Hőszivattyúk számítása: Hőszivattyúk és energiatakarékos rendszerek: GK Informtech

A hőszivattyúk típusai

A hőszivattyú típusát általában a fűtési rendszer forrását és hőhordozóját jelző mondattal jelöljük.
A következő fajták vannak:

• ТН "levegő - levegő";
• ТН "levegő - víz";
• TN "talaj - víz";
• TH "víz - víz".

A legelső lehetőség egy hagyományos osztott rendszer, amely fűtési módban működik. A párologtatót a szabadban szerelik fel, a házban pedig kondenzátorral ellátott egységet helyeznek el. Ez utóbbit ventilátor fújja fel, ennek köszönhetően meleg légtömeget juttatnak a helyiségbe.

Ha egy ilyen rendszert speciális fúvókákkal ellátott hőcserélővel látnak el, akkor a HP "levegő-víz" típusú lesz. Vízmelegítő rendszerhez van csatlakoztatva.

A "levegő-levegő" vagy "levegő-víz" típusú HP párologtató nem a szabadban, hanem a kipufogó szellőzőcsatornában helyezhető el (kényszeríteni kell). Ebben az esetben a hőszivattyú hatékonysága többször megnő.

A "víz-víz" és a "talaj-víz" típusú hőszivattyúk úgynevezett külső hőcserélőt vagy - ahogy más néven hívják - kollektort használnak a hőelvezetéshez.

A hőszivattyú sematikus rajza

Ez egy hosszú hurkú cső, általában műanyag, amelyen keresztül folyékony közeg kering az elpárologtató körül. A hőszivattyúk mindkét típusa ugyanazt az eszközt képviseli: az egyik esetben a kollektor egy felületi tartály aljára, a másodikba pedig a földbe merül. Az ilyen hőszivattyú kondenzátora a melegvíz-fűtési rendszerhez csatlakoztatott hőcserélőben helyezkedik el.

A hőszivattyúk csatlakoztatása a "víz-víz" séma szerint sokkal kevésbé fárasztó, mint a "talaj-víz", mivel nincs szükség földmunkák elvégzésére. A tartály alján a csövet spirál formájában fektetik le. Természetesen ehhez a rendszerhez csak egy tározó alkalmas, amely télen nem fagy le az aljára.

A hőszivattyúk osztályozása a közeg jellemzői szerint

A hőszivattyúk osztályozása meglehetősen terjedelmes. Az eszközöket a munkaközeg típusa, annak fizikai állapotának megváltoztatása, az átalakító eszközök használata, a működéshez szükséges energiahordozó jellege szerint osztják fel. Tekintettel arra, hogy vannak a piacon olyan modellek, amelyek az osztályozási kritériumok különböző kombinációival rendelkeznek, világossá válik, hogy elég nehéz mindent felsorolni. Megfontolhatja azonban a csoportfelosztás alapelveit.

A hőszivattyú beépítése, kialakítása és végső jellemzői a hőforrás és a befogadó közeg paramétereitől függenek. Ma többféle mérnöki megoldást kínálnak.

Levegő-levegő

A levegő-levegő hőszivattyúk a leggyakoribb eszközök. Kompaktak és elég egyszerűek. A fűtési üzemmódú háztartási légkondicionálók ilyen típusú mechanikán működnek. A működés elve egyszerű:

• a kültéri hőcserélőt a levegő hőmérséklete alá hűtik, és eltávolítja a hőt;
• a bejövő freonnak a radiátorba történő összenyomódása után hőmérséklete jelentősen megnő;
• a helyiség belsejében lévő ventilátor, amely a hőcserélőn fúj, felmelegíti a szobát.

Az energia kinyerését a környezetből nem feltétlenül külső hőcserélő végzi. Erre a célra levegőt lehet fújni a helyiségben található egységbe. Néhány csatornarendszer így működik.

Ha a freont egy klímaberendezésben összenyomják és kibővítik, akkor az örvény hőszivattyúkban egyszerű levegőt használnak. A munka mechanikája hasonló: a belső hőcserélőbe való belépés előtt a gázt összenyomják, energiát leadva intenzív áramlás révén fújják be a hőelszívó kamrába.

Az örvény hőszivattyú egy nagy, hatalmas berendezés, amely csak akkor működik hatékonyan, ha a környezeti hőmérséklet magas. Ezért ilyen rendszereket ipari műhelyekben telepítenek, hőforrásként a kemencék kipufogógázait vagy a fő légkondicionáló rendszer forró levegőjét használják fel.

Víz-víz

A víz-víz hőszivattyú ugyanazon az elven működik, mint más berendezések. Csak az átviteli közeg különbözik. A berendezés merülő szondákkal van felszerelve, hogy zord télen is pozitív hőmérséklet mellett juthasson el a talajvíz horizontjához.

A fűtési igényektől függően a víz-víz hőszivattyús rendszerek teljesen különböző méretűek lehetnek. Például egy magánház körül fúrt kutakból kiindulva, közvetlenül a víztartóban elhelyezkedő nagy területű hőcserélőkkel végződve, amelyeket az épület építési szakaszában fektetnek le.

A víz-víz hőszivattyúk megkülönböztethetők a nagyobb termelékenységgel és a tényleges kimenőteljesítménnyel... Ennek oka a folyadék megnövekedett hőkapacitása. A vízréteg, amelyben a szonda vagy a hőcserélő található, gyorsan felszabadítja az energiát, és hatalmas térfogata miatt kissé csökkenti jellemzőit, hozzájárulva a rendszer stabil működéséhez. A víz-víz berendezéseket a megnövekedett hatékonyság jellemzi.

Tanács! Bizonyos körülmények között a víz-víz áramkör közbenső csomópontok nélkül is megteheti a fűtési hálózat tárolótartályait. A meglévő éghajlati viszonyok helyes felmérése és a telepítés teljesítményének megválasztása mellett a házba hőszivattyúval ellátott vízmelegítőt telepítenek, és hatékony padlófűtési rendszert szerveznek.

Víz-levegő, levegő-víz

A kombinált rendszereket különös gonddal kell megválasztani. Ugyanakkor gondosan felmérik a jelenlegi éghajlati viszonyokat. Például a víz-levegő hőszivattyúciklus jó fűtési hatékonysággal rendelkezik a fagyos régiókban. A levegő-víz rendszer a meleg padlóval és a másodlagos fűtésre szolgáló tároló kazánnal együtt képes megmutatni a maximális megtakarítást azokon a területeken, ahol a levegő hőmérséklete ritkán esik -5 ... -10 fok alá.

Olvad (sóoldat) -víz

Az ilyen osztályú hőszivattyú egyfajta univerzális. Szó szerint mindenhol használható. Hasznos hőteljesítményének mutatói állandóak és stabilak. A sósvíz-készülék működési elve elsősorban a normál nedvességértékű vagy vízzel telített talajból történő hőelvonáson alapul.

A rendszer telepítése egyszerű: a külső hőcserélők elhelyezéséhez elegendő egy bizonyos mélységig eltemetni őket. Választhatja a gáz vagy folyékony munkaközegű berendezések egyikének lehetőségét is.

A só-víz osztályú hőszivattyú kiszámítása a fűtés energiaigényének szintjén alapul. Rengeteg módszer létezik mennyiségi meghatározására. A legpontosabb számítást elvégezheti, figyelembe véve a ház falainak anyagát, az ablakok felépítését, a talaj jellegét, a súlyozott átlagos léghőmérsékletet és még sok minden mást.

A sósvíz-rendszerek gyártói különféle lehetőségeket kínálnak azokhoz a modellekhez, amelyek eltérnek az átalakító egység energiafogyasztásától, a külső hőcserélők kialakításától és méreteitől, valamint a kimeneti áramkör paramétereitől. Nem nehéz kiválasztani az optimális hőszivattyút egy előre összeállított követelménylista szerint.

Itt az ideje, hogy alaposan tanulmányozzuk a külföldi tapasztalatokat

Szinte mindenki ismeri azokat a hőszivattyúkat, amelyek képesek hőt kinyerni a környezetből az épületek fűtésére, és ha nem is olyan régen egy potenciális vásárló feltette a zavarodott kérdést: „Hogyan lehetséges ez?”, Most a „hogyan helyes? ? ".

A válasz erre a kérdésre nem könnyű.

A hőszivattyúval ellátott fűtési rendszerek tervezésénél elkerülhetetlenül felmerülő számos kérdés megválaszolása érdekében tanácsos azokban az országokban szakembereinek tapasztalataira támaszkodni, ahol a földi hőcserélők hőszivattyúit már régóta használják.

Az AHR EXPO-2008 amerikai kiállítás látogatása *, amelyet főként a földi hőcserélők mérnöki számításának módszereiről szóló információk megszerzése céljából hajtottak végre, nem hozott közvetlen eredményeket ebben az irányban, de egy könyvet eladtak az ASHRAE kiállításon egyes rendelkezései szolgáltak ennek a kiadványnak az alapjául.

Rögtön el kell mondani, hogy az amerikai módszertan átvitele a hazai talajra nem könnyű feladat. Az amerikaiak számára a dolgok nem ugyanazok, mint Európában. Csak ők mérik az időt ugyanazokban az egységekben, mint mi. Az összes többi mértékegység tisztán amerikai, vagy inkább brit. Az amerikaiaknak különösen nem volt szerencséjük a hőáramlással, amelyet mind a brit hőegységekben mérhetünk időegységben, mind a tonna hűtésben, amelyeket valószínűleg Amerikában találtak ki.

A fő probléma azonban nem az Egyesült Államokban elfogadott mértékegységek újraszámításának technikai kellemetlensége volt, amelyhez idővel hozzá lehet szokni, hanem az, hogy az említett könyvben nincs egyértelmű módszertani alap a számítás összeállításához algoritmus. Túl sok helyet kapnak a rutinszerű és jól ismert számítási módszerek, míg néhány fontos rendelkezés teljesen nyilvánosságra nem kerül.

Különösen a függőleges földi hőcserélők kiszámításához ilyen fizikailag kapcsolódó kezdeti adatokat, például a hőcserélőben keringő folyadék hőmérsékletét és a hőszivattyú konverziós tényezőjét nem lehet önkényesen beállítani, és mielőtt az ingatag hővel kapcsolatos számításokat folytatnánk a talajba történő átvitel, meg kell határozni az ezeket a paramétereket összekötő összefüggéseket.

A hőszivattyú hatékonyságának kritériuma az α konverziós együttható, amelynek értékét a hőteljesítmény és a kompresszor elektromos hajtásának teljesítményének aránya határozza meg. Ez az érték a párologtató tu forráspontjainak és a kondenzáció tk függvénye, és a víz-víz hőszivattyúkkal kapcsolatban beszélhetünk a folyadék hőmérsékletéről a t2I párologtató kimeneténél és a kimeneti kimenetnél. kondenzátor t2K:

? =? (t2И, t2K). (egy)

A soros hűtőgépek és a víz-víz hőszivattyúk katalógusjellemzőinek elemzése lehetővé tette ennek a funkciónak a megjelenítését diagram formájában (1. ábra).

A diagram segítségével könnyen meghatározhatók a hőszivattyú paraméterei a tervezés legelején. Nyilvánvaló például, hogy ha a hőszivattyúhoz kapcsolt fűtési rendszert 50 ° C előremenő hőmérsékletű fűtőközeg ellátására tervezték, akkor a hőszivattyú maximális lehetséges konverziós tényezője körülbelül 3,5 lesz. Ugyanakkor a glikol hőmérséklete az elpárologtató kimeneténél nem lehet alacsonyabb, mint + 3 ° С, ami azt jelenti, hogy drága földi hőcserélőre lesz szükség.

Ugyanakkor, ha a házat meleg padlóval fűtik, akkor a hőszivattyú kondenzátorából 35 ° C hőmérsékletű hőhordozó kerül a fűtési rendszerbe. Ebben az esetben a hőszivattyú hatékonyabban tud működni, például 4,3 konverziós tényezővel, ha az elpárologtatóban lehűtött glikol hőmérséklete körülbelül –2 ° C.

Az Excel táblázatok segítségével kifejezheti az (1) függvényt egyenletként:

? = 0,1729 • • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)

Ha a kívánt konverziós tényezőnél és a hőszivattyúval működő fűtési rendszer hűtőfolyadékának adott értékénél meg kell határozni a párologtatóban lehűtött folyadék hőmérsékletét, akkor a (2) egyenlet ábrázolható mint:

(3)

A fűtőrendszer hűtőfolyadékának hőmérsékletét a hőszivattyú konverziós együtthatójának és a párologtató kimeneténél lévő folyadék hőmérsékletének megadott értékei alapján választhatja ki a következő képlet segítségével:

(4)

A (2) ... (4) képletekben a hőmérsékleteket Celsius-fokban fejezik ki.

Miután meghatároztuk ezeket a függőségeket, most közvetlenül az amerikai tapasztalatokhoz térhetünk.

Módszer a hőszivattyúk kiszámítására

Természetesen a hőszivattyú kiválasztásának és kiszámításának folyamata technikailag nagyon bonyolult művelet és az objektum egyedi jellemzőitől függ, de nagyjából a következő szakaszokra csökkenthető:

Meghatározzák az épület burkolatának (falak, mennyezetek, ablakok, ajtók) hőveszteségét. Ez a következő arány alkalmazásával tehető meg:

Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) ahol

tnar - a külső levegő hőmérséklete (° С);

tvn - belső levegő hőmérséklete (° С);

S az összes elzáró szerkezet teljes területe (m2);

n - együttható, amely jelzi a környezet hatását az objektum jellemzőire. A külső környezettel a mennyezeten keresztül közvetlenül érintkező helyiségeknél n = 1; tetőtéri padlójú tárgyak esetében n = 0,9; ha a tárgy az alagsor felett helyezkedik el, n = 0,75;

β a további hőveszteség együtthatója, amely a szerkezet típusától és földrajzi elhelyezkedésétől függ, β 0,05 és 0,27 között változhat;

RT - hőellenállást a következő kifejezés határozza meg:

Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W), ahol:

A δі / λі az építőiparban használt anyagok hővezető képességének számított mutatója.

αout a körülzáró szerkezetek külső felületeinek hőelvezetési együtthatója (W / m2 * оС);

αin - a körülzáró szerkezetek belső felületeinek hőabszorpciós együtthatója (W / m2 * оС);

- A szerkezet teljes hőveszteségét a következő képlettel számolják:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, ahol:

Qi - energiafogyasztás a helyiségbe beáramló levegő melegítésére természetes szivárgások révén;

Qbp ​​- a háztartási gépek és az emberi tevékenységek miatti hőfelszabadulás.

2. A kapott adatok alapján kiszámítják az egyes tárgyak éves hőenergia-felhasználását:

Év = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / óra évente.) ahol:

tвн - ajánlott beltéri levegő hőmérséklet;

tnar - a külső levegő hőmérséklete;

tout.av - a külső levegő hőmérsékletének számtani középértéke a teljes fűtési szezonban;

d a fűtési periódus napjainak száma.

3. A teljes elemzéshez ki kell számolnia a víz melegítéséhez szükséges hőteljesítmény szintjét is:

Qgv = V * 17 (kW / óra / év). Ahol:

V a víz napi melegítésének térfogata 50 ° C-ig.

Ekkor a teljes hőenergia-felhasználást a következő képlet határozza meg:

Q = Qgv + Qév (kW / óra / év)

A kapott adatok figyelembevételével nem lesz nehéz kiválasztani a fűtéshez és a meleg vízellátáshoz legmegfelelőbb hőszivattyút. Ezenkívül a számított teljesítményt a következőképpen határozzák meg: Qtn = 1,1 * Q, ahol:

Qtn = 1,1 * Q, ahol:

Az 1.1 olyan korrekciós tényező, amely jelzi a hőszivattyú terhelésének növelésének lehetőségét a kritikus hőmérsékletek idején.

A hőszivattyúk kiszámítása után kiválaszthatja a legmegfelelőbb hőszivattyút, amely képes a szükséges mikroklíma paraméterek biztosítására bármilyen műszaki jellemzővel rendelkező helyiségekben. És tekintettel a rendszer integrálásának lehetőségére egy légkondicionáló egységgel, a meleg padló nemcsak funkcionalitása, hanem magas esztétikai költsége miatt is megemlíthető.

Hogyan készítsünk DIY hőszivattyút?

A hőszivattyú költsége meglehetősen magas, még akkor is, ha nem veszi figyelembe a szakember felszereléséért fizetett díjat. Nem mindenkinek van megfelelő pénzügyi kapacitáshogy azonnal fizessen az ilyen berendezések telepítéséért. Ebben a tekintetben sokan kezdik feltenni a kérdést, lehetséges-e saját kezűleg hőszivattyút készíteni hulladékanyagokból? Ez egészen lehetséges. Ezenkívül munka közben nem új, hanem használt pótalkatrészeket használhat.
Tehát, ha úgy dönt, hogy saját kezűleg készít hőszivattyút, akkor a munka megkezdése előtt:

• ellenőrizze otthonában a vezetékezés állapotát;
• győződjön meg arról, hogy működik-e az árammérő, és ellenőrizze, hogy a készülék teljesítménye legalább 40 amper.

Az első lépés az vegyen kompresszort... Megvásárolhatja szakosodott cégekben, vagy vegye fel a kapcsolatot a hűtőberendezések javítóműhelyével. Itt vásárolhat kompresszort egy légkondicionálótól. Nagyon alkalmas hőszivattyú létrehozására. Ezután az L-300 konzolokkal a falhoz kell rögzíteni.

Most folytathatja a következő lépéssel - a kondenzátor gyártásával. Ehhez meg kell találni egy rozsdamentes acél tartályt a vízhez, amelynek térfogata legfeljebb 120 liter. Félbe van vágva, és benne tekercs van felszerelve. A hűtőszekrény rézcsövével elkészítheti saját maga. Alternatív megoldásként létrehozhat egy kis átmérőjű rézcsőből.

Annak érdekében, hogy ne forduljon elő a tekercs gyártásával kapcsolatos problémák, szükséges egy szabályos gázpalackot és szél rézdrót körülötte... E munka során figyelni kell a kanyarok közötti távolságra, amelynek azonosnak kell lennie. A cső rögzítéséhez ebben a helyzetben alumínium perforált sarkot kell használnia, amelyet a gitt sarkainak védelmére használnak. Tekercsek segítségével a csöveket úgy kell elhelyezni, hogy a huzal tekercsei szemben legyenek a sarokban lévő lyukakkal. Ez biztosítja a kanyarok azonos magasságát, és emellett a szerkezet meglehetősen erős lesz.

A tekercs felszerelésekor az előkészített tartály két felét hegesztéssel összekötjük. Ebben az esetben ügyelni kell a menetes csatlakozások hegesztésére.

A párologtató létrehozásához műanyag víztartályokat használhat, amelyek össztérfogata 60 - 80 liter. A tekercs egy ¾ "átmérőjű csőből van felszerelve. A víz leadására és elvezetésére közönséges vízvezetékek használhatók.

A falon a kívánt méretű L-konzollal a párologtató rögzítése.

Amikor az összes munka befejeződik, nem marad más, mint meghívni egy hűtőszakértőt. Összeszereli a rendszert, hegeszti a rézcsöveket és freonban pumpálja.

Hőszivattyú típusok

A hőszivattyúk három fő típusra oszthatók az alacsony minőségű energia forrása szerint:

• Levegő.
• Alapozás.
• Víz - A forrás lehet talajvíz és felszíni víztest.

A vízfűtési rendszerek esetében, amelyek gyakoribbak, a következő típusú hőszivattyúkat használják:

A levegő-víz olyan levegő típusú hőszivattyú, amely egy épületen keresztül kívülről levegő beszívásával fűt egy épületet. A légkondicionáló elve alapján működik, csak fordítva, a levegő energiáját hővé alakítva. Egy ilyen hőszivattyú nem igényel nagy telepítési költségeket, nem szükséges földterületet kiosztani hozzá, ráadásul kút fúrására. Az üzemi hatékonyság azonban alacsony hőmérsékleten (-25 ° C) csökken, és további hőenergia-forrásra van szükség.

A "talajvíz" eszköz geotermikus anyagra vonatkozik, és a talaj fagypontja alá mélységbe fektetett kollektor segítségével hőt termel a talajból. Függ a terület és a táj területe is, ha a gyűjtő vízszintesen helyezkedik el. Függőleges helyzethez kútot kell fúrnia.

A "víz-víz" -et akkor telepítik, ahol a közelben víztest vagy talajvíz van. Az első esetben a víztározót a víztározó aljára fektetik, a másodikban kútat fúrnak vagy többet, ha a terület területe lehetővé teszi.Néha a talajvíz mélysége túl mély, ezért egy ilyen hőszivattyú telepítésének költsége nagyon magas lehet.

Minden típusú hőszivattyúnak megvannak a maga előnyei és hátrányai, ha az épület messze van a tározótól, vagy a talajvíz túl mély, akkor a "víz-víz" nem fog működni. A "levegő-víz" csak viszonylag meleg régiókban lesz releváns, ahol a hideg évszakban a levegő hőmérséklete nem esik -25 ° C alá.

DIY hőszivattyú telepítése

Most, hogy a rendszer fő része készen áll, továbbra is csatlakoztatni kell a hőfelvevő és -elosztó készülékekhez. Ezt a munkát maga végezheti el. Ez nem nehéz. A hőbevezető eszköz telepítésének folyamata eltérő lehet, és nagymértékben függ a fűtési rendszer részeként használt szivattyú típusától.

Függőleges szivattyú típusú talajvíz

Itt is bizonyos költségekre lesz szükség, mivel egy ilyen szivattyú telepítésekor egyszerűen nem lehet megtenni egy fúróberendezés használata nélkül. Minden munka egy kút létrehozásával kezdődik, amelynek mélységének meg kell lennie 50-150 méter... Ezután a geotermikus szondát leeresztik, majd csatlakoztatják a szivattyúhoz.

Vízszintes szivattyú típusú talajvíz

Ilyen szivattyú telepítésekor egy csőrendszer által kialakított elosztót kell használni. A talaj fagyási szintje alatt kell lennie. A kollektor elhelyezésének pontossága és mélysége nagyban függ az éghajlati zónától. Először a talajréteget eltávolítják. Ezután a csöveket lefektetik, majd visszatöltik földdel.
Használhat más módot is - egyedi csövek lefektetése vízért egy előre kiásott árokban. Miután elhatározta a használatát, először árkokat kell ásnia, amelyek mélységének a fagyásszint alatt kell lennie.

Módszer a hőszivattyú teljesítményének kiszámítására

Az optimális energiaforrás meghatározása mellett ki kell számolni a fűtéshez szükséges hőszivattyú teljesítményét. Ez az épület hőveszteségének mértékétől függ. Számítsuk ki egy hőszivattyú teljesítményét egy ház fűtésére egy konkrét példa segítségével.

Ehhez a Q = k * V * ∆T képletet használjuk, ahol

• Q hőveszteség (kcal / óra). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V a ház térfogata m3-ben (a területet megszorozzuk a mennyezetek magasságával);
• ∆Т az év leghidegebb időszakában a helyiségen kívül és belül a minimális hőmérséklet aránya, ° С. Kivonjuk a külsőt a belső tº-ból;
• k az épület általános hőátbocsátási tényezője. Két rétegű falazatú téglaépülethez k = 1; jól szigetelt épület esetében k = 0,6.

Így a hőszivattyú teljesítményének kiszámítása egy 100 négyzetméteres téglaház és 2,5 m mennyezetmagasságú fűtésre, a tt-különbség a -30 ° és a + 20 ° között a következő lesz:

Q = (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / óra

12500/860 = 14,53 kW. Vagyis egy szokásos téglaházhoz, amelynek területe 100 m, 14 kilowattos készülékre lesz szükség.

A fogyasztó számos feltétel alapján elfogadja a hőszivattyú típusának és teljesítményének megválasztását:

• a terület földrajzi jellemzői (a víztestek közelsége, a talajvíz jelenléte, a gyűjtő számára szabad terület);
• az éghajlat jellemzői (hőmérséklet);
• a helyiség típusa és belső térfogata;
• pénzügyi lehetőségek.

A fenti szempontok figyelembevételével a lehető legjobban kiválaszthatja a berendezéseket. A hőszivattyú hatékonyabb és megfelelőbb kiválasztása érdekében jobb, ha szakemberekkel fordulunk, ők részletesebb számításokat végezhetnek, és biztosítják a berendezések telepítésének gazdasági megvalósíthatóságát.

Hőszivattyúkat hosszú ideig és nagyon sikeresen alkalmaztak a háztartási és ipari hűtőkben és légkondicionálókban.

Ma ezeket az eszközöket elkezdték használni ellenkező jellegű funkciók ellátására - hideg időjárás esetén egy lakás fűtésére.

Vessünk egy pillantást arra, hogyan használják a hőszivattyúkat a magánházak fűtésére, és mit kell tudnia az összes alkatrész helyes kiszámításához.

Mi a hőszivattyú, annak hatóköre

A hőszivattyú műszaki meghatározása olyan eszköz, amely energiát szállít egyik területről a másikra, miközben növeli annak munkájának hatékonyságát. Ezt a szerelőt nem nehéz szemléltetni. Képzeljünk el egy vödör hideg vizet és egy pohár forró vizet. Ugyanannyi energiát fordítanak azok fűtésére egy bizonyos hőjeltől. Alkalmazásának hatékonysága azonban más. Ha egyidejűleg 1 fokkal csökkenti a vödör víz hőmérsékletét, a kapott hőenergia szinte felforralhatja az üvegben lévő folyadékot.

Ennek a mechanikának megfelelően működik a hőszivattyú, amellyel felmelegítheti a medencét, vagy teljesen biztosíthatja a fűtést egy vidéki ház számára. A berendezés átadja a hőt az egyik területről a másikra, általában a helyiségen kívülről befelé. Számos alkalmazás létezik erre a technikára.

1. A hőszivattyú bizonyos névleges teljesítményével a ház fűtése olcsó és hatékony lesz.
2. A melegvíz készítése hőszivattyúval egyszerű a kazánok újrafűtésével.
3. Némi erőfeszítéssel és megfelelő tervezéssel teljesen önálló fűtési rendszert lehet létrehozni napelemekkel.
4. A legtöbb hőszivattyús modell elfogadható lehetőség a fűtési körként használt padlófűtésre.

Megfelelő rendszer kiválasztásához és megvásárlásához először is helyesen kell beállítania a vele szemben álló feladatot. És csak ezt követően tegye fel a teljesítményre vonatkozó követelményeket, és értékelje az egyes hőkazánok elfogadhatóságát, hogy minden igényt kielégítsenek.

Példa a hőszivattyú számítására

Hőszivattyút választunk egy földszintes ház fűtési rendszeréhez, amelynek teljes területe 70 négyzetméter. m normál mennyezeti magassággal (2,5 m), a burkoló szerkezetek racionális felépítésével és hőszigetelésével, amely megfelel a modern építési előírások követelményeinek. Az 1. negyedév fűtésére. m ilyen tárgy, az általánosan elfogadott szabványok szerint 100 W hőt kell elkölteni. Így az egész ház fűtéséhez szüksége lesz:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW hőenergia.

A "TeploDarom" márkájú hőszivattyút választjuk (L-024-WLC modell), amelynek hőteljesítménye W = 7,7 kW. Az egység kompresszora N = 2,5 kW áramot fogyaszt.

Tartály számítása

A kollektor építéséhez kiosztott területen a talaj agyagos, a talajvíz szintje magas (a fűtőértéket p = 35 W / m vesszük).

A kollektor teljesítményét a következő képlet határozza meg:

Qk = W - N = 7,7 - 2,5 = 5,2 kW.

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

Azon tény alapján, hogy ésszerűtlen a túl magas hidraulikus ellenállás miatt 100 m-nél hosszabb áramkört lefektetni, a következőket fogadjuk el: a hőszivattyús elosztó két - 100 m és 50 m hosszú - körből áll.

A gyűjtő számára kiosztandó terület területét a következő képlet határozza meg:

S = L x A,

Ahol a kontúr szomszédos szakaszai közötti lépés. Elfogadjuk: A = 0,8 m.

Ezután S = 150 x 0,8 = 120 négyzetméter. m.

Hatékonyság és COP

Világosan mutatja, hogy a szabad forrásokból származó energia 3/3-a. (Kattints a kinagyításhoz)

Először határozzuk meg fogalmakkal:

• Hatékonyság - hatékonysági együttható, azaz mennyi hasznos energia nyerhető a rendszer működésére fordított energia százalékában;
• COP - a teljesítmény együtthatója.

Ilyen mutatót, mint a hatékonyságot gyakran használnak reklámcélokra: "A szivattyúnk hatékonysága 500%!" Úgy tűnik, igazat mondanak - 1 kW energiafogyasztásért (az összes rendszer és egység teljes működéséhez) 5 kW hőenergiát állítottak elő.

Ne feledje azonban, hogy a hatékonyság nem lehet magasabb 100% -nál (ezt a mutatót zárt rendszerek esetében számítják ki), ezért logikusabb lenne a COP mutatót (amelyet a nyílt rendszerek kiszámításához használjuk), amely megmutatja a felhasznált energia konverziós tényezőjét hasznos energia.

Általában a COP-t 1-től 7-ig számolják. Minél nagyobb a szám, annál hatékonyabb a hőszivattyú. A fenti példában (500% -os hatékonyság mellett) a COP 5.

Hőszivattyú megtérülése

Ha arról van szó, hogy az embernek mennyi időbe telik a valamibe fektetett pénz visszatérítése, az azt jelenti, hogy maga a befektetés mennyire volt nyereséges. A fűtés területén minden meglehetősen nehéz, mivel kényelmet és hőt biztosítunk magunknak, és minden rendszer drága, de ebben az esetben kereshet egy ilyen lehetőséget, amely a felhasználás közbeni költségek csökkentésével megtérítené az elköltött pénzt. És amikor elkezdi keresni a megfelelő megoldást, mindent összehasonlít: gázkazánt, hőszivattyút vagy elektromos kazánt. Elemezzük, melyik rendszer térül meg gyorsabban és hatékonyabban.

A megtérülés fogalma, ebben az esetben a hőszivattyú bevezetése a meglévő hőszolgáltató rendszer korszerűsítésére, leegyszerűsítve, a következőképpen magyarázható:

Egy rendszer létezik - egy egyedi gázkazán, amely autonóm fűtést és melegvíz ellátást biztosít. Van egy osztott rendszerű légkondicionáló, amely egy helyiséget hidegen biztosít. 3 osztott rendszert telepített különböző helyiségekben.

És létezik egy gazdaságosabb fejlett technológia - egy hőszivattyú, amely házakat fűt / hűt, a házhoz vagy lakáshoz pedig megfelelő mennyiségű vizet melegít. Meg kell határozni, hogy mennyi változott a felszerelések összköltsége és a kezdeti költségek, valamint megbecsülni, hogy a kiválasztott típusú berendezések éves üzemeltetési költségei mennyivel csökkentek. És annak meghatározása, hogy az ebből eredő megtakarítások mellett hány év fizet meg a drágább berendezésekből. Ideális esetben több javasolt tervezési megoldást hasonlítanak össze, és kiválasztják a legköltséghatékonyabb megoldást.

El fogjuk végezni a számítást és a vyyaski-t, mi az a megtérülési idő, amelyet Ukrajnában egy hőszivattyú hoz

Vegyünk egy konkrét példát

• A ház 2 emeleten van, jól szigetelt, teljes területe 150 négyzetméter.
• Hő / fűtéselosztó rendszer: 1. kör - padlófűtés, 2. kör - radiátorok (vagy ventilátor tekercs egységek).
• Fűtéshez és melegvíz-ellátáshoz (HMV) gázkazánt telepítettek, például 24 kW teljesítményű, kettős áramkörrel.
• Légkondicionáló rendszer osztott rendszerekből a ház 3 szobájához.

A fűtés és a vízmelegítés éves költségei

Max. fűtésre szolgáló hőszivattyú fűtőkapacitása, kW	19993,59
Max. a hőszivattyú energiafogyasztása fűtés közbeni üzem közben, kW	7283,18

Max. hőszivattyú fűtőkapacitása melegvíz ellátáshoz, kW	2133,46
Max. a hőszivattyú energiafogyasztása melegvízellátás esetén, kW	866,12

1. A 24 kW-os gázkazánnal ellátott kazán (kazán, csővezeték, vezeték, tartály, mérő, szerelés) hozzávetőleges költsége körülbelül 1000 Euro. Egy ilyen ház légkondicionáló rendszere (egy osztott rendszer) körülbelül 800 euróba kerül. Összesen a kazánház rendezésével, tervezési munkákkal, a gázvezeték hálózathoz való csatlakozással és szerelési munkákkal - 6100 euró.

1. A Mycond hőszivattyú hozzávetőleges ventilátor-tekercsrendszerrel, a szerelési munkákkal és a hálózatra történő bekötéssel hozzávetőlegesen 6650 euróba kerül.

1. A beruházások növekedése: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euró (vagy körülbelül 16500 UAH)
2. A működési költségek csökkentése: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Megtérülési idő Tocup. = 16500/19608 = 0,84 év!

A hőszivattyú egyszerű használata

A hőszivattyúk a legsokoldalúbb, multifunkcionális és energiatakarékos berendezések otthoni, lakásbeli, irodai vagy kereskedelmi létesítmények fűtésére.

A legfejlettebb és a legfejlettebb egy intelligens vezérlőrendszer heti vagy napi programozással, az évszakos beállítások automatikus váltásával, a ház hőmérsékletének fenntartásával, gazdaságos üzemmódokkal, egy szolga kazán, kazán, cirkulációs szivattyúk, hőmérséklet-szabályozás vezérlésével két fűtési körben. A kompresszor, a ventilátor, a szivattyúk működésének inverteres vezérlése maximális energiamegtakarítást tesz lehetővé.

A hőszivattyúk előnyei és beépítésük megvalósíthatósága

Mint a reklámban elhangzott, a hőszivattyúk fő előnye a fűtés hatékonysága. Bizonyos mértékig ez így működik. Ha a hőszivattyú optimális hőmérsékletet biztosító energiatermelő környezettel rendelkezik, a telepítés hatékonyan működik, a fűtési költségek körülbelül 70-80% -kal csökkennek. Mindazonáltal mindig vannak olyan esetek, amikor a hőszivattyú pénzt pazarolhat.

A hőszivattyú hatékonyságát a következő technológiai jellemzők határozzák meg:

• a határérték paramétere a hőmérséklet csökkentésére a munkafolyadékkal;
• a külső hőcserélő és a környezet minimális hőmérséklet-különbsége, amelynél a hőelvonás rendkívül kicsi;
• az energiafogyasztás és a hasznos hőteljesítmény szintje.

A hőszivattyú alkalmazásának megvalósíthatósága több tényezőtől függ.

1. Azok a területek, ahol az ilyen berendezések nem mutatnak jó eredményeket, fagyos télűek és alacsony napi átlagos hőmérsékletűek. Ebben az esetben a hőszivattyú egyszerűen nem képes elegendő hőt elvinni a környezetből, közel kerülve a nulla hatékonyságú zónához. Először is, ez a levegő-levegő rendszerekre vonatkozik.
2. A fűtött tér térfogatának növekedésével a hőszivattyú technológiai paraméterei szinte ugrásszerűen növekednek. A hőcserélők egyre nagyobbak, a vízbe vagy földbe merülő szondák mérete és száma növekszik. Egy bizonyos ponton a hőszivattyú fűtési költségei, a telepítéséhez és karbantartásához szükséges költségek, valamint az elfogyasztott energia megfizetése egyszerűen irracionális beruházássá válik. Sokkal olcsóbb klasszikus gázfűtési rendszert létrehozni kazánnal.
3. Minél bonyolultabb a rendszer, annál drágább és problémásabb a javítás meghibásodás esetén. Ez negatívan egészíti ki a fűtött terület nagyságát és az éghajlati zóna jellemzőit.

Tanács! Általánosságban elmondható, hogy a hőszivattyú egyedüli hőforrásként való használata otthon csak korlátozott számban vehető figyelembe. Mindig bölcs dolog egy átfogó támogatási rendszert használni. Itt a lehetséges kombinációk számát csak a rendelkezésre álló energiaforrások és a tulajdonos pénzügyi lehetőségei korlátozzák.

A klasszikus a hőszivattyú és az együtt működő gáz / szilárd tüzelésű kazán. Az ötlet egyszerű: az üzemanyag elégetésének termékei egy széles csövön keresztül távoznak. Itt található a hőszivattyús hőcserélő. A fűtési és melegvízellátó rendszerben tárolótartályok és egy közvetett fűtőkazán van elhelyezve. A berendezés (kazán és szivattyú) egyidejűleg aktiválódik, amikor az elosztóhálózatban lévő folyadék hőmérséklete csökken. Párban dolgozva szinte teljesen felhasználják az égési tüzelőanyag energiáját, a maximálishoz közeli hatékonysági mutatókat mutatva.

A környezet jellemzőihez igazodó rendszer hőszivattyún, ventilátor blokkon, bármilyen osztályú hőlégfúvón alapul. Kellően magas kinti levegő hőmérsékleten (-5 ... -10 Celsius fokig) a hőszivattyú normálisan működik, elegendő teljesítményt biztosítva a fűtéshez. A rendszer tervezési jellemzője a külső hőcserélő elhelyezése egy külön szellőzőcsatornában. Amikor a kültéri hőmérséklet az optimális érték alá csökken, a szállított levegőt hőlégfúvóval (dízel, elektromos vagy gáz) melegítik.

Különösen érdemes megjegyezni: a legtöbb olyan rendszert, amely a levegő hőmérsékletéhez való alkalmazkodást vagy a hőszivattyú működési paramétereinek stabilizálását biztosítja, a levegő-levegő és a levegő-víz eszközökre alkalmazzák. Más rendszerek a talajban vagy a vízben elkülönített külső hőcserélők miatt nem teszik lehetővé ilyen "üvegházi" működési feltételek létrehozását.

A hőszivattyú működése a talajvíz rendszer szerint történő munkavégzés során

A gyűjtőt háromféleképpen lehet eltemetni.

Vízszintes opció

A csöveket kígyóként árkokba fektetik a talaj fagyás mélységét meghaladó mélységig (átlagosan 1 és 1,5 m között).
Egy ilyen gyűjtőhöz elég nagy területű telek kell, de bármely háztulajdonos megépítheti - a lapáttal való munkavégzés képességén kívül más képességekre nincs szükség.

Figyelembe kell azonban venni, hogy a hőcserélő kézi megépítése meglehetősen fáradságos folyamat.

Függőleges opció

Az „U” betű alakú hurkok formájában lévő tartálycsöveket 20–100 m mélységű kutakba merítik. Szükség esetén több ilyen kút is felépíthető. A csövek felszerelése után a kutakat cementhabarccsal töltik meg.

A függőleges kollektor előnye, hogy építéséhez nagyon kis területre van szükség. A 20 m-nél mélyebb kutak fúrására azonban önállóan nincs lehetőség - fúrócsapatot kell felvennie.

Kombinált lehetőség

Ez a gyűjtő egyfajta vízszintesnek tekinthető, de felépítéséhez sokkal kevesebb hely szükséges.
A helyszínen kerek kutat ásnak, amelynek mélysége 2 m.

A hőcserélő csövek spirálba vannak fektetve, így az áramkör olyan, mint egy függőlegesen telepített rugó.

A szerelési munkák befejezése után a kút megtelik. Csakúgy, mint egy vízszintes hőcserélő esetében, az összes szükséges munkát kézzel is el lehet végezni.

A gyűjtőt fagyálló - fagyálló vagy etilén-glikol oldattal töltik meg. Cirkulációjának biztosítása érdekében egy speciális szivattyút vágnak az áramkörbe. A talaj melegét elnyelve a fagyálló az elpárologtatóba kerül, ahol hőcsere zajlik közte és a hűtőközeg között.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a talajból történő korlátlan hőelvezetés, különösen akkor, ha a kollektor függőlegesen helyezkedik el, nemkívánatos következményekkel járhat a terület geológiájára és ökológiájára. Ezért a nyári időszakban nagyon kívánatos, hogy a "talaj - víz" típusú hőszivattyút fordított üzemmódban - klímaberendezéssel működtessék.

A gázfűtési rendszernek számos előnye van, és az egyik fő az alacsony gázköltség. Hogyan szereljük fel az otthoni fűtést gázzal, egy magánház fűtési rendszere fogja kérni gázkazánnal. Vegye figyelembe a fűtési rendszer tervezésének és cseréjének követelményeit.

Ebben a témakörben olvassa el a napelemek otthoni fűtéshez való választásának jellemzőit.

A hőszivattyú kiszámítása és kiválasztása

A hőszivattyúk kiszámítása és kialakítása

A hőszivattyú kiszámítása és kiválasztása.

Mint tudják, a hőszivattyúk ingyenes, megújuló energiaforrásokat használnak: alacsony minőségű levegő-, talaj-, földalatti, nyílt, nem fagyasztó víztestek, szennyvíz, szennyvíz és levegő hője, valamint a technológiai vállalkozások hulladékhője. Ennek összegyűjtése érdekében áramot fogyasztanak, de a kapott hőenergia és az elfogyasztott energia aránya körülbelül 3–7-szerese.

Ha csak a fűtés céljából körülöttünk lévő alacsony fokú hőforrásokról beszélünk, az az; –3 és +15 ° С közötti külső levegő, a helyiségből (15–25 ° С), az altalajból (4–10 ° С) és a talajból (kb. 10 ° C), a tóból és a folyóból származó víz ( 5–10 ° С), talajfelszín (fagypont alatt) (3–9 ° С) és mély talaj (több mint 6 m - 8 ° C).

Hő kinyerése a környezetből (belső kerület).

A párologtatóba folyékony hűtőközeget szivattyúznak alacsony nyomáson. Az elpárologtatót körülvevő hőmérsékletek hőmérséklete magasabb, mint a munkaközeg megfelelő forráspontja (a hűtőközeget úgy választják meg, hogy még nulla alatti hőmérsékleten is képes forralni). Ennek a hőmérséklet-különbségnek köszönhetően a hő átkerül a környezetbe, a munkakörnyezetbe, amely ezen a hőmérsékleten forr és elpárolog (gőzzé alakul). Az ehhez szükséges hő a fent felsorolt ​​alacsony minőségű hőforrásokból származik.

Tudjon meg többet a megújuló energiaforrásokról

Ha légköri vagy szellőző levegőt választanak hőforrásként, akkor a "levegő-víz" séma szerint működő hőszivattyúkat kell használni. A szivattyú elhelyezhető beltérben vagy szabadban, beépített vagy távoli kondenzátorral. A levegőt ventilátorral fújják át a hőcserélőn (párologtatón).

Alacsony minőségű hőenergia forrásaként viszonylag alacsony hőmérsékletű talajvíz vagy a föld felszíni rétegeinek talaja használható. A talajtömeg hőtartalma általában magasabb. A föld felszíni rétegeinek talajának hőállapota két fő tényező - a felszínre hulló napsugárzás és a föld belsejéből származó radiogén hő fluxus - hatására alakul ki. A napsugárzás intenzitásának és a külső levegő hőmérsékletének évszakos és napi változásai ingadozásokat okoznak a talaj felső rétegeinek hőmérsékletében. A külső léghőmérséklet napi ingadozásainak behatolási mélysége és a beeső napsugárzás intenzitása a talaj és az éghajlati viszonyok függvényében több tíz centimétertől másfél méterig terjed. A külső léghőmérséklet szezonális ingadozásainak behatolási mélysége és a beeső napsugárzás intenzitása általában nem haladja meg a 15–20 m-t.

A vízszintes hőcserélők típusai:

- sorba kapcsolt csövekből álló hőcserélő; - párhuzamosan összekapcsolt csövekből álló hőcserélő; - vízszintes kollektor árokba fektetve; - hőcserélő hurok formájában; - vízszintesen elhelyezett spirál alakú hőcserélő (az úgynevezett "slinky" kollektor); - függőlegesen elhelyezett spirál alakú hőcserélő.

A víz jól felhalmozza a napenergiát. Még a hideg téli időszakban is a talajvíz állandó hőmérséklete +7 ... + 12 ° C. Ez a hőforrás előnye. Az állandó hőmérsékleti szint miatt ennek a hőforrásnak egész évben magas a konverziós aránya a hőszivattyún keresztül. Sajnos mindenhol nincs elegendő talajvíz. Ha talajvízforrásként használják, az ellátást a kútból egy merülő szivattyú segítségével a hőszivattyú hőcserélőjébe (párologtatójába) vezetik be, amely a „víz-víz / nyitott rendszer szerint működik”. ”Séma szerint a hőcserélő kimenetéből a vizet vagy egy másik kútba pumpálják, vagy egy víztestbe engedik. A nyitott rendszerek előnye, hogy viszonylag alacsony költségek mellett nagy mennyiségű hőenergiát nyerhetnek. A kutak azonban karbantartást igényelnek. Ezenkívül az ilyen rendszerek használata nem minden területen lehetséges. A talajra és a talajvízre vonatkozó fő követelmények a következők:

- a talaj megfelelő vízáteresztő képessége, amely lehetővé teszi a vízkészletek feltöltését; - a talajvíz jó kémiai összetétele (pl. alacsony vastartalom) a csőfalakon lévő lerakódások kialakulásával és a korrózióval kapcsolatos problémák elkerülése érdekében.

A nyitott rendszereket gyakrabban használják nagy épületek fűtésére vagy hűtésére. A világ legnagyobb geotermikus hőátadó rendszere a talajvizet használja alacsony minőségű hőenergia forrásaként. Ez a rendszer Louisville-ben található, Kentucky, USA. A rendszert a szálloda és az irodakomplexum hő- és hidegellátására használják; kapacitása körülbelül 10 MW.

Vegyünk egy másik forrást - egy víztározót, annak aljára hurkokat tehetünk egy műanyag csőből, a "víz-víz / zárt rendszer" sémáról. Etilén-glikol oldat (fagyálló) kering a csővezetéken, amely a hőszivattyú hőcserélőjén (párologtatóján) keresztül továbbítja a hőt a hűtőközegbe.

A talaj képes hosszú idő alatt felhalmozni a napenergiát, ami biztosítja a hőforrás viszonylag egyenletes hőmérsékletét egész évben, és ezáltal a hőszivattyú magas konverziós tényezőjét.A termőréteg hőmérséklete az évszak függvényében változik. A fagypont alatt ezek a hőmérséklet-ingadozások jelentősen csökkennek. A talajban felhalmozódott hőt vízszintesen lefektetett, lezárt hőcserélők, más néven földkollektorok, vagy függőlegesen lefektetett hőcserélők, úgynevezett geotermikus szondák segítségével nyerik vissza. A környezet hőjét víz és etilén-glikol (sóoldat vagy táptalaj) keveréke adja át, amelynek fagyáspontja megközelítőleg -13 ° C legyen (vegye figyelembe a gyártó adatait). Ennek köszönhetően a sóoldat nem fagy meg működés közben.

Ez azt jelenti, hogy kétféle lehetőség van az alacsony minőségű hő kinyerésére a talajból. Műanyag csövek vízszintes lefektetése a terület éghajlati viszonyaitól függően 1,3–1,7 m mély árkokba, vagy 20–100 m mély függőleges kutakba. A csöveket árkokba spirálok formájában lehet elhelyezni, de 2 fektetési mélységgel - 4 m, ez jelentősen csökkenti az árkok teljes hosszát. A felszíni talaj maximális hőátadása 7-25 W a l.p.-val, a geotermikus 20-50 W az l.p. A gyártó cégek szerint az árkok és kutak élettartama meghaladja a 100 évet.

Még egy kicsit a függőleges földi hőcserélőkről.

1986 óta Svájcban, Zürich közelében, függőleges földi hőcserélővel ellátott rendszeren végeztek vizsgálatokat [4]. A talajmasszívumba vertikális földi koaxiális hőcserélőt telepítettek, amelynek mélysége 105 m. Ezt a hőcserélőt alacsony minőségű hőenergia forrásaként használták egy családi házban beépített hőátadó rendszer számára. A függőleges földi hőcserélő csúcsteljesítménye körülbelül 70 watt hosszúságméterenként volt, ami jelentős hőterhelést okozott a környező talajtömegre. Az éves hőtermelés körülbelül 13 MWh.

A fő kúttól 0,5 és 1 m távolságra két további kutat fúrtak, amelyekbe hőmérséklet-érzékelőket 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 és 105 m mélységbe telepítettek, ezután a kutakat agyag-cement keverékkel töltötték meg. A hőmérsékletet harminc percenként mértük. A talaj hőmérsékletén kívül egyéb paramétereket is rögzítettek: a hűtőfolyadék mozgási sebessége, a kompresszor hajtásának energiafogyasztása, a levegő hőmérséklete stb.

Az első megfigyelési időszak 1986 és 1991 között tartott. A mérések azt mutatták, hogy a külső levegő hőjének és a napsugárzásnak a hatása a talaj felszíni rétegében 15 m mélységben figyelhető meg. Ezen szint alatt a talaj hőállapota főleg a hő hatására alakul ki. a föld belseje. Az első 2-3 üzemév során a függőleges hőcserélőt körülvevő talajtömeg hőmérséklete meredeken esett, de évről évre csökkent a hőmérséklet-csökkenés, és néhány év múlva a rendszer állandó közeli üzemmódba lépett, amikor a hőmérséklet a hőcserélő körüli talajtömeg 1 -2 ° C lett.

1996 őszén, tíz évvel a rendszer működésének megkezdése után, a méréseket folytatták. Ezek a mérések azt mutatták, hogy a talaj hőmérséklete nem változott jelentősen. A következő években a talaj hőmérsékletének enyhe ingadozásait az éves fűtési terheléstől függően 0,5 ° C tartományban regisztrálták. Így a rendszer az első néhány működési év után kvázi stacionárius rendszert ért el.

A kísérleti adatok alapján matematikai modelleket építettek fel a talajtömegben zajló folyamatokról, amelyek lehetővé tették a talajtömeg hőmérsékletének változásának hosszú távú előrejelzését.

A matematikai modellezés azt mutatta, hogy az éves hőmérséklet-csökkenés fokozatosan csökken, és a hőcserélő körüli talajtömeg mennyisége - a hőmérséklet csökkenésének függvényében - minden évben növekszik.Az üzemidő végén megkezdődik a regenerációs folyamat: a talaj hőmérséklete emelkedni kezd. A regenerációs folyamat jellege hasonló a hő "kivonásának" folyamatához: a működés első éveiben a talaj hőmérséklete hirtelen megemelkedik, a következő években pedig a hőmérséklet emelkedésének üteme csökken. A "regenerálás" időtartama a működési időszak hosszától függ. Ez a két periódus közel azonos. Ebben az esetben a földi hőcserélő működési ideje harminc év volt, és a "regenerálás" időszakát szintén harminc évre becsülik.

Így az épületek fűtési és hűtési rendszerei alacsony minőségű földi hőt használnak, és mindenütt felhasználható megbízható energiaforrást jelentenek. Ez a forrás kellően hosszú ideig használható, és a működési időszak végén megújítható.

A vízszintes hőszivattyús kollektor kiszámítása

A hő eltávolítása a cső minden méteréről számos paramétertől függ: a beépítés mélységétől, a talajvíz elérhetőségétől, a talaj minőségétől stb. Nagyjából úgy lehet tekinteni, hogy a vízszintes kollektoroknál 20 W.m.p. Pontosabban: száraz homok - 10, száraz agyag - 20, nedves agyag - 25, magas víztartalmú agyag - 35 W.m.p. A számítások során a hurok közvetlen és visszatérő vezetékében lévő hűtőfolyadék hőmérséklet-különbségét általában 3 ° C-nak vesszük. A gyűjtőhelyen nem szabad épületeket felállítani, hogy a föld hője, azaz. energiaforrásunkat napsugárzásból származó energiával töltötték fel.

A lefektetett csövek minimális távolságának legalább 0,7–0,8 m-nek kell lennie. Egy-egy árok hossza 30 és 150 m között változhat. Fontos, hogy a csatlakoztatott áramkörök hossza megközelítőleg azonos legyen. Az elsődleges körben fűtőközegként körülbelül -13 ° C fagypontú etilén-glikol-oldatot (közeg) ajánlott használni. A számításoknál figyelembe kell venni, hogy az oldat hőkapacitása 0 ° C hőmérsékleten 3,7 kJ / (kg K), a sűrűség pedig 1,05 g / cm3. Közeg használata esetén a csövekben a nyomásveszteség 1,5-szer nagyobb, mint a víz keringése esetén. A hőszivattyú-létesítmény elsődleges áramkörének paramétereinek kiszámításához meg kell határozni a közeg áramlási sebességét:

Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7. T),

Hol .t - az elő- és visszatérő vezetékek közötti hőmérséklet-különbség, amelyet gyakran 3 oK-nak feltételeznek. Azután Qo - alacsony potenciálú forrásból (földről) kapott hőteljesítmény. Ez utóbbi érték a Qwp hőszivattyú teljes teljesítményének és a hűtőközeg fűtésére fordított elektromos teljesítmény különbségének számít. P:

Qo = Qwp - P, kW.

A kollektorcsövek teljes hossza L és a helyszín teljes területe A a következő képletekkel számolva:

L = Qo / q,

A = L da.

Itt q - fajlagos (1 m csőtől) hőelvezetés; da - csövek közötti távolság (fektetési lépés).

Számítási példa. Hő pumpa.

Kezdeti feltételek: egy 120–240 m2 alapterületű házikó hőigénye (hőveszteségek alapján, a beszivárgás figyelembevételével) - 13 kW; a fűtési rendszer vízhőmérséklete 35 ° C (padlófűtés); a hűtőfolyadék minimális hőmérséklete a párologtató kimeneténél 0 ° С. Az épület fűtésére 14,5 kW-os hőszivattyút választottak a meglévő műszaki felszereltségi körből, figyelembe véve a közeg viszkozitásának veszteségeit, amikor a hőenergiát a talajból nyerik ki és adják át. Hőeltávolítás a talaj felszíni rétegéből (száraz agyag), q értéke 20 W / olvadáspont. A képleteknek megfelelően kiszámítjuk:

1) a kollektor szükséges hőteljesítménye Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) a cső teljes hossza L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. Egy ilyen gyűjtő szervezéséhez 6, 100 m hosszú áramkörre lesz szükség;

3) 0,75 m fektetési lépéssel a helyszín szükséges területe A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) az etilén-glikol-oldat általános töltése Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, egy áramkörben egyenlő 0,58 m3.

A kollektor eszközhöz 32x3 szabványos méretű műanyag csövet választunk. A nyomásveszteség 45 Pa / mp. egy áramkör ellenállása körülbelül 7 kPa; hűtőfolyadék áramlási sebessége - 0,3 m / s.

Szonda számítása

20–100 m mélységű függőleges kutak használata esetén U alakú műanyag csöveket (32 mm átmérőjűek) merítenek beléjük. Rendszerint két hurok van behelyezve egy lyukba, szuszpenziós oldattal töltve meg. Átlagosan egy ilyen szonda fajlagos hőteljesítménye 50 W / mp. A hőteljesítményre vonatkozó következő adatokra is összpontosíthat:

- száraz üledékes kőzetek - 20 W / m; - köves talaj és vízzel telített üledékes kőzetek - 50 W / m; - magas hővezető képességű kőzetek - 70 W / m; - talajvíz - 80 W / m.

A talaj hőmérséklete 15 m-nél nagyobb mélységben állandó és megközelítőleg +9 ° С. A kutak közötti távolságnak többnek kell lennie, mint 5 m. Ha vannak földalatti áramlatok, a kutakat az áramlásra merőleges vonalon kell elhelyezni.

A csőátmérők kiválasztása a hűtőfolyadék szükséges áramlási sebességének nyomásvesztesége alapján történik. A folyadékáram kiszámítása elvégezhető t = 5 ° С esetén.

Számítási példa.

A kezdeti adatok megegyeznek a vízszintes tározó fenti számításával. Ha a szonda fajlagos hőteljesítménye 50 W / m és a szükséges teljesítmény 11,28 kW, az L szonda hosszának 225 m-nek kell lennie.

A kollektor felállításához három, 75 m mélységű kutat kell fúrni. Mindegyikbe egy 32x3-as cső két hurkát helyezünk; összesen - 6 áramkör, egyenként 150 m.

A hűtőfolyadék teljes áramlási sebessége, t = 5 ° С hőmérsékleten 2,1 m3 / h lesz; áramlási sebesség egy körön keresztül - 0,35 m3 / h. Az áramkörök a következő hidraulikus jellemzőkkel rendelkeznek: nyomásveszteség a csőben - 96 Pa / m (hőhordozó - 25% etilén-glikol oldat); hurokellenállás - 14,4 kPa; áramlási sebesség - 0,3 m / s.

Felszerelés kiválasztása

Mivel a fagyálló hőmérséklet változhat (–5 és +20 ° C között), a hőszivattyú elsődleges áramkörében hidraulikus tágulási tartályra van szükség.

A hőszivattyú fűtési (kondenzációs) vezetékére is ajánlott tárolótartályt telepíteni: a hőszivattyú kompresszora be-ki üzemmódban működik. A túl gyakori indítások alkatrészeinek gyorsabb kopásához vezethetnek. A tartály energia-akkumulátorként is hasznos - áramkimaradás esetén. Minimális térfogata 20-30 liter / 1 kW hőszivattyú teljesítmény.

A bivalencia, egy második energiaforrás (elektromos, gáz, folyékony vagy szilárd tüzelésű kazán) használatakor egy akkumulátor tartályon keresztül kapcsolódik az áramkörhöz, amely egyben hőhidrogén elosztó is, a kazán aktiválását hőszivattyú, ill. az automatizálási rendszer felső szintje.

Lehetséges áramkimaradás esetén a beépített hőszivattyú teljesítménye növelhető a következő képlettel számított együtthatóval: f = 24 / (24 - t off), ahol t off az áramkimaradás időtartama.

4 órás esetleges áramkimaradás esetén ez az együttható 1,2-nek felel meg.

A hőszivattyú teljesítménye egy vagy kétértékű működési módja alapján választható ki. Az első esetben feltételezzük, hogy a hőszivattyú az egyetlen hőenergia-generátor.

Nem szabad megfeledkezni: hazánkban is az alacsony léghőmérsékletű időszakok időtartama a fűtési szezon kis részét képezi. Például Oroszország középső régiójában az idő, amikor a hőmérséklet –10 ° C alá csökken, csak 900 óra (38 nap), míg maga a szezon időtartama 5112 óra, a januári átlaghőmérséklet pedig körülbelül –10 ° С. Ezért a legcélszerűbb a hőszivattyú bivalens üzemmódban történő működtetése, amely további források beépítését írja elő azokban az időszakokban, amikor a levegő hőmérséklete egy bizonyos alá csökken: –5 ° С - Oroszország déli régióiban, - 10 ° С - a középsőekben. Ez lehetővé teszi a hőszivattyú és különösen az elsődleges kör telepítésével kapcsolatos munkák (árkok fektetése, fúrókút stb.) Költségeinek csökkentését, ami nagymértékben növekszik a berendezés kapacitásának növekedésével.

Oroszország középső régiójában a kétértékű üzemmódban működő hőszivattyú kiválasztásakor hozzávetőlegesen a hőigény 70/30 arányára lehet koncentrálni: a hőszivattyú 70% -át fedezi, a fennmaradó 30-at pedig elektromos vagy más hőenergia-forrás. A déli régiókban a hőszivattyú és a Nyugat-Európában gyakran használt kiegészítő hőforrás teljesítményaránya vezérelhető: 50-50.

4 m2-es 200 m2 alapterületű nyaraló 70 W / m2 hőveszteséggel (–28 ° C külső levegő hőmérsékletre számolva) a hőigény 14 kW lesz. Ehhez az értékhez adjon hozzá 700 W-ot a használati melegvíz előállításához. Ennek eredményeként a hőszivattyú szükséges teljesítménye 14,7 kW lesz.

Ha átmeneti áramkimaradásra van lehetőség, akkor ezt a számot a megfelelő tényezővel meg kell növelnie. Tegyük fel, hogy a napi kikapcsolási idő 4 óra, akkor a hőszivattyú teljesítményének 17,6 kW-nak kell lennie (a szorzótényező 1,2). Egyértékű üzemmód esetén választhat egy 17,1 kW teljesítményű föld-víz hőszivattyút, amely 6,0 kW villamos energiát fogyaszt.

Kétértékű rendszer esetén további elektromos fűtéssel és 10 ° C hidegvíz-ellátási hőmérséklettel a meleg víz és a biztonsági tényező megszerzésének szükségessége érdekében a hőszivattyú teljesítményének 11,4 W-nak kell lennie, és az elektromos kazán teljesítményének - 6,2 kW (összesen - 17,6) ... A rendszer által felhasznált elektromos teljesítmény csúcsa 9,7 kW lesz.

Az egy szezonban elfogyasztott villamos energia hozzávetőleges költsége, ha a hőszivattyú egyértékű üzemmódban működik, 500 rubel lesz, és kétértékű üzemmódban (-10 ° C) alatti hőmérsékleten - 12 500. Az energiahordozó költsége, ha csak a megfelelő kazán lesz: áram - 42 000, dízel üzemanyag - 25 000, és gáz - körülbelül 8 000 rubel. (szállított cső és alacsony gázárak jelenlétében Oroszországban). Jelenleg a körülményeink szempontjából a munka hatékonysága szempontjából a hőszivattyú csak új sorozatú gázkazánnal hasonlítható össze, és az üzemeltetési költségeket, a tartósságot, a biztonságot (nincs szükség kazánházra) és a környezetbarátságot tekintve, minden más típusú hőenergia-termelést felülmúl.

Ne feledje, hogy a hőszivattyúk telepítésekor mindenekelőtt gondoskodni kell az épület szigeteléséről és az alacsony hővezető képességű dupla üvegezésű ablakok beépítéséről, ami csökkenti az épület hőveszteségét, ezáltal a munka és a berendezések költségeit.

https://www.patlah.ru

© "Technológiák és technikák enciklopédiája" Patlakh V.V. 1993-2007

A vízszintes hőszivattyús kollektor kiszámítása

A vízszintes kollektor hatékonysága függ a közeg hőmérsékletétől, amelybe merül, hővezető képességétől és a cső felületével való érintkezés területétől. A számítási módszer meglehetősen bonyolult, ezért a legtöbb esetben átlagolt adatokat használnak.

Úgy gondolják, hogy a hőcserélő minden métere a következő hőteljesítményt biztosítja a HP számára:

• 10 W - száraz homokos vagy sziklás talajba temetve;
• 20 W - száraz agyagos talajban;
• 25 W - nedves agyagos talajban;
• 35 W - nagyon nedves agyagtalajban.

Így a kollektor (L) hosszának kiszámításához a szükséges hőteljesítményt (Q) el kell osztani a talaj fűtőértékével (p):

L = Q / p.

A megadott értékek csak akkor tekinthetők érvényesnek, ha a következő feltételek teljesülnek:

• A gyűjtő fölötti telek nincs beépítve, nincs árnyékolva vagy fákkal vagy bokrokkal beültetve.
• A spirál szomszédos fordulatai vagy a "kígyó" szakaszai közötti távolság legalább 0,7 m.

Hogyan működnek a hőszivattyúk

Bármely hőszivattyú rendelkezik hűtőközegnek nevezett munkaközeggel. Általában a freon hat ebben a minőségben, ritkábban az ammónia. Maga az eszköz csak három alkatrészből áll:

A párologtató és a kondenzátor két tartály, amelyek hosszú ívelt csöveknek - tekercseknek tűnnek.A kondenzátor egyik végén csatlakozik a kompresszor kimenetéhez, a párologtató pedig a bemenethez. A tekercsek végei össze vannak kötve, és nyomáscsökkentő szelepet helyeznek el a közöttük lévő csomópontban. Az elpárologtató - közvetlenül vagy közvetve - érintkezik a forrás közegével, a kondenzátor pedig a fűtő- vagy melegvíz-rendszerrel.

Hogyan működik a hőszivattyú

A HP működése a gázmennyiség, nyomás és hőmérséklet kölcsönös függőségén alapul. Így történik az egység belsejében:

1. A párologtató mentén mozgó ammónia, freon vagy más hűtőközeg a forrás közegéből például +5 fokos hőmérsékletre melegszik fel.
2. A párologtatón való áthaladás után a gáz eljut a kompresszorhoz, amely a kondenzátorhoz pumpálja.
3. A kompresszor által kibocsátott hűtőközeget egy nyomáscsökkentő szelep tartja a kondenzátorban, így itt nagyobb a nyomása, mint a párologtatóban. Mint tudják, növekvő nyomással bármely gáz hőmérséklete megnő. Pontosan ez történik a hűtőközeggel - 60–70 fokig melegszik. Mivel a kondenzátort a fűtési rendszerben keringő hűtőfolyadék mossa, ez utóbbi is felmelegszik.
4. A hűtőközeget kis adagokban engedik ki a nyomáscsökkentő szelepen keresztül az elpárologtatóba, ahol a nyomása ismét csökken. A gáz kitágul és lehűl, és mivel belső energiájának egy része elveszett az előző szakasz hőcseréje következtében, hőmérséklete a kezdeti +5 fok alá csökken. Az elpárologtatót követően ismét felmelegszik, majd a kompresszor a kondenzátorba pumpálja - és így tovább körben. Tudományosan ezt a folyamatot Carnot-ciklusnak hívják.

De a hőszivattyú továbbra is nagyon jövedelmező marad: minden elköltött kW * h villamos energiára 3-5 kW * h hő nyerhető.

Energiatakarékos

Az alternatív energiaforrások használata napjainkban a modern emberi tevékenység szinte minden területén kiemelt feladat. A szél-, víz-, napenergia aktív felhasználása nemcsak a pénzügyi erőforrások költségeinek jelentős csökkentését teszi lehetővé mindenféle technológiai művelet végrehajtása során, hanem jótékony hatással van a környezet állapotára is (a kibocsátások csökkenésével jár együtt). a légkörbe jutó szennyező anyagok).

Hasonló tendencia figyelhető meg a lakossági szektorban is, ennek fényében a napkollektorokat, a szélgenerátorokat, a gazdaságos hőgenerátorokat egyre inkább használják a kedvező életkörülmények megteremtésére, valamint intézkedéseket hoznak az összes elem hőszigetelésének fokozására. a szerkezet.

Gazdasági szempontból nagyon hatékony intézkedés a hőszivattyúk - geotermikus energiaforrások - használata. A hőszivattyúk elvileg úgy vannak kialakítva, hogy szó szerint apránként tudják kinyerni a hőt a környezetből, és csak ezután alakítsák át és irányítsák a közvetlen felhasználás helyére. A levegő, a víz, a talaj a hőszivattyú energiaforrásaként működhet, míg az egész folyamat néhány anyag (hűtőközeg) alacsony hőmérsékleten való forralásának fizikai tulajdonságai miatt valósul meg.

Így a bemutatott hőtermelő teljesítményének hagyományos erőforrás költségei csak az energia szállításához kapcsolódnak, míg fő része kívülről vesz részt. A hőszivattyúk alapvető jellemzői miatt a teljesítményük együtthatója eléri a 3-5 egységet, vagyis 100 W elektromos energiát fordítva a hőszivattyú működésére, akár 0,5 kW hőteljesítményt is elérhet.