Typy tepelných čerpadiel na vykurovanie domácností

Typy konštrukcií tepelných čerpadiel

Typ TČ sa zvyčajne označuje slovným spojením označujúcim zdrojové médium a nosič tepla vykurovacieho systému.

Existujú nasledujúce odrody:

• TN "vzduch - vzduch";
• TN "vzduch - voda";
• TN "pôda - voda";
• TN „voda – voda“.

Úplne prvou možnosťou je konvenčný split systém pracujúci v režime vykurovania. Výparník je namontovaný na ulici a vo vnútri domu je inštalovaný blok s kondenzátorom. Ten je fúkaný ventilátorom, vďaka ktorému sa do miestnosti privádza teplá vzduchová hmota.

Ak je takýto systém vybavený špeciálnym výmenníkom tepla s tryskami, získa sa tepelné čerpadlo vzduch-voda. Je napojený na systém ohrevu vody.

Výparník HP vzduch-vzduch alebo vzduch-voda môže byť umiestnený nie na ulici, ale vo výfukovom ventilačnom potrubí (musí byť nútený). V tomto prípade sa účinnosť HP niekoľkonásobne zvýši.

Tepelné čerpadlá typu "voda - voda" a "pôda - voda" využívajú na odoberanie tepla takzvaný externý výmenník tepla alebo, ako sa tiež nazýva, kolektor.

Schéma tepelného čerpadla

Toto je dlhá slučková rúrka, zvyčajne plastová, cez ktorú cirkuluje kvapalné médium a umýva výparník. Oba typy HP sú rovnaké zariadenie: v jednom prípade je kolektor ponorený na dno povrchovej nádrže av druhom na zem. Kondenzátor takejto TČ je umiestnený vo výmenníku tepla napojenom na systém ohrevu vody.

Pripojenie TČ podľa schémy „voda – voda“ je oveľa menej prácne ako „pôda – voda“, keďže nie sú potrebné zemné práce. Na dne nádrže je potrubie uložené vo forme špirály. Samozrejme, pre túto schému je vhodná iba taká vodná plocha, ktorá v zime nezamrzne na dno.

Je čas podrobne si naštudovať zahraničné skúsenosti

Takmer každý už vie o tepelných čerpadlách, ktoré dokážu odoberať okolité teplo na vykurovanie budov, a ak sa donedávna potenciálny zákazník spravidla pýtal zmätene „ako je to možné?“, teraz je otázka „ako je to správne“ stále viac počuť. robiť?".

Na túto otázku nie je ľahké odpovedať.

Pri hľadaní odpovedí na množstvo otázok, ktoré sa pri navrhovaní vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami nevyhnutne vynárajú, je vhodné obrátiť sa na skúsenosti špecialistov z krajín, kde sa tepelné čerpadlá na zemných výmenníkoch používajú už dlhšiu dobu.

Priame výsledky v tomto smere nepriniesla ani návšteva * americkej výstavy AHR EXPO-2008, ktorá bola uskutočnená najmä za účelom získania informácií o metódach inžinierskych výpočtov zemných výmenníkov, ale v stánku ASHRAE bola predaná kniha, z ktorých niektoré ustanovenia slúžili ako základ pre túto publikáciu.

Hneď treba povedať, že prenesenie amerických metód na domácu pôdu nie je ľahká úloha. Američania nerobia veci tak ako v Európe. Len oni merajú čas v rovnakých jednotkách ako my. Všetky ostatné merné jednotky sú čisto americké alebo skôr britské. Američania mali smolu najmä na tepelný tok, ktorý sa dá merať ako v britských tepelných jednotkách za jednotku času, tak aj v tonách chladenia, ktoré zrejme vymysleli v Amerike.

Hlavným problémom však nebola technická nepohodlnosť prepočítavania meracích jednotiek akceptovaných v Spojených štátoch, na ktoré sa dá časom zvyknúť, ale absencia jasného metodologického základu pre konštrukciu výpočtového algoritmu v spomínanej knihe. Rutinným a dobre známym výpočtovým metódam je venovaný príliš veľký priestor, pričom niektoré dôležité ustanovenia zostávajú úplne nezverejnené.

Predovšetkým takéto fyzikálne súvisiace vstupné údaje pre výpočet vertikálnych zemných výmenníkov tepla, ako je teplota kvapaliny cirkulujúcej vo výmenníku tepla a koeficient premeny tepelného čerpadla, nie je možné ľubovoľne nastaviť a pred pristúpením k výpočtom týkajúcim sa nestabilného tepla prenos v zemi, je potrebné určiť závislosti spájajúce tieto možnosti.

Kritériom účinnosti tepelného čerpadla je konverzný faktor α, ktorého hodnota je určená pomerom jeho tepelného výkonu k výkonu elektrického pohonu kompresora. Táto hodnota je funkciou teplôt varu vo výparníku t_u a kondenzácia t_k, a vo vzťahu k tepelným čerpadlám „voda-voda“ môžeme hovoriť o teplote kvapaliny na výstupe z výparníka t._2I a na výstupe kondenzátora t_2K:

? = ? (t_2I,t_2K).         (1)

Analýza katalógových charakteristík sériových chladiacich strojov a tepelných čerpadiel voda-voda umožnila zobraziť túto funkciu vo forme diagramu (obr. 1).

Pomocou diagramu je ľahké určiť parametre tepelného čerpadla už v počiatočných fázach projektovania. Je napríklad zrejmé, že ak je vykurovací systém pripojený k tepelnému čerpadlu navrhnutý tak, aby privádzal vykurovacie médium s výstupnou teplotou 50°C, potom maximálny možný konverzný faktor tepelného čerpadla bude cca 3,5. Zároveň by teplota glykolu na výstupe z výparníka nemala byť nižšia ako +3°C, čo znamená, že bude potrebný drahý zemný výmenník tepla.

Zároveň, ak je dom vykurovaný podlahovým kúrením, z kondenzátora tepelného čerpadla sa do vykurovacieho systému dostane chladivo s teplotou 35°C. V tomto prípade môže tepelné čerpadlo pracovať efektívnejšie napríklad s konverzným faktorom 4,3, ak je teplota ochladzovaného glykolu vo výparníku cca -2°C.

Pomocou tabuliek programu Excel môžete funkciu (1) vyjadriť ako rovnicu:

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

Ak je pri požadovanom prevodnom faktore a danej hodnote teploty chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme poháňanom tepelným čerpadlom potrebné určiť teplotu kvapaliny ochladzovanej vo výparníku, potom rovnicu (2) možno znázorniť ako:

         (3)

Na výber teploty nosiča tepla vo vykurovacom systéme pre dané hodnoty koeficientu premeny tepelného čerpadla a teploty kvapaliny na výstupe z výparníka môžete použiť vzorec:

    (4)

Vo vzorcoch (2)…(4) sú teploty vyjadrené v stupňoch Celzia.

Po určení týchto závislostí môžeme teraz prejsť priamo k americkej skúsenosti.

Metodika výpočtu tepelných čerpadiel

Samozrejme, proces výberu a výpočtu tepelného čerpadla je technicky veľmi zložitá operácia a závisí od individuálnych vlastností objektu, ale približne sa dá zredukovať na nasledujúce kroky:

Zisťujú sa tepelné straty plášťom budovy (steny, stropy, okná, dvere). To možno vykonať pomocou nasledujúceho pomeru:

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

tout - teplota vonkajšieho vzduchu (°C);

cín – vnútorná teplota vzduchu (°C);

S je celková plocha všetkých obvodových konštrukcií (m2);

n je koeficient udávajúci vplyv prostredia na vlastnosti objektu. Pre priestory v priamom kontakte s vonkajším prostredím cez stropy n=1; pre objekty s podkrovnými podlahami n=0,9; ak sa objekt nachádza nad suterénom n = 0,75;

β je koeficient dodatočných tepelných strát, ktorý závisí od typu budovy a jej geografickej polohy, β sa môže meniť od 0,05 do 0,27;

Rt - tepelný odpor, je určený nasledujúcim výrazom:

Rt = 1/a_interné + Σ (δ_i /λ_i ) + 1/a_poschodová (m2*°С / W), kde:

5_i / λі je vypočítaný ukazovateľ tepelnej vodivosti materiálov používaných v stavebníctve.

α_poschodová- koeficient tepelného rozptylu vonkajších povrchov obvodových konštrukcií (W / m2 * ° C);

α_interné- koeficient tepelnej absorpcie vnútorných povrchov obvodových konštrukcií (W / m2 * ° C);

- Celková tepelná strata konštrukcie sa vypočíta podľa vzorca:

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

Qi - náklady na energiu na ohrev vzduchu vstupujúceho do miestnosti prirodzenými únikmi;

Qbp ​​​​ - uvoľňovanie tepla v dôsledku fungovania domácich spotrebičov a ľudskej činnosti.

2. Na základe získaných údajov sa vypočíta ročná spotreba tepelnej energie pre každý jednotlivý objekt:

Qrok = 24*0,63*Qt. pot.*(( d*( tin — tout.av.)/ ( tin — tout.)) (kWh za rok), kde:

tvn - odporúčaná teplota vzduchu v miestnosti;

tout - vonkajšia teplota vzduchu;

tout.average - aritmetický priemer vonkajšej teploty vzduchu za celú vykurovaciu sezónu;

d je počet dní vykurovacieho obdobia.

3. Pre kompletnú analýzu bude potrebné vypočítať aj úroveň tepelného výkonu potrebného na ohrev vody:

Qhv \u003d V * 17 (kW / h za rok.), kde:

V je objem denného ohrevu vody do 50 °C.

Potom sa celková spotreba tepelnej energie určí podľa vzorca:

Q \u003d Qgw + Qrok (kW/h za rok.)

S prihliadnutím na získané údaje nebude ťažké vybrať to najvhodnejšie tepelné čerpadlo na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou. Okrem toho sa vypočítaný výkon určí ako. Qtn=1,1*Q, kde:

Qtn=1,1*Q, kde:

1.1 - korekčný faktor označujúci možnosť zvýšenia zaťaženia tepelného čerpadla pri výskyte kritických teplôt.

Po vykonaní výpočtu tepelných čerpadiel si môžete vybrať najvhodnejšie tepelné čerpadlo, ktoré dokáže zabezpečiť požadované parametre mikroklímy v miestnostiach s akýmikoľvek technickými vlastnosťami. A vzhľadom na možnosť integrácie tohto systému s vyhrievanou podlahovou klimatizačnou jednotkou je možné poznamenať nielen jeho funkčnosť, ale aj vysokú estetickú hodnotu.

Čítaj viac:

Ako správne vypočítať počet a hĺbku studní pre HP nájdete v nasledujúcom videu:

Ak sa vám materiál páčil, budem vďačný, ak ho odporučíte priateľom alebo zanecháte užitočný komentár.

Typy tepelných čerpadiel

Tepelné čerpadlá sú rozdelené do troch hlavných typov podľa zdroja nízkokvalitnej energie:

• Vzduch.
• Priming.
• Voda – Zdrojom môžu byť podzemné vody a vodné útvary na povrchu.

Pre systémy ohrevu vody, ktoré sú bežnejšie, sa používajú tieto typy tepelných čerpadiel:

"Vzduch-voda" - tepelné čerpadlo vzduchového typu, ktoré vykuruje budovu nasávaním vzduchu zvonku cez externú jednotku. Funguje na princípe klimatizácie, len naopak, premieňa energiu vzduchu na teplo. Takéto tepelné čerpadlo si nevyžaduje veľké náklady na inštaláciu, nepotrebuje preň vyčleniť pozemok a navyše vŕtať studňu. Účinnosť prevádzky pri nízkych teplotách (-25ºС) však klesá a je potrebný dodatočný zdroj tepelnej energie.

Zariadenie „podzemná voda“ označuje geotermálne a vyrába teplo zo zeme pomocou kolektora uloženého do hĺbky pod zamrznutím pôdy. Existuje tiež závislosť od oblasti miesta a krajiny, ak je kolektor umiestnený horizontálne. Pre vertikálne usporiadanie bude potrebné vyvŕtať studňu.

"Voda-voda" sa inštaluje tam, kde je v blízkosti nádrž alebo podzemná voda. V prvom prípade je kolektor položený na dne nádrže, v druhom prípade je vyvŕtaná studňa alebo niekoľko, ak to oblasť miesta umožňuje. Niekedy je hĺbka podzemnej vody príliš veľká, takže náklady na inštaláciu takéhoto tepelného čerpadla môžu byť veľmi vysoké.

Každý typ tepelného čerpadla má svoje výhody a nevýhody, ak je budova ďaleko od vodnej plochy alebo je spodná voda príliš hlboká, tak voda-voda nebude fungovať."Vzduch-voda" bude relevantná iba v relatívne teplých oblastiach, kde teplota vzduchu počas chladného obdobia neklesne pod -25 ° C.

Spôsob výpočtu výkonu tepelného čerpadla

Okrem určenia optimálneho zdroja energie bude potrebné vypočítať aj výkon tepelného čerpadla potrebný na vykurovanie. Závisí to od veľkosti tepelných strát budovy. Vypočítajme si výkon tepelného čerpadla na vykurovanie domu na konkrétnom príklade.

Na to použijeme vzorec Q=k*V*∆T, kde

• Q je tepelná strata (kcal/hod). 1 kWh = 860 kcal/h;
• V je objem domu v m3 (plochu vynásobíme výškou stropov);
• ∆Т je pomer minimálnych teplôt vonku a vo vnútri priestorov počas najchladnejšieho obdobia roka, °C. Od vnútorného tº odpočítame vonkajšie;
• k je zovšeobecnený súčiniteľ prestupu tepla budovy. Pre murovanú stavbu s dvomi vrstvami muriva k=1; pre dobre izolovanú budovu k=0,6.

Výpočet výkonu tepelného čerpadla na vykurovanie tehlového domu s rozlohou 100 m2 a výškou stropu 2,5 m, s rozdielom v ttº od -30º vonku do +20º vnútri, bude teda nasledovný:

Q \u003d (100 x 2,5) x (20- (-30)) x 1 \u003d 12 500 kcal / hodinu

12500/860= 14,53 kW. To znamená, že pre štandardný tehlový dom s rozlohou 100 m2 budete potrebovať 14-kilowattové zariadenie.

Spotrebiteľ akceptuje výber typu a výkonu tepelného čerpadla na základe niekoľkých podmienok:

• geografické vlastnosti oblasti (blízkosť vodných útvarov, prítomnosť podzemnej vody, voľná plocha pre kolektor);
• klimatické vlastnosti (teplota);
• typ a vnútorný objem miestnosti;
• finančné príležitosti.

Po zvážení všetkých vyššie uvedených aspektov si budete môcť vybrať to najlepšie vybavenie. Pre efektívnejší a správnejší výber tepelného čerpadla je lepšie kontaktovať špecialistov, ktorí budú schopní vykonať podrobnejšie výpočty a poskytnúť ekonomickú realizovateľnosť inštalácie zariadenia.

Tepelné čerpadlá sa dlhodobo a veľmi úspešne používajú v domácich a priemyselných chladničkách a klimatizáciách.

Dnes sa tieto zariadenia začali využívať na plnenie funkcie opačného charakteru – vykurovanie domácnosti v chladnom období.

Pozrime sa, ako sa tepelné čerpadlá používajú na vykurovanie súkromných domov a čo potrebujete vedieť, aby ste správne vypočítali všetky jeho komponenty.

Príklad výpočtu tepelného čerpadla

Vyberieme tepelné čerpadlo pre vykurovací systém jednoposchodového domu s celkovou plochou 70 m2. m so štandardnou výškou stropu (2,5 m), racionálnou architektúrou a tepelnou izoláciou obvodových konštrukcií, ktoré spĺňajú požiadavky moderných stavebných predpisov. Na vykurovanie 1.m2. m takéhoto objektu, podľa všeobecne uznávaných noriem, musíte minúť 100 W tepla. Na vykurovanie celého domu teda budete potrebovať:

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

Vyberáme tepelné čerpadlo značky "TeploDarom" (model L-024-WLC) s tepelným výkonom W = 7,7 kW. Kompresor jednotky spotrebuje N = 2,5 kW elektrickej energie.

Výpočet kolektora

Pôda v oblasti určenej na výstavbu kolektora je ílovitá, hladina podzemnej vody je vysoká (berieme výhrevnosť p = 35 W/m).

Výkon kolektora je určený vzorcom:

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

L = 5200 / 35 = 148,5 m (približne).

Na základe skutočnosti, že kladenie okruhu dlhšieho ako 100 m je iracionálne z dôvodu príliš vysokého hydraulického odporu, predpokladáme nasledovné: kolektor tepelného čerpadla bude pozostávať z dvoch okruhov - 100 m a 50 m dlhých.

Oblasť lokality, ktorú bude potrebné vziať pod kolektor, je určená vzorcom:

S = L x A,

Kde A je krok medzi susednými časťami obrysu. Akceptujeme: A = 0,8 m.

Potom S = 150 x 0,8 = 120 štvorcových. m.

Návratnosť tepelného čerpadla

Keď ide o to, ako dlho bude môcť človek svoje peniaze investované do niečoho vrátiť, znamená to, aká výhodná bola samotná investícia. V oblasti vykurovania je všetko dosť ťažké, pretože si zabezpečujeme pohodlie a teplo a všetky systémy sú drahé, ale v tomto prípade môžete hľadať možnosť, ktorá by vrátila vynaložené peniaze znížením nákladov pri používaní. A keď začnete hľadať vhodné riešenie, porovnávate všetko: plynový kotol, tepelné čerpadlo alebo elektrokotol. Budeme analyzovať, ktorý systém sa oplatí rýchlejšie a efektívnejšie.

Pojem návratnosti, v tomto prípade zavedenie tepelného čerpadla na modernizáciu existujúceho systému zásobovania teplom, možno jednoducho vysvetliť takto:

Je tu jeden systém - samostatný plynový kotol, ktorý zabezpečuje samostatné kúrenie a ohrev vody. K dispozícii je klimatizácia s deleným systémom, ktorá poskytuje chlad do jednej miestnosti. Inštalované 3 delené systémy v rôznych miestnostiach.

A existuje aj hospodárnejšia vyspelá technológia – tepelné čerpadlo, ktoré bude vykurovať / chladiť domy a ohrievať vodu v správnom množstve pre dom alebo byt. Je potrebné zistiť, o koľko sa zmenili celkové náklady na zariadenia a počiatočné náklady, ako aj posúdiť, o koľko sa znížili ročné náklady na prevádzku vybraných typov zariadení. A určiť, o koľko rokov sa drahšie zariadenie oplatí s výslednou úsporou. V ideálnom prípade sa porovná niekoľko navrhovaných konštrukčných riešení a vyberie sa cenovo najvýhodnejšie.

Vypočítame a zistíme, aká je doba návratnosti tepelného čerpadla na Ukrajine

Zvážte konkrétny príklad

• Dom na 2 poschodí, dobre zateplený, s celkovou rozlohou 150 m2.
• Systém rozvodu tepla / vykurovania: okruh 1 - podlahové kúrenie, okruh 2 - radiátory (alebo fancoilové jednotky).
• Je inštalovaný plynový kotol na vykurovanie a ohrev teplej vody (TÚV), napríklad 24kW, dvojokruhový.
• Split klimatizačný systém pre 3 izby domu.

Ročné náklady na vykurovanie a ohrev vody

Max. tepelný výkon TČ na vykurovanie, kW	19993,59
Max. príkon TČ pri práci na vykurovanie, kW	7283,18

Max. vykurovací výkon TČ na dodávku teplej vody, kW	2133,46
Max. príkon HP pri práci na dodávke teplej vody, kW	866,12

1. Orientačné náklady na kotolňu s 24 kW plynovým kotlom (kotol, potrubie, rozvody, zásobník, merač, montáž) sú cca 1000 Eur. Klimatizácia (jeden split systém) pre takýto dom bude stáť asi 800 eur. Spolu s úpravou kotolne, projekčnými prácami, napojením na plynovodnú sieť a montážnymi prácami - 6100 eur.

1. Približná cena tepelného čerpadla Mycond s dodatočným fancoil systémom, inštalačnými prácami a elektrickou prípojkou je 6650 eur.

1. Rast kapitálových investícií je: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 eur (alebo asi 16500 UAH)
2. Zníženie prevádzkových nákladov je: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Doba návratnosti Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 roka!

Jednoduché použitie tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlá sú najuniverzálnejšie, multifunkčné a energeticky efektívne zariadenie na vykurovanie domu, bytu, kancelárie alebo komerčného objektu.

Najpokročilejší a najpokročilejší je inteligentný riadiaci systém s týždenným alebo denným programovaním, automatickým prepínaním sezónnych nastavení, udržiavaním teploty v domoch, úspornými režimami, riadením podriadeného kotla, kotla, obehových čerpadiel, reguláciou teploty v dvoch vykurovacích okruhoch. . Invertorové riadenie chodu kompresora, ventilátora, čerpadiel, umožňuje maximálnu úsporu spotreby energie.

Prevádzka tepelného čerpadla pri prevádzke zem-voda

Uloženie kolektora do zeme je možné vykonať tromi spôsobmi.

Horizontálna možnosť

Rúry sú uložené v zákopoch "had" do hĺbky presahujúcej hĺbku zamrznutia pôdy (v priemere - od 1 do 1,5 m).

Takýto zberač bude vyžadovať pozemok s dostatočne veľkou rozlohou, ale môže ho postaviť každý majiteľ domu - nebudú potrebné žiadne zručnosti okrem schopnosti pracovať s lopatou.

Malo by sa však vziať do úvahy, že ručná konštrukcia výmenníka tepla je dosť namáhavý proces.

Vertikálna možnosť

Kolektorové potrubia vo forme slučiek v tvare písmena „U“ sú ponorené do vrtov s hĺbkou 20 až 100 m. V prípade potreby je možné vybudovať niekoľko takýchto vrtov. Po inštalácii potrubí sa jamky naplnia cementovou maltou.

Výhodou vertikálneho kolektora je, že na jeho stavbu je potrebná veľmi malá plocha. Neexistuje však spôsob, ako vŕtať studne s hĺbkou viac ako 20 m svojpomocne - budete si musieť najať tím vŕtačov.

Kombinovaný variant

Tento kolektor možno považovať za variáciu horizontálneho kolektora, ale jeho výstavba bude vyžadovať oveľa menej miesta.

Na mieste je vykopaná kruhová studňa s hĺbkou 2 m.

Rúry výmenníka tepla sú uložené v špirále, takže okruh je ako vertikálne namontovaná pružina.

Po dokončení inštalačných prác studňa zaspí. Rovnako ako v prípade horizontálneho výmenníka tepla je možné všetku potrebnú prácu vykonať ručne.

Zberač je naplnený nemrznúcou zmesou - nemrznúcou zmesou alebo roztokom etylénglykolu. Aby sa zabezpečila jeho cirkulácia, do okruhu narazí špeciálne čerpadlo. Po absorbovaní tepla pôdy vstupuje nemrznúca zmes do výparníka, kde dochádza k výmene tepla medzi ňou a chladivom.

Je potrebné vziať do úvahy, že neobmedzený odber tepla zo zeme, najmä ak je kolektor umiestnený vertikálne, môže viesť k nežiaducim následkom pre geológiu a ekológiu lokality. Preto je v letnom období veľmi žiaduce prevádzkovať HP typu „pôda – voda“ v reverznom režime – klimatizácia.

Plynový vykurovací systém má veľa výhod a jednou z hlavných je nízka cena plynu. Ako vybaviť dom plynovým kúrením, budete vyzvaní schémou vykurovania pre súkromný dom s plynovým kotlom. Zvážte návrh vykurovacieho systému a požiadavky na výmenu.

Prečítajte si o vlastnostiach výberu solárnych panelov na vykurovanie domu v tejto téme.

Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla

Účinnosť horizontálneho kolektora závisí od teploty média, v ktorom je ponorený, od jeho tepelnej vodivosti, ako aj od plochy kontaktu s povrchom potrubia. Metóda výpočtu je pomerne komplikovaná, preto sa vo väčšine prípadov používajú spriemerované údaje.

Predpokladá sa, že každý meter výmenníka tepla poskytuje HP nasledujúci tepelný výkon:

• 10 W - keď je pochovaný v suchej piesočnatej alebo skalnatej pôde;
• 20 W - v suchej hlinenej pôde;
• 25 W - vo vlhkej hlinenej pôde;
• 35 W - vo veľmi vlhkej ílovitej pôde.

Na výpočet dĺžky kolektora (L) by sa teda mal požadovaný tepelný výkon (Q) vydeliť výhrevnosťou pôdy (p):

L=Q/p.

Uvedené hodnoty možno považovať za platné len vtedy, ak sú splnené nasledujúce podmienky:

• Pozemok nad kolektorom nie je zastavaný, zatienený, vysadený stromami či kríkmi.
• Vzdialenosť medzi susednými závitmi špirály alebo úsekov "hada" je najmenej 0,7 m.

Ako fungujú tepelné čerpadlá

V každom HP je pracovné médium nazývané chladivo. Freón zvyčajne pôsobí v tejto funkcii, menej často - amoniak. Samotné zariadenie pozostáva iba z troch komponentov:

Výparník a kondenzátor sú dva zásobníky, ktoré vyzerajú ako dlhé zakrivené rúrky - cievky. Kondenzátor je jedným koncom pripojený k výstupu kompresora a výparník k vstupu. Konce cievok sú spojené a na križovatke medzi nimi je inštalovaný redukčný ventil. Výparník je v kontakte - priamo alebo nepriamo - so zdrojovým médiom, kým kondenzátor je v kontakte s vykurovacím systémom alebo systémom TÚV.

Ako funguje tepelné čerpadlo

Prevádzka HP je založená na vzájomnej závislosti objemu, tlaku a teploty plynu. Tu je to, čo sa deje vo vnútri agregátu:

1. Amoniak, freón alebo iné chladivo, ktoré sa pohybuje cez výparník, sa zo zdrojového média zohreje napríklad na teplotu +5 stupňov.
2. Po prechode výparníkom sa plyn dostane ku kompresoru, ktorý ho prečerpá do kondenzátora.
3. Chladivo čerpané kompresorom drží v kondenzátore redukčný ventil, takže jeho tlak je tu vyšší ako vo výparníku. Ako viete, so zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje teplota akéhokoľvek plynu.Presne to sa deje s chladivom – zohreje sa na 60 – 70 stupňov. Pretože kondenzátor je umývaný chladiacou kvapalinou cirkulujúcou vo vykurovacom systéme, tento sa tiež zahrieva.
4. Cez redukčný ventil je chladivo po malých častiach vypúšťané do výparníka, kde jeho tlak opäť klesá. Plyn sa rozpína ​​a ochladzuje a keďže časť vnútornej energie stratil v dôsledku prenosu tepla v predchádzajúcej fáze, jeho teplota klesne pod počiatočných +5 stupňov. Po výparníku sa opäť ohrieva, potom je kompresorom čerpaný do kondenzátora - a tak ďalej v kruhu. Vedecky sa tento proces nazýva Carnotov cyklus.

Ale HP zostáva stále veľmi ziskové: za každú spotrebovanú kWh elektriny je možné získať 3 až 5 kWh tepla.

Vplyv počiatočných údajov na výsledok výpočtu

Využime teraz matematický model vytvorený v priebehu výpočtov, aby sme mohli sledovať vplyv rôznych počiatočných údajov na konečný výsledok výpočtu. Je potrebné poznamenať, že výpočty vykonané v programe Excel umožňujú vykonať takúto analýzu veľmi rýchlo.

Na začiatok sa pozrime, ako jeho tepelná vodivosť ovplyvňuje veľkosť tepelného toku do WGT z pôdy.

Náš príklad výpočtu bol vykonaný pre zeminu s tepelnou vodivosťou ? \u003d 2,076 W / (K • m) a špecifický tepelný tok bol q_rd = 41,4 W. Na obr. 3 je znázornená funkcia q_rd = ?(?) pri nezmenených ostatných podmienkach výpočtu.

 

Je známe, že pri použití VGT v lete v režime odvodu tepla z chladiacich strojov klimatizačného systému sa zvyšuje účinnosť zemných výmenníkov tepla pracujúcich v zime spolu s tepelným čerpadlom. Krivka na obr. Obrázok 4 znázorňuje charakter závislosti merného tepelného toku zo zeme do VGT v zime na pomere ročnej potreby chladu budovy k jej ročnej potrebe tepla na vykurovanie.

V európskej praxi sa pri konštrukcii zemných tepelných čerpadiel zvyčajne používajú VGT s dvoma polyetylénovými rúrami v tvare U inštalovanými v jednej studni. Matematický model umožňuje vyhodnotiť efektívnosť takéhoto technického riešenia (obr. 5). Hodnoty špecifického tepelného toku v ľavom a pravom stĺpci diagramu sú vypočítané pre hodnoty ekvivalentného priemeru VGT, zodpovedajúce konštrukcii výmenníka tepla s jednou a dvoma U-rúrkami.

Pre zintenzívnenie prenosu tepla v zemi je rozhodujúci teplotný rozdiel medzi zemou a glykolom ochladzovaným vo výparníku tepelného čerpadla. Na obr. 6 je znázornená závislosť špecifického tepelného toku od tohto teplotného rozdielu.

Osobitne treba poznamenať, že obrázky 3…6 nezobrazujú absolútne hodnoty špecifického tepelného toku z pôdy do VGT, ale povahu zmeny týchto hodnôt z jedného z argumentov, zatiaľ čo mnohé iné argumenty zostávajú nezmenené, alebo skôr tak, ako boli definované alebo uvedené v našom príklade výpočtu. Preto nie je možné pri výpočte dĺžky VGT v konkrétnych projektoch riadiť sa diagramami zobrazenými na týchto obrázkoch.

 

Dĺžku vertikálnych zemných výmenníkov tepla sa odporúča určiť pomocou vzorca (6).