen om een verwarmingsmedium te leveren met een aanvoertemperatuur van 50°C, de maximaal mogelijke omrekeningsfactor van de warmtepomp ongeveer 3,5 zal zijn. Tegelijkertijd mag de temperatuur van de glycol aan de uitlaat van de verdamper niet lager zijn dan +3°C, waardoor een dure bodemwarmtewisselaar nodig zal zijn.

Tegelijkertijd zal, als het huis wordt verwarmd door vloerverwarming, een koelvloeistof met een temperatuur van 35°C het verwarmingssysteem binnenkomen vanuit de warmtepompcondensor. In dit geval kan de warmtepomp efficiënter werken, bijvoorbeeld met een conversiefactor van 4,3, als de temperatuur van de gekoelde glycol in de verdamper ongeveer -2°C is.

Met behulp van Excel-spreadsheets kunt u de functie (1) als een vergelijking uitdrukken:

? = 0,1729 • (41,5 + t_2I – 0,015t_2I • t₂_K – 0,437 • t₂_K (2)

Als, met de gewenste conversiefactor en een gegeven waarde van de koelvloeistoftemperatuur in het verwarmingssysteem aangedreven door een warmtepomp, het nodig is om de temperatuur te bepalen van de vloeistof die in de verdamper wordt gekoeld, dan kan vergelijking (2) worden weergegeven als:

(3)

Om de temperatuur van de warmtedrager in het verwarmingssysteem te selecteren voor gegeven waarden van de conversiecoëfficiënt van de warmtepomp en de temperatuur van de vloeistof aan de uitlaat van de verdamper, kunt u de formule gebruiken:

(4)

In formules (2)…(4) worden temperaturen uitgedrukt in graden Celsius.

Nadat we deze afhankelijkheden hebben vastgesteld, kunnen we nu direct doorgaan naar de Amerikaanse ervaring.

Methodologie voor het berekenen van warmtepompen

Het proces van het selecteren en berekenen van een warmtepomp is natuurlijk een technisch zeer complexe operatie en hangt af van de individuele kenmerken van het object, maar het kan bij benadering worden teruggebracht tot de volgende stappen:

Warmteverliezen door de gebouwschil (muren, plafonds, ramen, deuren) worden bepaald. Dit kan met de volgende verhouding:

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

tout - buitenluchttemperatuur (°C);

tin – interne luchttemperatuur (°C);

S is de totale oppervlakte van alle omsluitende constructies (m2);

n is een coëfficiënt die de invloed van de omgeving op de eigenschappen van het object aangeeft. Voor gebouwen in direct contact met de externe omgeving via plafonds n=1; voor objecten met zoldervloeren n=0,9; als het object zich boven de kelder bevindt n = 0,75;

β is de coëfficiënt van bijkomend warmteverlies, die afhangt van het type gebouw en de geografische ligging, β kan variëren van 0,05 tot 0,27;

Rt - thermische weerstand, wordt bepaald door de volgende uitdrukking:

Rt = 1/_intern + (_I /λ_I ) + 1/α_stapelbed(m2*°С / W), waarbij:

δ_I / λі is de berekende indicator van de thermische geleidbaarheid van materialen die in de bouw worden gebruikt.

α_stapelbed- thermische dissipatiecoëfficiënt van de buitenoppervlakken van omsluitende constructies (W / m2 * ° C);

α_intern- thermische absorptiecoëfficiënt van de interne oppervlakken van omsluitende constructies (W / m2 * ° C);

- Het totale warmteverlies van de constructie wordt berekend volgens de formule:

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

Qi - energiekosten voor het verwarmen van de lucht die de kamer binnenkomt via natuurlijke lekken;

Qbp - warmteafgifte door het functioneren van huishoudelijke apparaten en menselijke activiteiten.

2. Op basis van de verkregen gegevens wordt voor elk afzonderlijk object het jaarlijkse verbruik van thermische energie berekend:

Qjaar = 24*0,63*Qt. zweet.*(( d*( tin — tout.av.)/ ( tin — tout.)) (kWh per jaar) waarbij:

tvn - aanbevolen luchttemperatuur in de kamer;

tout - buitenluchttemperatuur;

tout.average - het rekenkundig gemiddelde van de buitenluchttemperatuur voor het gehele stookseizoen;

d is het aantal dagen van de stookperiode.

3. Voor een volledige analyse is het ook nodig om het niveau van thermisch vermogen te berekenen dat nodig is om het water te verwarmen:

Qhv \u003d V * 17 (kW/h per jaar.) waarbij:

V is het volume van de dagelijkse verwarming van water tot 50 °C.

Vervolgens wordt het totale verbruik van thermische energie bepaald door de formule:

Q \u003d Qgw + Qjaar (kW / h per jaar.)

Rekening houdend met de verkregen gegevens, zal het niet moeilijk zijn om de meest geschikte warmtepomp te kiezen voor verwarming en warmwatervoorziening. Bovendien wordt het berekende vermogen bepaald als. Qtn=1,1*Q, waarbij:

Qtn=1,1*Q, waarbij:

1.1 - correctiefactor die de mogelijkheid aangeeft om de belasting van de warmtepomp te verhogen tijdens het optreden van kritische temperaturen.

Na de berekening van warmtepompen te hebben uitgevoerd, kunt u de meest geschikte warmtepomp kiezen die de vereiste microklimaatparameters kan bieden in kamers met technische kenmerken. En gezien de mogelijkheid om dit systeem te integreren met een airconditioning met vloerverwarming, valt niet alleen de functionaliteit op, maar ook de hoge esthetische waarde.

Lees verder:

Hoe u het aantal en de diepte van putten voor HP correct kunt berekenen, vindt u in de volgende video:

Als je het materiaal leuk vond, zal ik je dankbaar zijn als je het aan vrienden aanbeveelt of een nuttige opmerking achterlaat.

Soorten warmtepompen

Afhankelijk van de bron van laagwaardige energie worden warmtepompen onderverdeeld in drie hoofdtypen:

Lucht.
Primen.
Water - De bron kan grondwater en waterlichamen op het oppervlak zijn.

Voor waterverwarmingssystemen, die vaker voorkomen, worden de volgende typen warmtepompen gebruikt:

Soorten warmtepompen voor woningverwarming "Lucht-naar-water" - een warmtepomp van het luchttype die het gebouw verwarmt door lucht van buiten aan te zuigen via een buitenunit. Het werkt volgens het principe van een airconditioner, alleen in omgekeerde richting, waarbij de energie van de lucht wordt omgezet in warmte. Zo'n warmtepomp vereist geen hoge installatiekosten, hoeft er geen stuk grond voor uit te trekken en bovendien een put te boren. De efficiëntie van de werking bij lage temperaturen (-25 ) neemt echter af en er is een extra bron van thermische energie vereist.

Het apparaat "grondwater" verwijst naar geothermie en produceert warmte uit de grond met behulp van een collector die tot een diepte onder het vriespunt van de grond is gelegd. Er is ook een afhankelijkheid van het gebied van de site en het landschap, als de collector horizontaal staat. Voor een verticale opstelling moet een put worden geboord.

Soorten warmtepompen voor woningverwarming "Water-water" wordt geïnstalleerd waar een reservoir of grondwater in de buurt is. In het eerste geval wordt de collector op de bodem van het reservoir gelegd, in het tweede geval wordt een put geboord of meerdere, als het gebied van de site dit toelaat. Soms is de diepte van het grondwater te groot, waardoor de installatiekosten van zo'n warmtepomp erg hoog kunnen zijn.

Elk type warmtepomp heeft zijn voor- en nadelen, als het gebouw ver van een waterlichaam staat of het grondwater te diep is, werkt water-naar-water niet."Lucht-water" is alleen relevant in relatief warme streken, waar de luchttemperatuur tijdens het koude seizoen niet onder de -25º C komt.

Methode voor het berekenen van het vermogen van een warmtepomp

Naast het bepalen van de optimale energiebron, moet het vermogen van de warmtepomp worden berekend dat nodig is voor verwarming. Het hangt af van de hoeveelheid warmteverlies van het gebouw. Laten we het vermogen van een warmtepomp voor het verwarmen van een huis berekenen aan de hand van een specifiek voorbeeld.

Hiervoor gebruiken we de formule Q=k*V*∆T, waarbij

Q is warmteverlies (kcal/uur). 1 kWh = 860 kcal/uur;
V is het volume van het huis in m3 (we vermenigvuldigen de oppervlakte met de hoogte van de plafonds);
∆Т is de verhouding tussen de minimumtemperaturen buiten en binnen het pand tijdens de koudste periode van het jaar, °C. Van de interne tº trekken we de externe af;
k is de gegeneraliseerde warmteoverdrachtscoëfficiënt van het gebouw. Voor een bakstenen gebouw met twee lagen metselwerk k=1; voor een goed geïsoleerd gebouw k=0,6.

De berekening van het vermogen van een warmtepomp voor het verwarmen van een bakstenen huis van 100 m² en een plafondhoogte van 2,5 m, met een verschil in ttº van -30º buiten tot +20º binnen, is als volgt:

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

12500/860= 14,53 kW. Dat wil zeggen, voor een standaard bakstenen huis met een oppervlakte van 100 m2 heeft u een apparaat van 14 kilowatt nodig.

De consument aanvaardt de keuze van het type en het vermogen van de warmtepomp op basis van een aantal voorwaarden:

geografische kenmerken van het gebied (nabijheid van waterlichamen, aanwezigheid van grondwater, vrije zone voor een collector);
klimaatkenmerken (temperatuur);
type en intern volume van de kamer;
financiële kansen.

Gezien alle bovenstaande aspecten, zult u in staat zijn om de beste apparatuurkeuze te maken. Voor een efficiëntere en juiste selectie van een warmtepomp, is het beter om contact op te nemen met specialisten, zij zullen in staat zijn om meer gedetailleerde berekeningen te maken en de economische haalbaarheid van het installeren van de apparatuur te geven.

Warmtepompen worden al lange tijd en met veel succes gebruikt in huishoudelijke en industriële koelkasten en airconditioners.

Tegenwoordig werden deze apparaten gebruikt om de functie van de tegenovergestelde aard uit te voeren: het huis verwarmen tijdens het koude seizoen.

Laten we eens kijken hoe warmtepompen worden gebruikt voor het verwarmen van particuliere huizen en wat u moet weten om alle componenten correct te berekenen.

Voorbeeld berekening warmtepomp

We zullen een warmtepomp selecteren voor het verwarmingssysteem van een huis met één verdieping met een totale oppervlakte van 70 m². m met een standaard plafondhoogte (2,5 m), rationele architectuur en thermische isolatie van omhullende constructies die voldoen aan de eisen van moderne bouwvoorschriften. Voor het verwarmen van de 1e m². m van een dergelijk object, volgens algemeen aanvaarde normen, moet je 100 W warmte uitgeven. Dus voor het verwarmen van het hele huis heb je nodig:

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

We kiezen voor een warmtepomp van het merk "TeploDarom" (model L-024-WLC) met een warmteafgifte van W = 7,7 kW. De compressor van de unit verbruikt N = 2,5 kW aan elektriciteit.

Collector berekening

De grond in het gebied dat bestemd is voor de aanleg van de collector is kleiachtig, de grondwaterstand is hoog (we nemen de calorische waarde p = 35 W/m).

Het collectorvermogen wordt bepaald door de formule:

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

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

Op basis van het feit dat het leggen van een circuit langer dan 100 m irrationeel is vanwege een te hoge hydraulische weerstand, gaan we uit van het volgende: de warmtepompcollector zal bestaan uit twee circuits - 100 m en 50 m lang.

Het gebied van de site dat onder de collector moet worden genomen, wordt bepaald door de formule:

S = L x A,

Waarbij A de stap is tussen aangrenzende delen van de contour. Wij accepteren: A = 0,8 m.

Dan is S = 150 x 0,8 = 120 vierkante meter. m.

Terugverdientijd van een warmtepomp

Als het gaat om hoe lang een persoon zijn geld dat ergens in is geïnvesteerd kan terugbetalen, betekent dit hoe winstgevend de investering zelf was. Op het gebied van verwarming is alles vrij moeilijk, omdat we onszelf voorzien van comfort en warmte, en alle systemen duur zijn, maar in dit geval kunt u op zoek gaan naar een optie die het uitgegeven geld teruggeeft door de kosten bij gebruik te verlagen. En als je op zoek gaat naar een passende oplossing, dan vergelijk je alles: een gasboiler, een warmtepomp of een elektrische boiler. We gaan analyseren welk systeem sneller en efficiënter loont.

Het concept van terugverdientijd, in dit geval de introductie van een warmtepomp om het bestaande warmtetoevoersysteem te moderniseren, kan eenvoudig als volgt worden uitgelegd:

Er is één systeem - een individuele gasboiler, die zorgt voor onafhankelijke verwarming en warm water. Er is een split-systeem airconditioner die één kamer van koude voorziet. 3 split systemen geïnstalleerd in verschillende kamers.

En er is een meer economische geavanceerde technologie - een warmtepomp die huizen zal verwarmen / koelen en water in de juiste hoeveelheden voor een huis of appartement zal verwarmen. Het is noodzakelijk om te bepalen hoeveel de totale kosten van apparatuur en initiële kosten zijn veranderd, en om te beoordelen hoeveel de jaarlijkse kosten voor het gebruik van de geselecteerde soorten apparatuur zijn gedaald. En om te bepalen hoeveel jaar duurdere apparatuur zal renderen met de resulterende besparingen. Idealiter worden verschillende voorgestelde ontwerpoplossingen vergeleken en wordt de meest kosteneffectieve gekozen.

We berekenen en zoeken uit wat de terugverdientijd is van een warmtepomp in Oekraïne

Overweeg een specifiek voorbeeld

Huis op 2 verdiepingen, goed geïsoleerd, met een totale oppervlakte van 150 m².
Warmte-/verwarmingsdistributiesysteem: circuit 1 - vloerverwarming, circuit 2 - radiatoren (of ventilatorconvectoren).
Een gasboiler voor verwarming en warmwatervoorziening (SWW), bijvoorbeeld 24kW, dubbel circuit, is geïnstalleerd.
Split airconditioning systeem voor 3 kamers van het huis.

Jaarlijkse kosten voor verwarming en waterverwarming

Maximaal warmteafgifte HP voor verwarming, kW	19993,59
Maximaal stroomverbruik HP bij werken voor verwarming, kW	7283,18

Maximaal verwarmingscapaciteit van HP voor warmwatervoorziening, kW	2133,46
Maximaal stroomverbruik PK bij werkzaamheden aan warmwatervoorziening, kW	866,12

De geschatte kosten van een stookruimte met een gasketel van 24 kW (ketel, leidingen, bedrading, tank, meter, installatie) bedragen ongeveer 1000 euro. Een airco systeem (one split systeem) kost voor zo'n woning zo'n 800 euro. In totaal met de inrichting van de stookruimte, ontwerpwerkzaamheden, aansluiting op het gasleidingnet en installatiewerkzaamheden - 6100 euro.

De geschatte kosten van een Mycond warmtepomp met extra fancoil systeem, installatiewerk en elektrische aansluiting bedragen 6650 euro.

De groei van kapitaalinvesteringen is: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euro (of ongeveer 16500 UAH)
De verlaging van de bedrijfskosten is: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
Terugverdientijd Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 jaar!

Gebruiksgemak van de warmtepomp

Warmtepompen zijn de meest veelzijdige, multifunctionele en energiezuinige apparatuur voor het verwarmen van een huis, appartement, kantoor of commerciële faciliteit.

Een intelligent regelsysteem met wekelijkse of dagelijkse programmering, automatisch schakelen van seizoensinstellingen, temperatuurbehoud in de huizen, zuinige standen, aansturing van een slave-ketel, boiler, circulatiepompen, temperatuurregeling in twee verwarmingscircuits, is de meest geavanceerde en geavanceerde . Inverterregeling van de werking van de compressor, ventilator, pompen, zorgt voor maximale besparingen in energieverbruik.

Warmtepompbedrijf tijdens grondwaterbedrijf

Het in de grond leggen van de collector kan op drie manieren.

Horizontale optie:

Leidingen worden in greppels "slang" gelegd tot een diepte die de diepte van het bevriezen van de grond overschrijdt (gemiddeld - van 1 tot 1,5 m).

Zo'n verzamelaar heeft een stuk land nodig met een voldoende groot gebied, maar elke huiseigenaar kan het bouwen - er zijn geen andere vaardigheden nodig dan het vermogen om met een schop te werken.

Houd er echter rekening mee dat het handmatig bouwen van een warmtewisselaar een vrij arbeidsintensief proces is.

Verticale optie

Verzamelbuizen in de vorm van lussen, in de vorm van de letter "U", worden ondergedompeld in putten met een diepte van 20 tot 100 m. Indien nodig kunnen meerdere van dergelijke putten worden gebouwd. Nadat de leidingen zijn geïnstalleerd, worden de putten gevuld met cementmortel.

Het voordeel van een verticale collector is dat er een zeer klein oppervlak nodig is voor de constructie. Het is echter niet mogelijk om alleen putten te boren met een diepte van meer dan 20 m - u zult een team van boormachines moeten inhuren.

Gecombineerde variant

Deze collector kan worden beschouwd als een variatie op de horizontale, maar zal veel minder ruimte nodig hebben om te bouwen.

Op het terrein wordt een ronde put gegraven met een diepte van 2 m.

De leidingen van de warmtewisselaar zijn in een spiraal gelegd, zodat het circuit als een verticaal gemonteerde veer is.

Na voltooiing van de installatiewerkzaamheden valt de put in slaap. Net als bij een horizontale warmtewisselaar kan al het nodige werk met de hand worden gedaan.

De collector is gevuld met antivries - antivries of ethyleenglycoloplossing. Om de circulatie te verzekeren, crasht een speciale pomp in het circuit. Nadat het de warmte van de grond heeft geabsorbeerd, komt het antivriesmiddel de verdamper binnen, waar warmte-uitwisseling plaatsvindt tussen het en het koelmiddel.

Er moet rekening mee worden gehouden dat de onbeperkte onttrekking van warmte aan de grond, vooral wanneer de collector verticaal is geplaatst, kan leiden tot ongewenste gevolgen voor de geologie en ecologie van de locatie. Daarom is het in de zomer zeer wenselijk om de HP van het type "bodem - water" in de omgekeerde modus te gebruiken - airconditioning.

Het gasverwarmingssysteem heeft veel voordelen en een van de belangrijkste zijn de lage gaskosten. Hoe u een huis uitrust met gasverwarming, u wordt gevraagd door een verwarmingsschema voor een privéwoning met een gasboiler. Overweeg het ontwerp van het verwarmingssysteem en de vereisten voor vervanging.

Lees in dit onderwerp over de kenmerken van het kiezen van zonnepanelen voor woningverwarming.

Berekening van de horizontale collector van een warmtepomp

De efficiëntie van een horizontale collector hangt af van de temperatuur van het medium waarin het wordt ondergedompeld, de thermische geleidbaarheid en het contactgebied met het buisoppervlak. De berekeningsmethode is nogal ingewikkeld, daarom worden in de meeste gevallen gemiddelde gegevens gebruikt.

Er wordt aangenomen dat elke meter van de warmtewisselaar de HP de volgende warmteafgifte levert:

10 W - wanneer begraven in droge zandige of rotsachtige grond;
20 W - in droge kleigrond;
25 W - in natte kleigrond;
35 W - in zeer vochtige kleigrond.

Dus om de lengte van de collector (L) te berekenen, moet het vereiste thermisch vermogen (Q) worden gedeeld door de calorische waarde van de grond (p):

L=V/p.

De opgegeven waarden kunnen alleen als geldig worden beschouwd als aan de volgende voorwaarden is voldaan:

Het land boven de collector is niet bebouwd, beschaduwd of beplant met bomen of struiken.
De afstand tussen aangrenzende windingen van de spiraal of secties van de "slang" is minimaal 0,7 m.

Hoe warmtepompen werken

In elke HP is er een werkend medium dat een koelmiddel wordt genoemd. Freon werkt meestal in deze hoedanigheid, minder vaak - ammoniak. Het apparaat zelf bestaat uit slechts drie componenten:

De verdamper en condensor zijn twee reservoirs die eruitzien als lange gebogen buizen - spiralen. De condensor is aan het ene uiteinde aangesloten op de uitlaat van de compressor en de verdamper op de inlaat. De uiteinden van de spoelen zijn verbonden en een drukreduceerventiel is geïnstalleerd op de kruising daartussen. De verdamper staat - direct of indirect - in contact met het bronmedium, terwijl de condensor in contact staat met het verwarmings- of tapwatersysteem.

Hoe een warmtepomp werkt

De werking van de HP is gebaseerd op de onderlinge afhankelijkheid van het volume, de druk en de temperatuur van het gas. Dit is wat er gebeurt binnen het aggregaat:

Ammoniak, freon of ander koelmiddel, dat door de verdamper beweegt, warmt op van bijvoorbeeld het bronmedium tot een temperatuur van +5 graden.
Na het passeren van de verdamper bereikt het gas de compressor, die het in de condensor pompt.
Het door de compressor verpompte koudemiddel wordt in de condensor vastgehouden door een reduceerventiel, waardoor de druk hier hoger is dan in de verdamper. Zoals u weet, neemt bij toenemende druk de temperatuur van elk gas toe.Dit is precies wat er met het koelmiddel gebeurt - het verwarmt tot 60 - 70 graden. Omdat de condensor wordt gewassen door het koelmiddel dat in het verwarmingssysteem circuleert, wordt dit ook verwarmd.
Via het drukreduceerventiel wordt het koudemiddel in kleine porties in de verdamper geloosd, waar de druk weer daalt. Het gas zet uit en koelt af, en aangezien een deel van de interne energie hierdoor verloren is gegaan als gevolg van warmteoverdracht in de vorige fase, daalt de temperatuur tot onder de aanvankelijke +5 graden. Na de verdamper warmt hij weer op, vervolgens wordt hij door de compressor in de condensor gepompt - en zo verder in een cirkel. Wetenschappelijk wordt dit proces de Carnot-cyclus genoemd.

Maar HP blijft nog steeds zeer winstgevend: voor elke verbruikte kWh elektriciteit is het mogelijk om 3 tot 5 kWh warmte te verkrijgen.

Invloed van initiële gegevens op het rekenresultaat

Laten we nu het wiskundige model gebruiken dat in de loop van de berekeningen is gebouwd om de invloed van verschillende initiële gegevens op het uiteindelijke resultaat van de berekening te traceren. Opgemerkt moet worden dat de berekeningen die op Excel zijn uitgevoerd, een dergelijke analyse zeer snel kunnen uitvoeren.

Laten we om te beginnen eens kijken hoe de thermische geleidbaarheid de grootte van de warmtestroom naar de WGT vanuit de bodem beïnvloedt.

Ons rekenvoorbeeld is uitgevoerd voor bodem met thermische geleidbaarheid? \u003d 2.076 W / (K • m), en de soortelijke warmteflux was q_ja_D = 41,4 W. Op afb. 3 toont de functie q_ja_D = ?(?) met ongewijzigde andere berekeningsvoorwaarden.

Het is bekend dat wanneer VGT in de zomer wordt gebruikt bij het verwijderen van warmte uit de koelmachines van het airconditioningsysteem, het rendement van bodemwarmtewisselaars die in de winter samen met een warmtepomp werken, toeneemt. De curve in afb. Figuur 4 toont de aard van de afhankelijkheid van de specifieke warmtestroom van de grond naar de VGT in de winter van de verhouding tussen de jaarlijkse koudebehoefte van het gebouw en de jaarlijkse warmtebehoefte van het gebouw.

In de Europese praktijk worden bij de constructie van aardwarmtepompen meestal VGT's gebruikt met twee U-vormige polyethyleenbuizen die in één put zijn geïnstalleerd. Het wiskundige model maakt het mogelijk om de effectiviteit van een dergelijke technische oplossing te evalueren (Fig. 5). De waarden van de specifieke warmtestroom in de linker- en rechterkolom van het diagram worden berekend voor de waarden van de equivalente diameter van de VGT, overeenkomend met het ontwerp van de warmtewisselaar met één en twee U-buizen.

Het temperatuurverschil tussen de bodem en de in de verdamper van de warmtepomp gekoelde glycol is bepalend voor de intensivering van de warmteoverdracht in de bodem. Op afb. 6 toont de afhankelijkheid van de soortelijke warmteflux van dit temperatuurverschil.

Er moet vooral worden opgemerkt dat de figuren 3...6 niet de absolute waarden van de specifieke warmtestroom van de bodem naar de VGT weergeven, maar de aard van de verandering in deze waarden van een van de argumenten, terwijl vele andere argumenten blijven ongewijzigd, of beter gezegd, zoals ze werden gedefinieerd of gegeven in ons rekenvoorbeeld. Daarom is het onmogelijk om je te laten leiden door de diagrammen in deze figuren om de lengte van de VGT in specifieke projecten te berekenen.

Het wordt aanbevolen om de lengte van verticale bodemwarmtewisselaars te bepalen met formule (6).