Ovaj članak opisuje mogućnosti grijanja doma i opskrbe toplom vodom pomoću dizalice topline, solarnog kolektora i kavitacijskog generatora topline. Dana je približna metoda za proračun dizalice topline i generatora topline. Naveden je približan trošak grijanja kuće toplinskom pumpom.

Toplinska pumpa. dizajn kućnog grijanja

Da biste razumjeli njegovo načelo rada, možete pogledati obični kućanski hladnjak ili klima uređaj.

Moderne dizalice topline za svoj rad koriste nizak potencijal izvori topline zemlja, podzemna voda, zrak. Isti fizički princip djeluje i u hladnjaku i u toplinskoj pumpi (fizičari taj proces nazivaju Carnotov ciklus). Dizalica topline je uređaj koji "ispumpava" toplinu iz hladnjaka i baca je na radijator. Klima uređaj "ispumpava" toplinu iz zraka sobe i baca je na radijator, ali koji se nalazi na ulici. Istodobno, toplini "isisanoj" iz prostorije dodaje se još topline u koju se pretvorila električna energija koju troši elektromotor klima uređaja.

Broj koji izražava omjer toplinske energije koju proizvede dizalica topline (klima uređaj ili hladnjak) i električne energije koju ona potroši nazivaju stručnjaci za dizalice topline "koeficijent grijanja". U najboljim dizalicama topline koeficijent grijanja doseže 3-4. Odnosno, za svaki kilovatsat električne energije koju elektromotor potroši, proizvede se 3-4 kilovatsata toplinske energije. (Jedan kilovat-sat odgovara 860 kilokalorija.) Ovaj faktor pretvorbe (faktor grijanja) izravno ovisi o temperaturi izvora topline, što je viša temperatura izvora, to je veći faktor pretvorbe.

Klima uređaj tu toplinsku energiju uzima iz vanjskog zraka, a velike dizalice topline "ispumpavaju" tu dodatnu toplinu, obično iz rezervoara/podzemne vode ili zemlje.

Iako je temperatura ovih izvora znatno niža od temperature zraka u grijanoj kući, ovu niskotemperaturnu toplinu tla ili vode dizalica topline pretvara u visoka temperatura potrebno za grijanje kuće. Stoga se dizalice topline nazivaju i "toplinski transformatori". (pogledajte proces transformacije u nastavku)

Bilješka: Dizalice topline ne samo da griju kuće, već i hlade vodu u rijeci iz koje se crpi toplina. A u naše vrijeme, kada su rijeke pregrijane industrijskim i kućnim otpadnim vodama, hlađenje rijeke je vrlo korisno za život živih organizama i riba u njoj. Što je temperatura vode niža, to se u njoj može otopiti više kisika koji je neophodan ribama. U toploj vodi riba se guši, a u hladnoj blaži, stoga toplinske pumpe obećavaju uštedu okoliš od " toplinsko zagađenje".

Ali ugradnja sustava grijanja pomoću dizalica topline još uvijek je preskupa, jer je potrebno mnogo zemljanih radova plus potrošni materijal, poput cijevi za izradu kolektora / izmjenjivača topline.

Također je vrijedno zapamtiti da u dizalicama topline, kao u konvencionalni hladnjaci, koristi se kompresor koji komprimira radni fluid - amonijak ili freon. Dizalice topline bolje rade na freonu, no freon je već zabranjen za upotrebu jer ulaskom u atmosferu izgara ozon u njezinim gornjim slojevima koji štiti Zemlju od ultraljubičastih sunčevih zraka.

Pa ipak, čini mi se da budućnost pripada dizalicama topline. Ali njih nitko još ne proizvodi masovno. Zašto? Nije teško pogoditi.

Ako se pojavi alternativni izvor jeftine energije, gdje onda proizvedeni plin, naftu i ugljen staviti, kome prodati. A što otpisati višemilijarderske gubitke od eksplozija u rudnicima i rudnicima.

Shematski dijagram grijanja kuće toplinskom pumpom

Kako radi toplinska pumpa

Izvor niskopotencijalne topline može biti vanjski zrak s temperaturom od -15 do +15°C, ispušteni zrak iz prostorije s temperaturom od 15-25°C, tlo (4-10°C) i tlo (više od 10°C) voda, jezerska i riječna voda (0-10°S), površinsko (0-10°S) i duboko (više od 20 m) tlo (10°S). U Nizozemskoj, primjerice, u gradu Heerlenu, u tu svrhu koristi se poplavljeni rudnik. Voda koja puni stari rudnik na koti od 700 metara ima stalnu temperaturu od 32°C.

U slučaju korištenja atmosferskog ili ventilacijskog zraka kao izvora topline, sustav grijanja radi prema shemi "zrak-voda". Crpka se može postaviti u zatvorenom prostoru ili na otvorenom. Zrak se dovodi u njegov izmjenjivač topline pomoću ventilatora.

Ako se podzemna voda koristi kao izvor topline, tada sustav radi prema shemi "voda-voda". Voda se iz bunara dovodi pomoću pumpe u izmjenjivač topline pumpe, a nakon oduzimanja topline ispušta se ili u drugi bunar ili u rezervoar. Kao međurashladno sredstvo može se koristiti antifriz ili antifriz. Ako spremnik djeluje kao izvor energije, na njegovo dno se postavlja petlja od metalno-plastične ili plastične cijevi. Kroz cjevovod cirkulira otopina glikola (antifriza) ili antifriza koji toplinu prenosi na freon kroz izmjenjivač topline toplinske pumpe.

Kada se koristi tlo kao izvor topline, sustav radi prema shemi "tlo-voda". Postoje dvije mogućnosti za uređaj kolektora - okomito i vodoravno.

• S vodoravnim kolektorom metalno-plastične cijevi polažu se u rovove dubine 1,2-1,5 m ili u obliku spirala u rovove dubine 2-4 m. Ova metoda polaganja može značajno smanjiti duljinu rovova. .

Shema dizalice topline s horizontalnim kolektorom sa spiralnim polaganjem cijevi

1 - dizalica topline; 2 - cjevovod položen u zemlju; 3 - neizravni kotao za grijanje; 4 - sustav grijanja "topli pod"; 5 - krug napajanja Vruća voda.

Međutim, kod polaganja u spiralu, hidrodinamički otpor se jako povećava, što dovodi do dodatnih troškova za pumpanje rashladne tekućine, a otpor se također povećava s povećanjem duljine cijevi.

• S vertikalnim rasporedom kolektora, cijevi se polažu u vertikalne bušotine do dubine od 20-100 m.

Shema vertikalne sonde

Fotografija sonde u zaljevu

Ugradnja sonde u bunar

Proračun horizontalnog kolektora dizalice topline

Proračun horizontalnog kolektora dizalice topline.

q - specifično uklanjanje topline (od 1 m cijevi).

• suhi pijesak - 10 W/m,
• suha glina - 20 W/m,
• mokra glina - 25 W/m,
• glina s visokim sadržajem vode - 35 W / m.

Između izravne i povratne petlje kolektora pojavljuje se temperaturna razlika rashladnog sredstva.

Obično se za izračun uzima jednaka 3 ° C. Nedostatak takve sheme je što nije poželjno podizati zgrade na mjestu iznad kolektora kako bi se toplina zemlje nadopunila sunčevim zračenjem. Smatra se da je optimalna udaljenost između cijevi 0,7-0,8 m. U ovom slučaju, duljina jednog rova ​​je odabrana od 30 do 120 m.

Primjer proračuna dizalice topline

Dat ću približan izračun toplinske pumpe za našu eko-kuću, opisanu u članku.

Vjeruje se da je za grijanje kuće s visinom stropa od 3 m potrebno potrošiti 1 kW. Toplinska energija na 10 m2 površine. Za površinu kuće od ​10x10m \u003d 100 m2 potrebno je 10 kW toplinske energije.

Kada koristite topli pod, temperatura nosača topline u sustavu mora biti 35 ° C, a minimalna temperatura nosača topline - 0 ° C.

Tablica 1. Podaci toplinske pumpe Thermia Villa.

Za grijanje zgrade odaberite dizalicu topline snage 15,6 kW (najbliža veća veličina), koja za kompresor troši 5 kW. Odvod topline s površinskog sloja tla odabiremo prema vrsti tla. Za (mokru glinu) q iznosi 25 W/m.

Izračunajte snagu kolektora topline:

Qo=Qwp-P, gdje je

Qo- kapacitet toplinskog kolektora, kW;

qwp- snaga dizalice topline, kW;

P- električna snaga kompresora, kW.

Potrebna toplinska snaga kolektora bit će:

Qo=15,6-5=10,6 kW;

Sada odredimo ukupnu duljinu cijevi:

L=Qo/q, gdje je q specifično odvođenje topline (iz cijevi od 1 m), kW/m.

L \u003d 10,6 / 0,025 \u003d 424 m.

Za organiziranje takvog kolektora bit će potrebno 5 kontura duljine po 100 m. Na temelju toga ćemo odrediti potrebnu površinu mjesta za polaganje konture.

A=Lxda, gdje je da udaljenost između cijevi (korak polaganja), m.

S korakom polaganja od 0,75 m, potrebna površina mjesta bit će:

A \u003d 500x0,75 \u003d 375 m2.

Proračun vertikalnog kolektora

Prilikom odabira vertikalnog kolektora, bušotine se buše dubinom od 20 do 100 m. U njih su uronjene metalne plastične ili plastične cijevi u obliku slova U. Da biste to učinili, u jednu bušotinu umetnute su dvije petlje koje su ispunjene cementnim mortom. Specifično odvođenje topline takav kolektor je 50 W/m.

Za točnije izračune koriste se sljedeći podaci:

• suhe sedimentne stijene - 20 W/m;
• kamenito tlo i sedimentne stijene zasićene vodom - 50 W / m;
• stijene s visokom toplinskom vodljivošću - 70 W / m;
• podzemna voda - 80 W/m.

Na dubinama većim od 15 m temperatura tla je približno +10°C. Mora se uzeti u obzir da razmak između bušotina mora biti veći od 5 m. Ako u tlu postoje podzemne struje, tada se bušotine moraju bušiti okomito na protok.

Primjer: L=Qo/q=10,6/0,05=212 m.

Dakle, sa specifičnim odvođenjem topline vertikalnog kolektora od 50 W / m i potrebnom snagom od 10,6 kW, duljina cijevi L trebala bi biti 212 m.

Za izgradnju kolektora potrebno je izbušiti tri bušotine dubine od 75 m. U svakoj od njih postavljamo ukupno dvije petlje iz metalno-plastične cijevi - 6 kontura od po 150 m.

Rad dizalice topline pri radu prema shemi "tlo-voda".

Cjevovod je položen u zemlju. Prilikom pumpanja rashladnog sredstva kroz njega, ono se zagrijava do temperature tla. Nadalje, prema shemi, voda ulazi u izmjenjivač topline toplinske pumpe i predaje svu toplinu unutarnjem krugu toplinske pumpe.

Rashladno sredstvo pod tlakom je upumpano u unutarnji krug dizalice topline. Freon ili njegovi nadomjesci koriste se kao rashladno sredstvo, jer freon uništava ozonski omotač atmosfere i zabranjen je za korištenje u novim razvojima. Rashladno sredstvo ima nisku točku vrelišta i stoga kada naglo padne tlak u isparivaču, prelazi iz tekućeg stanja u plin na niskoj temperaturi.

Nakon isparivača, plinovito rashladno sredstvo ulazi u kompresor i komprimira ga kompresor. Istodobno se zagrijava, a tlak mu raste. Vruće rashladno sredstvo ulazi u kondenzator, gdje se odvija izmjena topline između njega i nosača topline iz povratnog cjevovoda. Prepuštajući toplinu, rashladno sredstvo se hladi i prelazi u tekuće stanje. Rashladna tekućina ulazi u sustav grijanja i ponovno se hladi, prenosi svoju toplinu u prostoriju. Kada rashladno sredstvo prolazi ventil za smanjenje tlaka, pada mu tlak i ponovno prelazi u tekuću fazu. Nakon toga, ciklus se ponavlja.

U hladnoj sezoni dizalica topline radi kao grijač, au vrućem vremenu može se koristiti za hlađenje prostorije (istodobno se dizalica topline ne zagrijava, već hladi nosač topline - vodu. I ohlađeni voda se pak može koristiti za hlađenje zraka u prostoriji).

Općenito, dizalica topline je Carnotov stroj koji radi u suprotnom smjeru. Hladnjak pumpa toplinu iz ohlađenog volumena u okolni zrak. Ako postavite hladnjak na ulicu, tada, izvlačenjem topline iz vanjskog zraka i prijenosom unutar kuće, možete donekle zagrijati sobu na tako jednostavan način.

Međutim, kao što praksa pokazuje, samo jedna dizalica topline za opskrbu kuće toplinom i Vruća voda nedovoljno. Usuđujem se ponuditi optimalnu, po mom mišljenju, shemu grijanja i opskrbe toplom vodom kod kuće.

Predložena shema opskrbe kuće toplinom i toplom vodom

1 - generator topline; 2 - solarni kolektor; 3 - neizravni kotao za grijanje; 4 - dizalica topline; 5 - cjevovod u zemlji; 6 - cirkulacijski blok solarnog sustava; 7 - radijator grijanja; 8 - krug opskrbe toplom vodom; 9 - sustav grijanja "topli pod".

Ova shema pretpostavlja istodobnu upotrebu tri izvora topline. Glavnu ulogu u tome imaju generator topline (1), dizalica topline (4) i solarni kolektor(2), koji služe kao pomoćni elementi i pomažu u smanjenju troška utrošene električne energije, a time i povećanju učinkovitosti grijanja. Istovremena uporaba triju izvora grijanja gotovo u potpunosti eliminira opasnost sustav za odmrzavanje.

Uostalom, vjerojatnost kvara u isto vrijeme i generatora topline, i toplinske pumpe, i solarnog kolektora je zanemariva. Na dijagramu su prikazane dvije mogućnosti grijanja prostora: radijatori (7) i "topli pod" (9). To ne znači da treba koristiti obje opcije, već samo ilustrira mogućnost korištenja i jedne i druge.

Načelo rada kruga grijanja

Generator topline (1) dovodi zagrijanu vodu u kotao (3) i krug koji se sastoji od radijatora (7). Također, zagrijana rashladna tekućina iz dizalice topline (4) i solarnog kolektora (2) ulazi u kotao. Dio vode zagrijane dizalicom topline također se dovodi na ulaz generatora topline. Miješanje s "povratkom" kruga grijanja, povećava njegovu temperaturu. To doprinosi učinkovitijem zagrijavanju vode u kavitatoru generatora topline. Voda zagrijana i akumulirana u kotlu dovodi se u krug sustava "toplog poda" (9) i krug opskrbe toplom vodom (8).

Naravno, učinkovitost ove sheme bit će različita u različitim geografskim širinama. Uostalom, solarni kolektor će imati najveću učinkovitost ljeti i, naravno, po sunčanom vremenu. U našim geografskim širinama nema potrebe za grijanjem stambenih prostorija ljeti, tako da se generator topline može potpuno isključiti. A kako nam je ljeto prilično vruće i teško možemo zamisliti život bez klima uređaja, toplinska pumpa bi trebala biti uključena za hlađenje. Naravno, cjevovod od dizalice topline do kotla će biti blokiran. Dakle, problem opskrbe toplom vodom trebao bi se riješiti samo uz pomoć solarnog sustava. I samo ako se solarni sustav ne nosi s ovim zadatkom, koristite generator topline.

Kao što vidite, shema je prilično složena i skupa. Opći približni troškovi ovisno o odabranoj shemi navedeni su u nastavku.

Troškovi za vertikalni kolektor:

• Toplinska pumpa 6000 €;
• Radovi bušenja 6000 €;
• Operativni troškovi (struja): cca 400 € godišnje.

Za horizontalni razvodnik:

• Toplinska pumpa 6000 €;
• Radovi bušenja 3000 €;
• Operativni troškovi (struja): oko 450 eura godišnje.

Od velikih troškova bit će potrebno nabaviti cijevi i platiti radnike.

Ugradnja ravnog solarnog kolektora (npr. Vitosol 100-F i bojler od 300 l) koštat će 3200 €.

Pa idemo od jednostavnog prema složenom. Prvo ćemo sastaviti jednostavnu shemu grijanja kuće temeljenu na generatoru topline, otkloniti pogreške i postupno dodavati nove elemente, što će povećati učinkovitost instalacije.

Sastavimo sustav grijanja prema shemi:

Shema grijanja kuće pomoću generatora topline

1 - generator topline; 2 - neizravni kotao za grijanje; 3 - sustav grijanja "topli pod"; 4 - krug opskrbe toplom vodom.

Kao rezultat toga, dobili smo najjednostavniju shemu opskrbe toplinom za kuću.Podijelio sam svoje misli kako bih potaknuo inicijativne ljude da razviju alternativne izvore energije. Ako netko ima bilo kakvu ideju ili primjedbu na gore napisano, podijelimo svoja razmišljanja, skupljajmo znanje i iskustvo po ovom pitanju, pa ćemo spasiti naš okoliš i učiniti život malo boljim.

Kao što vidimo ovdje, glavni i jedini element koji zagrijava rashladnu tekućinu je generator topline. Iako shema predviđa samo jedan izvor grijanja, ona predviđa mogućnost daljnjeg dodavanja dodatnih uređaja za grijanje. Za to se pretpostavlja korištenje kotla za neizravno grijanje s mogućnošću dodavanja ili uklanjanja izmjenjivača topline.

Upotreba radijatora za grijanje dostupnih u krugu prikazanom na gornjoj slici nije predviđena. Kao što znate, sustav "toplog poda" učinkovitije se nosi sa zadatkom grijanja prostorija i štedi energiju.

Pažnja: Cijene vrijede za 2009. godinu.

4.1. Kako radi toplinska pumpa

Korištenje alternativnih, ekološki prihvatljivih izvora energije može spriječiti nadolazeću energetsku krizu u Ukrajini. Uz traženje i razvoj tradicionalnih izvora (plin, nafta), perspektivan smjer je korištenje energije akumulirane u ležištima, tlu, geotermalnim izvorima, tehnološkim emisijama (zrak, voda, otpadne vode itd.). Međutim, temperatura ovih izvora je dosta niska (0–25 °C), a za njihovo učinkovito korištenje potrebno je ovu energiju prenijeti na višu temperaturnu razinu (50–90 °C). Ovu transformaciju provode dizalice topline (TH), koje su zapravo rashladni strojevi s kompresijom pare (slika 4.1).

Izvor niske temperature (LTS) zagrijava isparivač (3), u kojem rashladno sredstvo vrije na temperaturi od –10 °S…+5 °S. Nadalje, toplina predana rashladnom sredstvu se klasičnim parokompresijskim ciklusom prenosi u kondenzator (4), odakle odlazi do potrošača (HTP) na višoj razini.

Dizalice topline koriste se u razne industrije industriji, stambenom i javnom sektoru. Trenutno u svijetu radi više od 10 milijuna dizalica topline različitih kapaciteta: od nekoliko desetaka kilovata do megavata. Svake godine HP-ova se flota nadopuni za oko milijun jedinica. Dakle, u Stockholmu, termocrpna stanica s kapacitetom od 320 MW, koristeći morsku vodu s temperaturom od +4 ° C zimi, osigurava toplinu cijelom gradu. U 2004. godini kapacitet dizalica topline instaliranih u Europi bio je 4.531 MW, a ekvivalent od 1,81 milijarde m 3 toplinske energije proizveden je pomoću dizalica topline u cijelom svijetu. prirodni gas. Energetski učinkovite dizalice topline koje koriste geotermalnu i podzemnu vodu. U Sjedinjenim Američkim Državama savezni zakon nalaže korištenje geotermalnih dizalica topline (GHP) u izgradnji novih javnih zgrada. U Švedskoj se 50% cjelokupnog grijanja osigurava pomoću geotermalnih dizalica topline. Do 2020. godine, prema predviđanjima Svjetskog energetskog odbora, udio geotermalnih dizalica topline bit će 75%. Životni vijek pumpe plinske turbine je 25-50 godina. Izgledi za korištenje dizalica topline u Ukrajini prikazani su u.

Dizalice topline dijele se prema principu rada (kompresorske, apsorpcijske) i prema vrsti lanca prijenosa topline "izvor-potrošač". Razlikuju se sljedeće vrste dizalica topline: zrak-zrak, zrak-voda, voda-zrak, voda-voda, zemlja-zrak, zemlja-voda, gdje je izvor topline. naznačen prvi. Ako se za grijanje koristi samo dizalica topline, tada se sustav naziva monovalentnim. Ako je uz dizalicu topline priključen još jedan izvor topline koji radi zasebno ili paralelno s dizalicom topline, sustav se naziva bivalentnim.

Riža. 4.1. Dijagram hidrauličke dizalice topline:

1 - kompresor; 2 – izvor niske razine topline (LHL); 3 – isparivač toplinske pumpe;

4 - kondenzator toplinske pumpe; 5 - potrošač topline visoka razina(HTP);

6 - niskotemperaturni izmjenjivač topline; 7 - regulator protoka rashladnog sredstva;

8 - visokotemperaturni izmjenjivač topline

Toplinska pumpa s hidrauličkim cjevovodom (vodene pumpe, izmjenjivači topline, zaporni ventili itd.) naziva se jedinica dizalice topline. Ako je medij koji se hladi u isparivaču isti kao medij koji se zagrijava u kondenzatoru (voda-voda, zrak-zrak), tada je promjenom protoka ovih medija moguće promijeniti način rada HP u obrnuti (hlađenje u grijanje). i obrnuto). Ako su mediji plinovi, tada se takva promjena režima naziva reverzibilni pneumatski ciklus, ako su tekućine - reverzibilni hidraulički ciklus (slika 4.2).

Riža. 4.3. Dijagram dizalice topline zrak-voda

Dizalice topline zrak-voda imaju široku primjenu u sustavima klimatizacije. Vanjski zrak se upuhuje kroz isparivač, a toplina odvedena iz kondenzatora zagrijava vodu koja se koristi za grijanje prostorije u prostoriji (Slika 4.3).

Prednost takvih sustava je dostupnost izvora topline niskog potencijala (zrak). Međutim, temperatura zraka varira u širokom rasponu, dosežući negativne vrijednosti. U tom slučaju, učinkovitost toplinske pumpe je znatno smanjena. Dakle, promjena vanjske temperature zraka od 7 °C do minus 10 °C dovodi do smanjenja učinka dizalice topline za 1,5-2 puta.

Za dovod vode iz TN u grijane prostore u njih se ugrađuju izmjenjivači topline koji se u literaturi nazivaju "fan coil". Voda se dovodi do ventilokonvektora pomoću hidrauličkog sustava - crpne stanice (slika 4.4).

Riža. 4.4. Dijagram crpne stanice:

P - mjerači tlaka; RB - ekspanzijski spremnik; AB - skladišni spremnik; RP - sklopka protoka; H - pumpa;

BK - balansni ventil; F - filtar; OK - povratni ventil; B - ventil; T - termometar;

PC - sigurnosni ventil; TP – izmjenjivač topline freon-tekućina; THC - troputni ventil; KPZh - ventil za nadopunjavanje tekućine; KPV - ventil za dovod zraka; KVV - ventil za ispuštanje zraka

Kako bi se poboljšala točnost održavanja temperature u prostoriji i smanjila inercija, spremnici za skladištenje ugrađeni su u hidraulički sustav. Kapacitet spremnika može se odrediti formulom:

gdje je HP kapacitet hlađenja, kW;

- volumen hlađenih prostorija, m 3;

je količina vode u sustavu, l;

Z je broj koraka HP snage.

Ako se pokaže da je V AB negativan, tada spremnik nije instaliran.

Za kompenzaciju toplinskog širenja vode u hidrauličkom sustavu ugrađeni su ekspanzijski spremnici. Na usisnoj strani crpke ugrađeni su ekspanzijski spremnici. Volumen ekspanzijskog spremnika određuje se formulom:

gdje je V syst volumen sustava, l;

k je koeficijent volumetrijske ekspanzije tekućine (voda 3,7 10 -4, antifriz (4,0–5,5) 10 -4);

ΔT - temperaturna razlika tekućine (samo kada radi u načinu hlađenja)

ΔT \u003d t env - 4 ° S; kada radi u načinu rada dizalice topline ΔT=60 °S – 4 °S = 56 °S);

R prev - podešavanje sigurnosnog ventila.

Tlak u sustavu (P sist) ovisi o međusobnom položaju crpne stanice i krajnjeg korisnika (fan coil). Ako se crpna stanica nalazi ispod krajnjeg potrošača, tada se tlak (P sist) određuje kao maksimalna visinska razlika (u barima) plus 0,3 bara. Ako se crpna stanica nalazi iznad svih potrošača tada je P sist = 1,5 bar.

Ekspanzijski spremnik je prethodno napuhan zrakom na tlak 0,1–0,3 bara manji od proračunatog, a nakon ugradnje tlak se dovodi u normalu.

Dizajn ekspanzijskih spremnika prikazan je na sl. 4.5.

Riža. 4.5. Dizajn ekspanzijskog spremnika:

1 - položaj membrane prije ugradnje (prethodno pumpanje zrakom za 0,1–0,3 bara);

2 - položaj membrane nakon spajanja spremnika na mrežu;

3 - položaj membrane tijekom toplinskog širenja tekućine.

Dostupne su ekspanzijske jedinice (Slika 4.6) za održavanje tlaka na strani vode u sustavima grijanja i klimatizacije velikog volumena. Jedinica je opremljena procesorom koji se može slobodno programirati i može se povezati sa središnjom kontrolnom pločom. To uvelike pojednostavljuje kontrolu nad funkcioniranjem sustava.

Tehnički podaci:

1. Volumen, l 200–5 000;
2. Maksimalni pretlak, bar 10,0;
3. Maksimalna temperatura, °S 120.

Prekidač protoka (RP) isključuje hladnjak kada nema protoka tekućine, čime se sprječava smrzavanje tekućine u izmjenjivaču topline (TP). Trosmjerni ventil miješa dvije struje tekućine (A i B) dok održava željenu temperaturu tekućine. Trosmjernim ventilom upravlja mikrokontroler.

Riža. 4.6. Ekspanziona jedinica za sustave grijanja i klimatizacije

Oblikovati troputni ventil prikazano na sl. 4.7.

U donjem krajnjem položaju zapornog konusa zatvoren je prolaz u protok B, u gornjem položaju konusa zatvoren je prolaz u protok A. 24 V.

Riža. 4.7. Trosmjerni ventil za kontrolu protoka tekućine

Izlaz pogona daje upravljački signal o položaju zapornog konusa. Puno vrijeme putovanja stošca je 100-150 sekundi. Moguće je ručno pomicati stožac s imbus ključem.

Propuštanje tekućine sa zatvorenim kanalom ne prelazi 1% protoka. U slučaju kvara trosmjernog ventila i hidraulični sistem nakon trosmjernog ventila, tekućina će cirkulirati kroz povratni ventil (OK).

Za postavljanje procijenjene brzine protoka u sustavu koristi se balansni ventil, koji je ručni ili automatski regulacijski ventil visoke preciznosti. Balans ventil ima izlaze za mjerenje protoka tekućine i tlaka. Dostupni su balansni ventili, podešeni regulatorom podešavanja. Za podešavanje balans ventila, izračunate vrijednosti protoka i tlaka unose se u regulator podešavanja, nakon čega regulator automatski postavlja balans ventil u željeni položaj.

Ventili za dopunjavanje tekućine (KPZh) i ventili za dopunjavanje zraka (KPV) spojeni su na ekspanzijski spremnik. Prilikom postavljanja filtra (F) obratite pozornost na smjer protoka tekućine kroz filtar. Automatski ventil za ispuštanje zraka (VC) ugrađen je na najvišoj točki hidrauličkog kruga. Sigurnosni ventil postavljen prema maksimalnom dopuštenom tlaku najslabijeg elementa u mreži plus 1 bar (7–10 bara).

Ako je potrebno raditi prema bivalentnoj shemi, moguće je spojiti kotao s električnim grijanjem paralelno s HP-om prema shemi prikazanoj na sl. 4.8.

Riža. 4.8. Dijagram ožičenja električni bojler na sustav dizalice topline

4.2.2. Dizalice topline s vodenim izvorima topline

Dizalice topline s izvorima topline vode (rijeke, jezera, mora) koriste akumuliranu sunčevu energiju. Ova energija je idealan izvor za toplinske pumpe, jer se dovodi kontinuirano, iako je manje dostupna od zraka. Temperatura vode u akumulacijama koje se ne smrzavaju ne pada ispod 4 °C, a arteška voda ima gotovo stalnu temperaturu od 10-12 °C. S obzirom na to da se voda ne može ohladiti ispod 0 °C tijekom oduzimanja topline, temperaturna razlika na izmjenjivaču topline je nekoliko stupnjeva. U isto vrijeme, za povećanje odabira potrebne količine topline, potrebno je povećati protok vode. Za HP malog kapaciteta ne preporučuje se pumpanje podzemne vode s dubine veće od 15 m. Inače će biti potrebni visoki troškovi za crpke i njihov rad.

Riža. 4.9. Dizalica topline koja koristi toplinu podzemne vode

Krug odvoda topline iz spremnika može biti otvoren ili zatvoren. U prvom slučaju voda iz rezervoara se pumpa kroz hladnjak, hladi i vraća u rezervoar (slika 4.9). Takav sustav zahtijeva filtraciju vode koja se dovodi u hladnjak i periodično čišćenje izmjenjivača topline. U pravilu se ugrađuje srednji sklopivi izmjenjivač topline. Zahvat i povrat vode mora se izvoditi u smjeru toka podzemne vode kako bi se izbjeglo "zaobilaženje" vode. Usisni vod mora biti sa provjeriti ventil(4), koji se nalazi na mjestu unosa ili iza dubinske pumpe (5). Dovod i odvod podzemne vode u dizalicu topline mora biti zaštićen od smrzavanja i položen s nagibom prema zdencu.

Razmak između ulaznog (2) i povratnog (1) bunara mora biti najmanje 5 m. Točka izlaza vode u povratnom bunaru mora biti ispod razine podzemne vode.

Volumni protok vode određuje se iz rashladnog kapaciteta dizalice topline

gdje je L volumetrijska brzina protoka vode, m 3 / h

c p je specifični toplinski kapacitet vode, jednak 1,163·10 -3 kWh/kg K;

– gustoća vode, 1000 kg/m3;

- temperaturna razlika između ulazne i povratne vode.

Gdje . (4)

Ako uzmemo Q x \u003d 12 kW (određeno prema putovnici toplinske pumpe), a \u003d 4 K, tada m 3 / h.

Zatvoreni krug je položen na dno rezervoara. Približna vrijednost toplinske snage po 1 m cjevovoda zatvorene petlje je oko 30 W. To jest, za dobivanje 10 kW topline, krug mora imati duljinu od 300 m. Kako krug ne bi plutao, potrebno je instalirati opterećenje od oko 5 kg po 1 tekućem metru.

4.2.3. Dizalice topline s zemnim izmjenjivačima topline

Zemaljski HP koristi toplinsku energiju akumuliranu u tlu uslijed njegovog zagrijavanja Suncem ili drugim izvorima. Toplina pohranjena u tlu transformira se horizontalno postavljenim zemljanim izmjenjivačima topline (koji se nazivaju i zemljani kolektori) ili okomito postavljenim zemljanim izmjenjivačima topline (zemne sonde).

Riža. 4.10. Toplinska pumpa zemlja

U pravilu, zemljani izmjenjivači topline izrađeni su od polietilenskih ili metalno-plastičnih cijevi promjera 25-40 mm.

S vodoravnom verzijom (slika 4.10), cjevovod u kojem cirkulira tekućina zakopan je u zemlju do dubine ispod razine smrzavanja tla (1,2–1,5 m). Minimalni razmak između cijevi je 0,7–1,0 m. Ovisno o promjeru cijevi, može se položiti 1,4–2,0 m cijevi za svaki kvadratni metar površine za dovod topline. Duljina svake grane horizontalnog kolektora ne smije biti veća od 100 m, inače će gubitak tlaka u cijevi i potrebna snaga pumpe biti preveliki.

Količina transformirane topline, a time i veličina potrebne površine za smještaj zemaljskog kolektora bitno ovisi o termofizičkim svojstvima tla i klimatskim uvjetima područja. Termofizička svojstva, kao što su toplinski kapacitet i toplinska vodljivost, vrlo su ovisna o sastavu i stanju tla. Pri tome je odlučujući faktor udio vode, sadržaj mineralnih komponenti (kvarc, feldspat), kao i udio i veličina pora ispunjenih zrakom. Akumulacijska svojstva i toplinska vodljivost tla su to veća što je veći udio vode, mineralnih sastojaka i manji sadržaj pora.

Prosječna vrijednost specifične toplinske snage tla data je u tablici 1.

Tablica 1. Prosječna vrijednost specifične toplinske snage tla

Vrsta tla	Specifična snaga kolektora tla, W / m 2	Specifična snaga zemaljske sonde, W/m
pjeskovito suho	10–15	20
pjeskovito mokro	15–20	40
Glina suha	20–25	60
Glina mokra	25–30	80
vodonosnik	30–35	80–100

Potrebna površina za smještaj kolektora izračunava se formulama (5) i (6)

gdje je toplinska snaga HP, W;

– HP potrošnja energije iz mreže, W;

g - specifična snaga kolektora tla, W / m 2.

Dakle, ako je rashladni kapacitet HP-a 10 kW, tada će u pjeskovitom vlažnom tlu (g \u003d 20 W / m 2) biti potrebna površina za postavljanje kolektora

Za transformaciju topline iz takvog područja, potrebno je položiti u zemlju polietilenske cijevi promjera 25 × 2,3 mm i duljine 500 × 1,4 = 700 m. (1,4 je specifična potrošnja cijevi po kvadratnom metru površine). Cijevi moraju biti položene u odvojenim krugovima od po 100 m, tj. 7 krugova.

Svi razdjelnici i kolektori trebaju biti smješteni na dostupnim mjestima za pregled, npr. u posebnim razvodnim oknima izvan kuće ili u podrumskom oknu kuće. Armature moraju biti izrađene od materijala otpornih na koroziju. Svi cjevovodi u kući i otvori u zidovima moraju biti toplinski izolirani s difuzijskom nepropusnošću za paru kako bi se izbjegla kondenzacija, kao u dovodnim i povratnim vodovima postoji hladna (u odnosu na temperaturu podruma) rashladna tekućina.

S okomitom verzijom sonde tla buši se bušotina dubine 60–200 m u koju se spušta nekoliko cjevovoda u obliku slova U (slika 4.11).

A	b

Riža. 4.11. Toplinska pumpa zemlja

a - opća shema, b - shema sonde tla

1 - povratni vod, 2 - dovodni vod, 3 - sonda petlje, 4 - zaštitna kapa

U glinenom vlažnom tlu s rashladnim kapacitetom toplinske pumpe od 10 kW, duljina sonde (dubina bunara) trebala bi biti

Preporučljivo je napraviti 2 petlje dubine 50 m promjera D y \u003d 32 × 3 mm. Ukupna duljina cijevi bit će 200 m. Bunar s cijevima ispunjen je betonitom koji dobro provodi toplinu. Količina rashladne tekućine određena je unutarnjim volumenom cijevi kolektora (sonde) i dovodnih cijevi. Promjer dovodnih cijevi uzima se za jednu veličinu veći od kolektorske cijevi. U našem primjeru, s cijevi sonde D y = 32 × 3 mm i dovodnom cijevi D y = 40 × 2,3 mm duljine 10 m, unutarnji volumen (tablica 2), uzimajući u obzir dovodni vod, bit će 2 × 100 × 0,531 + 10 × 0,984 = 116 ,04 l. Brzina protoka rashladnog sredstva dizalice topline nalazi se prema putovnici za dizalicu topline. Uzmimo 1600 l / h. Tada će protok po petlji biti 800 l / h.

Tablica 2. Specifični unutarnji volumen cijevi

Gubitak tlaka u cijevima ovisi o promjeru cijevi, gustoći i protoku rashladne tekućine i određuje se prema podacima proizvođača cijevi. Dakle, za HDPE cijevi (polietilen visoke gustoće) 32 × 3 mm i protok od 800 l / h iznosi 154,78 Pa / m, a za cijevi promjera 40 × 2,3 - 520,61 Pa / m. Odakle će ukupni pad tlaka u mreži biti 36161,1 Pa, što se mora uzeti u obzir pri odabiru crpke.

Vijek trajanja kolektora tla ovisi o kiselosti tla: s normalnom kiselošću (pH = 5,0) - 50–75 godina, s visokom kiselošću (pH > 5,0) - 25–30 godina.

4.1. Učinkovitost dizalice topline

Kao glavni pokazatelj učinkovitosti dizalice topline koristi se koeficijent pretvorbe ili koeficijent grijanja COP (coefficient of performance) koji je jednak omjeru toplinskog učina dizalice topline i snage koju troši kompresor. U načinu hlađenja, za ocjenu učinkovitosti koristi se omjer energetske učinkovitosti (EER), koji je jednak omjeru rashladnog kapaciteta dizalice topline i snage koju troši kompresor.

gdje je energija koju daje HTP;

- toplinska energija preuzeta iz INT;

- utrošena električna energija;

I jesu li temperature kondenzacije i vrenja u dizalici topline.

Temperatura je određena tlakom kondenzacije rashladnog sredstva u TN, i - temperaturom TN. Dakle, ako uzmemo = 281,16 K (8 ° C) i = 323,16 K (50 ° C), tada će COP biti jednak 7,7. Ako se toplina uklanja vodom, tada razna rashladna sredstva omogućuju postizanje sljedećih temperatura: R717, R502, R22 - oko +50 °C, R134a - +70 °C, R142 - +100 °C.

Treba imati na umu osnovno pravilo koje proizlazi iz (4): što je manja temperaturna razlika između izvora i primatelja topline u dizalici topline, to je veći faktor pretvorbe.

Kada dizalice topline istovremeno koriste toplinu i hladnoću (npr. hlađenje rashladnih komora i grijanje uredskog prostora), tada

Uz ekvipotencijalni ciklus =

Pri gore navedenim temperaturama ukupni faktor pretvorbe može doseći 12,7, što karakterizira visoku energetsku učinkovitost dizalice topline. Stvarni ROP-ovi su nešto niži i kreću se od 3 do 5.

Kod apsorpcijskih dizalica topline koeficijent pretvorbe je manji nego kod kompresijskih, zbog velikih gubitaka u elementima apsorpcijskog kruga. Dakle, kada se koristi podzemna voda s T 0 = 281,16 K (8 ° C) i korisnom toplinskom temperaturom = 323,16 K (50 ° C), koeficijent konverzije apsorpcijskog HP-a bit će samo 1,45. Korisna toplinska temperatura kod apsorpcijskih dizalica topline također ovisi o temperaturi grijanja generatora. Na gore navedenim temperaturama, zagrijavanje generatora mora biti najmanje 150 °C.

U sezoni grijanja (listopad-svibanj) za grijanje 100 m 2 stambenog prostora električnim kotlom potrebno je 37.440 kW električne energije, a toplinskom pumpom 12.024 kW. Po tarifi od 0,24 UAH po 1 kW električne energije, ušteda će biti 6100 UAH. (podaci Santechnik LTD and Co., Ltd.).

Prema http://www.aeroprof.by, korištenje HP-a je 1,2-1,5 puta isplativije od najučinkovitijeg plinskog kotla.

Trošak dizalice topline može se približno procijeniti po stopi od 750-1500 UAH po 1 kW proizvedene toplinske snage. Razdoblje povrata je 7-14 godina.

4.2. Izbor opreme za dizalice topline

Odabir opreme počinje izračunom toplinske potrebe zgrade. Trenutačno postoje razni programi za izračunavanje topline temeljeni na osobnom računalu koji se mogu pronaći na internetu ili nabaviti od dobavljača opreme.

Približan izračun može se napraviti na temelju grijane površine zgrade i količine potrošene tople vode. Također, u slučaju povremenih planiranih nestanaka električne energije, potrebno je povećati toplinski učinak dizalice topline. Ako vrijeme nestanka struje ne prelazi 2 sata, ovaj faktor se može zanemariti.

Specifična potrošnja topline ovisi o vrsti zgrade:

• zgrada s niskom potrošnjom (moderni materijali, izolacija zidova, dvostruka stakla) - 40 W / m 2;
• novogradnja, dobra toplinska izolacija - 50 W / m 2;
• zgrada sa standardnom toplinskom izolacijom - 80 W / m 2;
• stare zgrade bez posebne izolacije - 120 W / m 2.

Računovodstvo dodatne toplinske energije za kompenzaciju toplinskih gubitaka tijekom planiranih prekida napajanja provodi se na sljedeći način.

Odredite dnevnu (za 24 sata) potrošnju topline

gdje je toplinski kapacitet KS, kW;

- vrijeme nestanka struje.

Izračun dodatne toplinske snage za pripremu tople vode temelji se na potrošnji jedne osobe oko 50 litara vode temperature 45°C, što odgovara 0,25 kW/osobi. Točniji izračun može se izvesti pomoću podataka u tablici 3.

Tablica 3. Dnevna potrošnja tople vode

Kategorija	Potrošnja vode, l/osoba		Specifična potrošnja topline, Wh/osoba	Potrošnja topline za toplu vodu, kW / osoba
	tempo. voda 60°S	tempo. voda 45°S
Mala potrošnja	10–20	15–30	600–1200	0,08–0,15
Standardna potrošnja	20–40	30–60	1200–2400	0,15–0,3
Stan zauzima kat	32	45	1800	0,225
Obiteljska stambena zgrada	35	50	2000	0,25

Razmotrimo primjer izgradnje dizalice topline s reverzibilnim hidrauličkim ciklusom, koja radi tijekom cijele godine u dva načina (hlađenje ili grijanje), ovisno o razdoblju godine, koristeći opremu i softver tvrtke CIAT (Francuska).

Početni zahtjevi:

1. Toplinski učin 510 kW.

2. Izvor niske temperature - morska voda s temperaturom:

toplo razdoblje godine ≤20 °S,

hladno razdoblje godine 7 °S.

3. Visokotemperaturno trošilo - voda temperature na izlazu iz izmjenjivača topline 55 °C.

4. Minimalna vanjska temperatura zraka je minus 10 °S (Krim, Ukrajina).

Ovaj problem ćemo riješiti pomoću dizalice topline s reverzibilnim hidrauličkim ciklusom, čija je shema prikazana na sl. 2.

S obzirom da je vanjska temperatura zraka negativna (minus 10 °C) u dizalici topline koristimo dvokružni sustav. U primarnom krugu koristimo otopinu etilen glikola s točkom smrzavanja ispod -10 °C (20% mješavina etilen glikola i vode).

Sukladno početnim zahtjevima biramo temperaturnu razliku u visokotemperaturnom krugu Dt out = 5 °C (50/55 °C). Tada bi temperatura rashladnog sredstva u krugu kondenzatora trebala biti 55/60 °C. Za postizanje takvih temperatura u dizalici topline preporučljivo je koristiti rashladno sredstvo R134a.

U skladu s početnim zahtjevima, postavili smo temperaturnu razliku INT 7/4 °C, tada će u krugu isparivača temperaturna razlika biti 5/2 °C, respektivno.

Pomoću programa za odabir opreme CIAT određujemo tip i parametre dizalice topline u režimima rada grijanja i hlađenja. Programom je odabrana dizalica topline HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a s parametrima navedenim u tablici. 4, izgled koji je prikazan na sl. 12.

Tablica 4. Specifikacije rashladnika vode HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a

Parametar	Način grijanja	Način hlađenja
Kapacitet isparivača, kW	326,0	395,9
rashladna tekućina	MEG20%	MEG20%
Temperatura nosača topline u isparivaču (ulaz/izlaz), °C	5,0/2,0	6,0/2,0
Protok rashladnog sredstva kroz isparivač, m 3 / h	102,8	93,4
Kapacitet kondenzatora, kW	517,0	553,9
Temperatura rashladnog sredstva u kondenzatoru (ulaz/izlaz), °C	55/60	45,1/50
Protok rashladnog sredstva kroz kondenzator, m 3 / h	93,4	102,1
Potrošnja energije, kW	191	158,0

Riža. 4.12. Dizalica topline HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a

1. Temperatura vode (izlaz-ulaz): 55/50 °S.
2. Temperatura 20% otopine etilenglikola u primarnom krugu (izlaz-ulaz): 60/55 °C.
3. Potrošnja 20% otopine etilenglikola: 93,4 m 3 / h (vidi tablicu 1).

Program CIAT odabire pločasti izmjenjivač topline PWB 30 11 kapaciteta 517 kW (Tablica 5).

Tablica 5. Tehnički podaci izmjenjivača topline PWB 30 11 s 43 ploče (dizalica topline - potrošač) u načinu grijanja

Niskotemperaturni izmjenjivač topline "morska voda-toplinska pumpa" u načinu grijanja odabire se prema sljedećim početnim podacima:

1. Izvor slabe topline (primarni krug): morska voda s ulaznom/izlaznom temperaturom od 7/4 °C.
2. Temperatura 20% otopine etilenglikola u primarnom krugu je 5/2 °C.
3. Potrošnja 20% otopine etilenglikola je 102,8 m 3 / h.

Program CIAT odabire pločasti izmjenjivač topline PWB 45 11.

Tablica 6. Tehnički podaci izmjenjivača topline PWB 45 11 sa 63 ploče (toplinska pumpa more)

Izvršimo verifikacijski izračun prethodno izračunatog izmjenjivača topline PWB 30 11 s 43 ploče za topli period godine i odredimo temperaturu vode na izlazu / ulazu u potrošač.

CIAT program je pokazao da će tijekom ljetnog razdoblja izmjenjivač topline PWB 30 11 imati kapacitet od 437 kW i temperaturu rashladne tekućine (izlaz/ulaz) 7,5/12°C. (tablica 7)

Tablica 7. Tehnički podaci izmjenjivača topline PWB 30 11 s 43 ploče (dizalica topline - potrošač) u načinu hlađenja

Dakle, odabrana dizalica topline HYDROCIAT 2500 XLW/LWP R134a pruža:

• tijekom hladnog razdoblja godine, kapacitet grijanja je 517 kW uz potrošnju energije od 191 kW;
• u toplom razdoblju godine rashladni kapacitet iznosi 395,9 kW uz utrošak električne energije od 158 kW.

Dolje je dijagram strujnog kruga toplinske pumpe s reverzibilnim hidrauličkim ciklusom izračunat iznad.

Riža. 4.13. Shematski prikaz dizalice topline s reverzibilnim hidrauličkim ciklusom

Nomenklatura nekih CIAT dizalica topline data je u tablici. 8.

Tablica 8. Dizalice topline CIAT (Francuska)

Vrsta toplinske pumpe		Produktivnost, kW		Područje primjene
		u hladnom	toplinom	individualne kuće	stambene zgrade	javne zgrade	proizvodnja
AUREA 2		7…28	9…36	+
DINACIJAT LG/LGP/ILG		35…350	40…370		+	+
HIDROCIJAT LW/LWP		275…1140	350…1420		+	+	+

Zaključak.

1. Dizalice topline koje koriste obnovljive izvore topline energetski su najučinkovitija oprema za grijanje.
2. Sustavi temeljeni na HP-u su pouzdani, sigurni i izdržljivi.
3. Primanje topline dizalicom topline je ekološki prihvatljiv tehnološki proces.
4. Suvremena klimatska oprema (na primjer, CIAT, Francuska) omogućuje stvaranje HP kapaciteta od nekoliko desetaka kW do MW.

Književnost.

1. V. Maake, G.-Yu. Eckert, J.-L. Koshpen. Udžbenik za hlađenje: Per. s francuskog - M .: Izdavačka kuća Moskovskog sveučilišta, 1998. - 1142 str., ilustr.
2. Ray D., McMichael D. Dizalice topline: Per. s engleskog. - M.: Energoizdat, 1982. - 224 str., ilustr.
3. El Sadin Hasan. Izbor optimalnih parametara za sustav opskrbe grijanjem i hlađenjem stambene zgrade // Kholodilnaya Tekhnika, 2003, br. 3, str. 18-21.
4. Ovcharenko V.A. Ovcharenko A.V. Vikoristannya dizalice topline / / Cold M + T, 2006, br. 2 str. 34–36 (prikaz, ostalo).
5. Pet koraka prema oslobađanju od ovisnosti o metanu//Grijanje Opskrba vodom Ventilacija + klima uređaji, 2006, br. 1, str. 30–41 (prikaz, stručni).
6. Bondar E.S., Kalugin P.V. Štedni klimatizacijski sustavi s rashladnim skladištem//S.O.K., 2006., br. 3, str. 44–48 (prikaz, ostalo).
7. Viesmann.Sustavi toplinskih pumpi. Uputa za projektiranje.5829 122-2 GUS 2/2000
8. Belova. Sustavi klimatizacije s rashladnim uređajima i ventilokonvektorima

Vrste izvedbe dizalica topline

Vrsta HP-a obično se označava frazom koja označava izvorni medij i nosač topline sustava grijanja.

Postoje sljedeće sorte:

• TN "zrak - zrak";
• TN "zrak - voda";
• TN "tlo - voda";
• TN "voda - voda".

Prva opcija je konvencionalni split sustav koji radi u načinu grijanja. Isparivač je postavljen na ulicu, a blok s kondenzatorom ugrađen je unutar kuće. Potonji se puše ventilatorom, zbog čega se topla zračna masa dovodi u prostoriju.

Ako je takav sustav opremljen posebnim izmjenjivačem topline s ograncima, dobit će se dizalica topline zrak-voda. Spojen je na sustav grijanja vode.

HP isparivač zrak-zrak ili zrak-voda može se postaviti ne na ulici, već u kanalu ispušna ventilacija(treba forsirati). U ovom slučaju, učinkovitost HP-a će se povećati nekoliko puta.

Dizalice topline tipa "voda - voda" i "tlo - voda" koriste tzv. vanjski izmjenjivač topline ili, kako se još naziva, kolektor za izvlačenje topline.

Shematski prikaz dizalice topline

Ovo je dugačka cijev s petljom, obično plastična, kroz koju cirkulira tekući medij, perući isparivač. Obje vrste HP-a su isti uređaj: u jednom slučaju kolektor je uronjen na dno površinskog rezervoara, au drugom u zemlju. Kondenzator takvog HP-a nalazi se u izmjenjivaču topline spojenom na sustav grijanja vode.

Spajanje HP-a prema shemi "voda - voda" mnogo je manje naporno od "tlo - voda", jer nema potrebe za zemljanim radovima. Na dnu rezervoara, cijev je položena u obliku spirale. Naravno, za ovu shemu prikladno je samo takvo vodeno tijelo, koje se zimi ne smrzava do dna.

Vrijeme je da se detaljno prouče strana iskustva

Gotovo svi već znaju za dizalice topline koje mogu izvući toplinu iz okoline za grijanje zgrada, i ako je donedavno potencijalni kupac u pravilu postavljao zbunjeno pitanje "kako je to moguće?", Sada se postavlja pitanje "kako je to ispravno" sve se više čuje. učiniti?".

Na ovo pitanje nije lako odgovoriti.

U potrazi za odgovorom na brojna pitanja koja se neizbježno javljaju pri projektiranju sustava grijanja s dizalicama topline, preporučljivo je pozvati se na iskustva stručnjaka iz zemalja u kojima se dizalice topline temeljene na zemnim izmjenjivačima topline već dugo koriste. .

Posjet* američkoj izložbi AHR EXPO-2008, koji je bio poduzet uglavnom radi dobivanja informacija o metodama inženjerskih proračuna zemaljskih izmjenjivača topline, nije donio izravne rezultate u tom smjeru, ali je na štandu ASHRAE prodana knjiga, čije su neke odredbe poslužile kao temelj za ovu publikaciju.

Treba odmah reći da prijenos američkih metoda na domaće tlo nije lak zadatak. Amerikanci ne rade stvari na način na koji rade u Europi. Samo oni mjere vrijeme u istim jedinicama kao i mi. Sve ostale mjerne jedinice su čisto američke, odnosno britanske. Amerikanci posebno nisu imali sreće s toplinskim protokom, koji se može mjeriti iu britanskim toplinskim jedinicama po jedinici vremena, iu tonama hlađenja, koje su vjerojatno izmišljene u Americi.

Glavni problem, međutim, nije bila tehnička nepogodnost preračunavanja mjernih jedinica prihvaćenih u Sjedinjenim Državama, na koje se s vremenom može naviknuti, već nepostojanje u spomenutoj knjizi jasne metodološke osnove za izradu algoritma izračuna. Previše se prostora daje rutinskim i poznatim metodama izračuna, dok neke važne odredbe ostaju potpuno neotkrivene.

Konkretno, takvi fizički povezani početni podaci za izračun vertikalnih zemaljskih izmjenjivača topline, kao što su temperatura tekućine koja cirkulira u izmjenjivaču topline i koeficijent pretvorbe toplinske pumpe, ne mogu se postaviti proizvoljno, a prije nego što se nastavi s izračunima koji se odnose na nestacionarni prijenos topline u tlu, potrebno je utvrditi ovisnosti koje povezuju ove opcije.

Kriterij učinkovitosti dizalice topline je faktor pretvorbe?, čija je vrijednost određena omjerom njezine toplinske snage i snage električnog pogona kompresora. Ova vrijednost je funkcija temperatura vrenja u isparivaču t u i kondenzacije t k, au odnosu na dizalice topline "voda-voda" možemo govoriti o temperaturama tekućine na izlazu iz isparivača t 2I i na izlazu iz isparivača t 2I. kondenzator t 2 K:

? \u003d? (t 2I, t 2 K). (1)

Analiza kataloških karakteristika serijskih rashladnih strojeva i dizalica topline voda-voda omogućila je prikaz ove funkcije u obliku dijagrama (slika 1).

Pomoću dijagrama lako je odrediti parametre dizalice topline u početnim fazama projektiranja. Očito je, na primjer, da ako je sustav grijanja spojen na dizalicu topline projektiran za isporuku medija za grijanje s temperaturom polaza od 50°C, tada će najveći mogući faktor pretvorbe dizalice topline biti oko 3,5. Istodobno, temperatura glikola na izlazu iz isparivača ne smije biti niža od +3°C, što znači da će biti potreban skupi zemljani izmjenjivač topline.

Istodobno, ako se kuća grije podnim grijanjem, rashladna tekućina s temperaturom od 35 ° C ulazi u sustav grijanja iz kondenzatora toplinske pumpe. U tom slučaju dizalica topline može raditi učinkovitije, npr. s faktorom pretvorbe 4,3, ako je temperatura ohlađenog glikola u isparivaču oko -2°C.

Pomoću Excel proračunskih tablica možete izraziti funkciju (1) kao jednadžbu:

0,1729 (41,5 + t 2I - 0,015t 2I t 2 K - 0,437 t 2 K (2)

Ako je uz željeni faktor pretvorbe i zadanu vrijednost temperature rashladne tekućine u sustavu grijanja s toplinskom pumpom potrebno odrediti temperaturu tekućine koja se hladi u isparivaču, tada se jednadžba (2) može prikazati kao:

Moguće je odabrati temperaturu nositelja topline u sustavu grijanja za zadane vrijednosti koeficijenta pretvorbe toplinske pumpe i temperaturu tekućine na izlazu iz isparivača pomoću formule:

U formulama (2)…(4) temperature su izražene u stupnjevima Celzija.

Nakon utvrđivanja ovih ovisnosti, sada možemo izravno prijeći na američko iskustvo.

Metodologija proračuna dizalica topline

Naravno, postupak odabira i proračuna dizalice topline je tehnički vrlo složena operacija i ovisi o pojedinačne značajke objekta, ali se ugrubo može svesti na sljedeće korake:

Određuju se gubici topline kroz ovojnicu zgrade (zidovi, stropovi, prozori, vrata). To se može učiniti pomoću sljedećeg omjera:

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

tout - temperatura vanjskog zraka (°C);

kositar – unutarnja temperatura zraka (°C);

S je ukupna površina svih zatvorenih konstrukcija (m2);

n - koeficijent koji pokazuje utjecaj okoline na karakteristike objekta. Za prostore u izravnom kontaktu s vanjskim okolišem kroz stropove n=1; za objekte s potkrovljem n=0,9; ako se objekt nalazi iznad podruma n = 0,75;

β je koeficijent dodatnog gubitka topline, koji ovisi o vrsti zgrade i njenom geografskom položaju; β može varirati od 0,05 do 0,27;

Rt - toplinski otpor, određuje se sljedećim izrazom:

Rt \u003d 1 / α int + Σ (δ i / λ i) + 1 / α out (m2 * ° S / W), gdje:

δ í / λí - izračunati pokazatelj toplinske vodljivosti materijala koji se koriste u gradnji.

α nar - koeficijent toplinske disipacije vanjskih površina zatvorenih konstrukcija (W / m2 * ° C);

α int - koeficijent toplinske apsorpcije unutarnjih površina zatvorenih konstrukcija (W / m2 * ° C);

- Ukupni toplinski gubitak konstrukcije izračunava se prema formuli:

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

Qi - troškovi energije za zagrijavanje zraka koji ulazi u prostoriju kroz prirodna curenja;

Qbp ​​​​- otpuštanje topline zbog rada kućanskih aparata i ljudskih aktivnosti.

2. Na temelju dobivenih podataka izračunava se godišnja potrošnja toplinske energije za svaki pojedini objekt:

Qgodina = 24*0,63*Qt. znoj.*((d*(tin — tout.av.)/ (tin — tout.)) (kWh godišnje) gdje je:

tout - temperatura vanjskog zraka;

tout.average - aritmetička sredina vanjske temperature zraka za cijelu sezonu grijanja;

d je broj dana razdoblja grijanja.

Qhv \u003d V * 17 (kW / h godišnje.) gdje je:

V je volumen dnevnog zagrijavanja vode do 50 °C.

Tada se ukupna potrošnja toplinske energije određuje formulom:

Q \u003d Qgw + Qgodina (kW / h godišnje.)

Uzimajući u obzir dobivene podatke, neće biti teško odabrati najprikladniju dizalicu topline za grijanje i opskrbu toplom vodom. Štoviše, izračunata snaga određena je kao. Qtn=1,1*Q, gdje je:

Qtn=1,1*Q, gdje je:

1.1 - faktor korekcije koji ukazuje na mogućnost povećanja opterećenja dizalice topline tijekom pojave kritičnih temperatura.

Nakon izvršenog proračuna dizalica topline, možete odabrati najprikladniju dizalicu topline koja može osigurati tražene parametre mikroklime u prostorijama s bilo kojim tehničkim karakteristikama. A s obzirom na mogućnost integracije ovog sustava s podnim grijanim klima uređajem, može se primijetiti ne samo njegova funkcionalnost, već i njegova visoka estetska vrijednost.

Ako vam se svidio materijal, bit ću vam zahvalan ako ga preporučite prijateljima ili ostavite koristan komentar.

Vrste dizalica topline

Dizalice topline dijele se u tri glavne vrste prema izvoru niske razine energije:

• Zrak.
• Temeljni premaz.
• Voda – izvorište može biti podzemna voda i akumulacija na površini.

Za sustave grijanja vode, koji su češći, koriste se sljedeće vrste dizalica topline:

"Zrak-voda" - vrsta zraka dizalica topline koja grije zgradu usisavanjem zraka izvana kroz vanjsku jedinicu. Radi na principu klima uređaja, samo obrnuto, pretvarajući energiju zraka u toplinu. Takva dizalica topline ne zahtijeva velike troškove instalacije, ne treba joj dodijeliti komad zemlje i, štoviše, bušiti bunar. Međutim, učinkovitost rada pri niskim temperaturama (-25ºS) se smanjuje i potreban je dodatni izvor toplinske energije.

Uređaj "zemlja-voda" odnosi se na geotermalne i proizvodi toplinu iz zemlje pomoću kolektora položenog do dubine ispod ledišta tla. Također postoji ovisnost o području mjesta i krajoliku, ako se kolektor nalazi vodoravno. Za vertikalni raspored morat ćete izbušiti bunar.

"Voda-voda" se postavlja tamo gdje postoji rezervoar ili podzemna voda u blizini. U prvom slučaju, kolektor se postavlja na dno rezervoara, u drugom se izbuši bušotina ili nekoliko njih, ako područje mjesta dopušta. Ponekad je dubina podzemnih voda prevelika, pa cijena ugradnje takve dizalice topline može biti vrlo visoka.

Svaki tip dizalice topline ima svoje prednosti i nedostatke, ako je zgrada daleko od vodenog tijela ili je podzemna voda preduboka, tada voda-voda neće raditi. "Zrak-voda" bit će relevantan samo u relativno toplim regijama, gdje temperatura zraka tijekom hladne sezone ne pada ispod -25º C.

Metoda proračuna snage dizalice topline

Osim određivanja optimalnog energenta bit će potrebno izračunati snagu toplinske pumpe potrebnu za grijanje. Ovisi o količini toplinskih gubitaka zgrade. Izračunajmo snagu toplinske pumpe za grijanje kuće na konkretnom primjeru.

Da bismo to učinili, koristimo formulu Q=k*V*∆T, gdje

• Q je gubitak topline (kcal/sat). 1 kWh = 860 kcal/h;
• V je volumen kuće u m3 (površinu množimo s visinom stropova);
• ∆T je omjer minimalnih temperatura izvan i unutar prostora u najhladnijem razdoblju godine, °S. Od unutarnjeg tº oduzimamo vanjski;
• k je generalizirani koeficijent prolaza topline zgrade. Za zgradu od opeke sa dva sloja zidanja k=1; za dobro izoliranu zgradu k=0,6.

Dakle, izračun snage dizalice topline za grijanje kuće od opeke od 100 m2 i visine stropa od 2,5 m, s razlikom u ttº od -30º vani do +20º unutra, bit će sljedeći:

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

12500/860= 14,53 kW. To jest, za standardnu ​​kuću od opeke površine 100 m2 trebat će vam uređaj od 14 kilovata.

Potrošač prihvaća izbor vrste i snage dizalice topline na temelju niza uvjeta:

• geografske značajke područja (blizina vodenih tijela, prisutnost podzemnih voda, slobodno područje za kolektor);
• značajke klime (temperatura);
• vrsta i unutarnji volumen prostorije;
• financijske mogućnosti.

Uzimajući u obzir sve gore navedene aspekte, moći ćete napraviti najbolji izbor opreme. Za učinkovitiji i točniji odabir dizalice topline, bolje je kontaktirati stručnjake, oni će moći napraviti detaljnije izračune i pružiti ekonomsku izvedivost ugradnje opreme.

Dizalice topline već se dugo i vrlo uspješno koriste u kućanskim i industrijskim hladnjacima i klima uređajima.

Danas su se ovi uređaji počeli koristiti za obavljanje funkcije suprotne prirode - grijanje doma tijekom hladne sezone.

Pogledajmo kako se dizalice topline koriste za grijanje privatnih kuća i što trebate znati kako biste ispravno izračunali sve njegove komponente.

Primjer proračuna dizalice topline

Odabrat ćemo toplinsku pumpu za sustav grijanja jednokatne kuće ukupne površine 70 m². m sa standardnom visinom stropa (2,5 m), racionalnom arhitekturom i toplinskom izolacijom ogradnih konstrukcija koje zadovoljavaju zahtjeve modernih građevinskih normi. Za grijanje 1. kv. m takvog objekta, prema općeprihvaćenim standardima, morate potrošiti 100 W topline. Dakle, za grijanje cijele kuće trebat će vam:

Q \u003d 70 x 100 \u003d 7000 W \u003d 7 kW toplinske energije.

Odabiremo dizalicu topline marke "TeploDarom" (model L-024-WLC) s toplinskim učinkom W = 7,7 kW. Kompresor jedinice troši N = 2,5 kW električne energije.

Proračun kolektora

Tlo na području predviđenom za izgradnju kolektora je glinasto, razina podzemne vode je visoka (uzimamo ogrjevnu vrijednost p = 35 W/m).

Snaga kolektora određena je formulom:

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

L = 5200 / 35 = 148,5 m (približno).

Na temelju činjenice da je polaganje kruga duljeg od 100 m neracionalno zbog previsoke hidraulički otpor, prihvaćamo sljedeće: kolektor dizalice topline sastoji se od dva kruga - duljine 100 m i 50 m.

Područje mjesta koje će se morati uzeti ispod kolektora određuje se formulom:

Gdje je A korak između susjednih dijelova konture. Prihvaćamo: A = 0,8 m.

Tada je S = 150 x 0,8 = 120 sq. m.

Povrat toplinske pumpe

Kada je riječ o tome koliko dugo će osoba moći vratiti svoj novac uložen u nešto, to znači koliko je sama investicija bila isplativa. U području grijanja sve je prilično teško, jer sami sebi osiguravamo udobnost i toplinu, a svi sustavi su skupi, ali u ovom slučaju možete potražiti opciju koja bi vratila potrošeni novac smanjenjem troškova pri korištenju. A kada počnete tražiti odgovarajuće rješenje, uspoređujete sve: plinski bojler, dizalicu topline ili električni bojler. Analizirat ćemo koji sustav će se brže i učinkovitije isplatiti.

Koncept isplativosti, u ovom slučaju, uvođenje dizalice topline za modernizaciju postojećeg sustava opskrbe toplinom, jednostavno se može objasniti na sljedeći način:

Postoji jedan sustav - pojedinačni plinski kotao, koji pruža sistem grijanja i tople vode. Postoji klima uređaj tipa split sustava koji osigurava hladnoću u jednoj prostoriji. Instalirana 3 split sustava u različitim sobama.

A postoji i ekonomičnija napredna tehnologija - dizalica topline koja će grijati/hladiti kuće i grijati vodu u pravim količinama za kuću ili stan. Potrebno je utvrditi koliko su se promijenili ukupni troškovi opreme i početni troškovi, kao i procijeniti koliko su se smanjili godišnji troškovi rada odabranih vrsta opreme. I utvrditi koliko će se godina skuplja oprema isplatiti s dobivenom uštedom. U idealnom slučaju, uspoređuje se nekoliko predloženih dizajnerskih rješenja i odabire se ono najisplativije.

Provest ćemo izračun i saznati koji je rok povrata toplinske pumpe u Ukrajini

Razmotrimo konkretan primjer

• Kuća na 2 etaže, dobro izolirana, ukupne površine 150 m2.
• Sustav distribucije topline / grijanja: krug 1 - podno grijanje, krug 2 - radijatori (ili ventilokonvektori).
• Ugrađen je plinski kotao za grijanje i toplu vodu (PTV), npr. 24kW, dvokružni.
• Sustav klimatizacije iz split sustava za 3 sobe kuće.

Godišnji troškovi grijanja i grijanja vode

1. Okvirna cijena kotlovnice s plinskim kotlom od 24 kW (kotao, cjevovod, elektroinstalacije, spremnik, brojilo, instalacije) je oko 1000 Eura. Sustav klimatizacije (jedan split sustav) za takvu će kuću koštati oko 800 eura. Ukupno s uređenjem kotlovnice, projektantskim radovima, priključkom na plinovodnu mrežu i instalaterskim radovima - 6100 eura.

1. Okvirna cijena dizalice topline Mycond s dodatnim ventilokonvektorskim sustavom, montažnim radovima i električnim priključkom je 6650 eura.

1. Rast kapitalnih ulaganja je: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 eura (ili oko 16500 UAH)
2. Smanjenje operativnih troškova je: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Razdoblje povrata Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 godina!

Jednostavnost korištenja dizalice topline

Dizalice topline su najsvestranija, višenamjenska i energetski najučinkovitija oprema za grijanje kuće, stana, ureda ili poslovnog objekta.

Inteligentni sustav upravljanja s tjednim ili dnevnim programiranjem, automatskim prebacivanjem sezonskih postavki, održavanjem temperature u domu, štedljivim načinima rada, upravljanje pomoćnim kotlom, bojlerom, cirkulacijskim pumpama, upravljanjem temperaturom u dva kruga grijanja, najnapredniji je i napredan . Invertersko upravljanje kompresorom, ventilatorom, pumpama, omogućuje maksimalnu uštedu energije.

Rad dizalice topline tijekom rada podzemna voda

Polaganje kolektora u zemlju može se izvesti na tri načina.

Horizontalna opcija

Cijevi se polažu u rovove "zmije" do dubine koja prelazi dubinu smrzavanja tla (u prosjeku - od 1 do 1,5 m).

Takav kolektor će zahtijevati zemljište dovoljno velike površine, ali svaki vlasnik kuće može ga izgraditi - neće biti potrebne nikakve vještine osim sposobnosti rada s lopatom.

Treba, međutim, uzeti u obzir da je izgradnja izmjenjivača topline vlastitim rukama prilično naporan proces.

Vertikalna opcija

Kolektorske cijevi u obliku petlji, koje imaju oblik slova "U", uranjaju se u bušotine dubine od 20 do 100 m. Po potrebi se može izgraditi više takvih bušotina. Nakon postavljanja cijevi, bunari se pune cementnim mortom.

Prednost vertikalnog kolektora je što je za njegovu izgradnju potrebna vrlo mala površina. Međutim, ne možete sami izbušiti bušotine dubine veće od 20 m - morat ćete angažirati tim bušača.

Kombinirana varijanta

Ovaj se kolektor može smatrati varijantom horizontalnog, ali će zahtijevati mnogo manje prostora za izgradnju.

Na gradilištu se kopa okrugli bunar dubine 2 m.

Cijevi izmjenjivača topline položene su u spiralu, tako da je krug poput okomito postavljene opruge.

Nakon završetka instalacijskih radova, bunar zaspi. Kao iu slučaju vodoravnog izmjenjivača topline, sva potrebna količina rada može se obaviti ručno.

Kolektor je napunjen antifrizom - antifrizom ili otopinom etilen glikola. Kako bi se osigurala njegova cirkulacija, posebna pumpa se sruši u krug. Nakon što je apsorbirao toplinu tla, antifriz ulazi u isparivač, gdje se odvija izmjena topline između njega i rashladnog sredstva.

Treba uzeti u obzir da neograničeno izvlačenje topline iz tla, posebice kod vertikalnog kolektora, može dovesti do neželjenih posljedica za geologiju i ekologiju lokacije. Stoga je u ljetnom razdoblju vrlo poželjno raditi HP tipa "tlo - voda" u obrnutom načinu rada - klima uređaj.

Sustav plinskog grijanja ima puno prednosti, a jedna od glavnih je niska cijena plina. Kako opremiti kućno grijanje plinom, potaknut će vas shema grijanja privatne kuće s plinskim kotlom. Razmotrite dizajn sustava grijanja i zahtjeve za zamjenu.

O značajkama odabira solarnih panela za grijanje doma pročitajte u ovoj temi.

Proračun horizontalnog kolektora dizalice topline

Učinkovitost horizontalnog kolektora ovisi o temperaturi medija u koji je uronjen, njegovoj toplinskoj vodljivosti, kao i području kontakta s površinom cijevi. Metoda izračuna je prilično komplicirana, stoga se u većini slučajeva koriste prosječni podaci.

Vjeruje se da svaki metar izmjenjivača topline daje HP-u sljedeću toplinsku snagu:

• 10 W - kada je zakopan u suhom pjeskovitom ili kamenitom tlu;
• 20 W - u suhom glinenom tlu;
• 25 W - u mokrom glinenom tlu;
• 35 W - u vrlo vlažnom glinenom tlu.

Dakle, za izračunavanje duljine kolektora (L), potrebnu toplinsku snagu (Q) treba podijeliti s kalorijskom vrijednošću tla (p):

• Zemljište iznad kolektora nije izgrađeno, zasjenjeno, niti zasađeno drvećem ili grmljem.
• Razmak između susjednih zavoja spirale ili dijelova "zmije" je najmanje 0,7 m.

Kako rade dizalice topline

U svakom HP-u postoji radni medij koji se zove rashladno sredstvo. Obično freon djeluje u ovom svojstvu, rjeđe - amonijak. Sam uređaj sastoji se od samo tri komponente:

Isparivač i kondenzator su dva spremnika koji izgledaju kao duge zakrivljene cijevi - zavojnice. Kondenzator je jednim krajem spojen na izlaz kompresora, a isparivač na ulaz. Krajevi svitaka su spojeni, a na spoju između njih ugrađen je ventil za smanjenje tlaka. Isparivač je u dodiru - izravno ili neizravno - s izvornim medijem, dok je kondenzator u kontaktu sa sustavom grijanja ili PTV-a.

Kako radi toplinska pumpa

Rad HP temelji se na međuovisnosti volumena, tlaka i temperature plina. Evo što se događa unutar agregata:

1. Amonijak, freon ili drugo rashladno sredstvo, krećući se kroz isparivač, zagrijava se od izvornog medija, na primjer, do temperature od +5 stupnjeva.
2. Nakon prolaska kroz isparivač, plin dolazi do kompresora koji ga pumpa u kondenzator.
3. Rashladno sredstvo koje pumpa kompresor zadržava se u kondenzatoru pomoću redukcijskog ventila, tako da je njegov tlak ovdje viši nego u isparivaču. Kao što znate, s povećanjem tlaka, temperatura bilo kojeg plina raste. Upravo se to događa s rashladnim sredstvom - zagrijava se do 60 - 70 stupnjeva. Budući da se kondenzator ispire rashladnom tekućinom koja cirkulira u sustavu grijanja, potonji se također zagrijava.
4. Kroz ventil za smanjenje tlaka, rashladno sredstvo se ispušta u malim obrocima u isparivač, gdje njegov tlak ponovno opada. Plin se širi i hladi, a budući da je izgubio dio unutarnje energije kao rezultat prijenosa topline u prethodnoj fazi, njegova temperatura pada ispod početnih +5 stupnjeva. Nakon isparivača ponovno se zagrijava, zatim se pomoću kompresora pumpa u kondenzator - i tako u krug. Znanstveno se taj proces naziva Carnotov ciklus.

Ali HP je i dalje vrlo isplativ: za svaki kWh potrošene električne energije moguće je dobiti od 3 do 5 kWh topline.

Utjecaj početnih podataka na rezultat proračuna

Upotrijebimo sada matematički model izgrađen tijekom izračuna kako bismo pratili utjecaj različitih početnih podataka na konačni rezultat izračuna. Treba napomenuti da izračuni koji se izvode u Excelu omogućuju vrlo brzo provođenje takve analize.

Za početak, pogledajmo kako njegova toplinska vodljivost utječe na vrijednost toplinskog toka prema WGT-u od tla.

Kao što znate, dizalice topline koriste besplatne i obnovljive izvore energije: niskovrijednu toplinu zraka, tla, podzemlja, otpadne i otpadne vode iz tehnoloških procesa, otvorene rezervoare koji se ne smrzavaju. Na to se troši električna energija, ali omjer količine primljene toplinske energije i količine potrošene električne energije je oko 3-7. Preciznije, izvori niske topline mogu biti vanjski zrak s temperaturom od -15 do +15°C, otpadni zrak (15-25°C), podzemlje (4-10°C) i podzemne vode (više od 10°C). °C) voda, jezerska i riječna voda (0-10°S), površinsko (0-10°S) i duboko (više od 20 m) tlo (10°S).

Ako je kao izvor topline odabran atmosferski ili ventilacijski zrak, koriste se dizalice topline koje rade prema shemi "zrak-voda". Crpka se može postaviti u zatvorenom prostoru ili na otvorenom. Zrak se dovodi u njegov izmjenjivač topline pomoću ventilatora.

Kada se podzemna voda koristi kao izvor topline, crpka je pumpa iz bunara u izmjenjivač topline pumpe voda-voda i pumpa u drugi bunar ili ispušta u rezervoar.
Ako je izvor rezervoar, na njegovo dno se postavlja petlja od metalno-plastične ili plastične cijevi. Kroz cjevovod cirkulira otopina glikola (antifriz) koja toplinu prenosi na freon kroz izmjenjivač topline toplinske pumpe.

Postoje dvije mogućnosti za dobivanje niske razine topline iz tla: polaganje metalno-plastičnih cijevi u rovove dubine 1,2-1,5 m ili u vertikalne bunare dubine 20-100 m. Ponekad se cijevi polažu u obliku spirala u rovove 2-4. dubine m. To značajno smanjuje ukupnu duljinu rovova. Maksimalni prijenos topline površinskog tla je 50-70 kWh/m 2 godišnje. Prema stranim tvrtkama, životni vijek rovova i bunara je više od 100 godina.

Proračun horizontalnog kolektora dizalice topline

Odvođenje topline sa svakog metra cijevi ovisi o mnogim parametrima: dubini polaganja, dostupnosti podzemne vode, kvaliteti tla itd. Uvjetno se može smatrati da je za vodoravne kolektore 20 W / m. Točnije: suhi pijesak - 10, suha glina - 20, mokra glina - 25, glina s visokim sadržajem vode - 35 W/m. Razlika u temperaturi rashladne tekućine u izravnim i povratnim vodovima petlje u izračunima obično se pretpostavlja da iznosi 3 °C. Na mjestu iznad kolektora ne smiju se podizati zgrade kako bi se toplina zemlje nadoknadila sunčevim zračenjem.

Minimalni razmak između položenih cijevi trebao bi biti 0,7-0,8 m. Duljina jednog rova ​​obično je od 30 do 120 m. Preporuča se koristiti 25% otopinu glikola kao rashladno sredstvo primarnog kruga. U izračunima treba uzeti u obzir da je njegov toplinski kapacitet na temperaturi od 0 ° C 3,7 kJ / (kg.K), gustoća - 1,05 g / cm 3. Kod korištenja antifriza gubitak tlaka u cijevima je 1,5 puta veći nego kada voda cirkulira. Za izračun parametara primarnog kruga instalacije dizalice topline bit će potrebno odrediti potrošnju antifriza:

Vs = Qo.3600 / (1.05.3.7..t),

Gdje je.t temperaturna razlika između dovodnog i povratnog voda, za koju se često pretpostavlja da iznosi 3 K, a Qo je toplinska snaga primljena iz izvora niskog potencijala (tla). Posljednja vrijednost izračunava se kao razlika između ukupne snage dizalice topline Qwp i električne energije utrošene na zagrijavanje freona P:

Qo = Qwp - P, kW.

Ukupna duljina kolektorske cijevi L i ukupna površina površine ispod nje A izračunavaju se po formulama:

Ovdje q - specifično (od 1 m cijevi) uklanjanje topline; da - udaljenost između cijevi (korak polaganja).

Primjer izračuna toplinske pumpe

Početni uvjeti: toplinska potreba vikendice s površinom od 120-240 m 2 (ovisno o toplinskoj izolaciji) - 12 kW; temperatura vode u sustavu grijanja treba biti 35 ° C; minimalna temperatura nosača topline je 0 °C. Za grijanje objekta odabrana je dizalica topline WPS 140 l (Buderus) snage 14,5 kW (najbliža veća tipska veličina) koja za grijanje troši 3,22 kW freona. Odnos topline s površinskog sloja tla (suhe gline) q iznosi 20 W/m. U skladu s gore prikazanim formulama izračunavamo:

1. potrebni toplinski učin kolektora Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;
2. ukupna duljina cijevi L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 m. Za organiziranje takvog kolektora potrebno je 6 krugova duljine 100 m;
3. s korakom polaganja od 0,75 m, potrebna površina mjesta A \u003d 600 × 0,75 \u003d 450 m 2;
4. ukupna potrošnja otopine glikola Vs = 11.28.3600 / (1.05.3.7.3) = 3.51 m 3 / h, protok po krugu je 0.58 m 3 / h.

Za kolektorski uređaj odabiremo metalno-plastičnu cijev veličine 32Ch3 (na primjer, Henco). Gubitak tlaka u njemu bit će 45 Pa / m; otpor jednog kruga je približno 7 kPa; brzina protoka rashladne tekućine - 0,3 m / s.

Izračun sonde

Kada se koriste vertikalne bušotine dubine od 20 do 100 m, u njih se uranjaju metalno-plastične ili plastične cijevi u obliku slova U (promjera iznad 32 mm). U pravilu se dvije petlje umetnu u jednu bušotinu, nakon čega se izlije cementnim mortom. U prosjeku, specifično uklanjanje topline takve sonde može se uzeti jednako 50 W/m. Također se možete usredotočiti na sljedeće podatke o uklanjanju topline:

• suhe sedimentne stijene - 20 W/m;
• kamenito tlo i sedimentne stijene zasićene vodom - 50 W / m;
• stijene s visokom toplinskom vodljivošću - 70 W / m;
• podzemna voda - 80 W/m.

Temperatura tla na dubini većoj od 15 m je stalna i iznosi približno +10 °C. Razmak između bušotina trebao bi biti veći od 5 m. U prisutnosti podzemnih struja, bušotine bi se trebale nalaziti na liniji okomitoj na protok.

Odabir promjera cijevi provodi se na temelju gubitaka tlaka za potreban protok rashladnog sredstva. Proračun protoka tekućine može se provesti za .t = 5 °S.

Primjer izračuna: Početni podaci su isti kao u gornjem proračunu horizontalnog kolektora. Uz specifični toplinski odvod sonde od 50 W/m i potrebnu snagu od 11,28 kW, duljina sonde L trebala bi biti 225 m.

Za izgradnju kolektora potrebno je izbušiti tri bušotine dubine od 75 m. U svakom od njih postavljamo dvije petlje iz metalno-plastične cijevi veličine 26Ch3; ukupno - 6 kontura od po 150 m.

Ukupna brzina protoka rashladne tekućine pri t = 5 °S bit će 2,1 m3 / h; protok kroz jedan krug - 0,35 m3 / h. Krugovi će imati sljedeće hidrauličke karakteristike: gubitak tlaka u cijevi - 96 Pa / m (nosač topline - 25% otopina glikola); otpor petlje - 14,4 kPa; brzina protoka - 0,3 m / s.

Izbor opreme

Budući da temperatura antifriza može varirati (od -5 do +20 °C), potrebna je ekspanzijska posuda u primarnom krugu jedinice dizalice topline.

Također se preporučuje ugradnja spremnika na povratnom vodu: kompresor toplinske crpke radi u on/off načinu rada. Prečesto pokretanje može dovesti do ubrzanog trošenja njegovih dijelova. Spremnik je također koristan kao akumulator energije - u slučaju nestanka struje. Njegov minimalni volumen uzima se po stopi od 10-20 litara po 1 kW snage toplinske pumpe.

Kada se koristi drugi izvor energije (električni, plinski, tekući ili kruti kotao), on se povezuje u krug preko ventil za miješanječijim pogonom upravlja dizalica topline odn zajednički sustav automatizacija.

U slučaju mogućih nestanaka električne energije, potrebno je povećati snagu instalirane dizalice topline za faktor koji se izračunava po formuli: f = 24/(24 - t off), gdje je t off trajanje nestanka struje.

U slučaju mogućeg nestanka struje u trajanju od 4 sata, ovaj koeficijent će biti jednak 1,2.

Snaga dizalice topline može se odabrati prema monovalentnom ili bivalentnom načinu rada. U prvom slučaju pretpostavlja se da se dizalica topline koristi kao jedini generator toplinske energije.

Treba uzeti u obzir: i kod nas je trajanje razdoblja s niskom temperaturom zraka mali dio sezone grijanja. Na primjer, za središnju regiju Rusije, vrijeme kada temperatura padne ispod -10 °C je samo 900 sati (38 dana), dok je trajanje same sezone 5112 sati, a prosječna siječanjska temperatura je približno -10 °C. Stoga je najprikladniji rad dizalice topline u bivalentnom načinu rada, koji predviđa uključivanje dodatnog generatora topline u razdobljima kada temperatura zraka padne ispod određene: -5 ° C - u južnim regijama Rusije , -10 ° C - u središnjim. Time je moguće smanjiti troškove dizalice topline, a posebno instalaciju primarnog kruga (polaganje rovova, bušenje bunara i sl.), koja se uvelike povećava s povećanjem kapaciteta instalacije.

U uvjetima središnje regije Rusije, za približnu procjenu, pri odabiru toplinske pumpe koja radi u bivalentnom načinu rada, možete se usredotočiti na omjer 70/30: 70% toplinske potrebe pokriva toplinska pumpa, a preostalih 30% električnim kotlom ili drugim generatorom topline. U južnim regijama možete se voditi omjerom snage toplinske pumpe i dodatnog generatora topline, koji se često koristi u zapadnoj Europi: 50 na 50.

Za vikendicu površine 200 m 2 za 4 osobe s gubitkom topline od 70 W / m 2 (izračunato na -28 ° C vanjske temperature zraka), potreba za toplinom bit će 14 kW. Ovoj vrijednosti dodajte 700 W za kućnu toplu vodu. Kao rezultat, potrebna snaga dizalice topline bit će 14,7 kW.

Ako postoji mogućnost privremenog nestanka struje, trebate povećati ovaj broj za odgovarajući faktor. Recimo da je dnevno vrijeme gašenja 4 sata, tada bi snaga dizalice topline trebala biti 17,6 kW (faktor množitelja - 1,2). U slučaju monovalentnog rada možete odabrati dizalicu topline zemlja-voda logafix WPS 160 L (Buderus) snage 17,1 kW, potrošnje 5,5 kW električne energije.

Za bivalentni sustav s dodatnim električnim grijačem i temperaturom ugradnje od -10 °C, uzimajući u obzir potrebu za toplom vodom i faktor sigurnosti, snaga dizalice topline treba biti 11,4 W, a električnog bojlera - 6,2 kW. (ukupno - 17,6 ). Vršna električna snaga koju troši sustav bit će 9,7 kW.

Kako izračunati troškove grijanja seoske kuće?

Izračuni se rade na temelju sljedećih parametara:

Prvi parametar su operativni troškovi. Da bi se odredili ti troškovi, vrijedno je razmotriti cijenu goriva koje će se koristiti za proizvodnju topline. Ova stavka uključuje i troškove održavanja. Najprofitabilniji u ovom parametru bit će grijanje, čiji će nositelj energije biti isporučeni glavni plin. Sljedeća najučinkovitija je TOPLINSKA PUMPA.

Drugi parametar je trošak nabave opreme i njene instalacije. Najprofitabilnija i najekonomičnija u fazi kupnje i instalacije bit će kupnja električnog kotla. Maksimalni troškovi očekuju se ako se odlučite za kupnju kotlova, gdje su nositelji energije ukapljeni plin u plinskim spremnicima ili dizelsko gorivo. I ovdje je TOPLINSKA PUMPA optimalna.

Treći parametar treba uzeti u obzir pogodnost pri korištenju opreme za grijanje. Kotlovi na kruta goriva u ovom slučaju, može se primijetiti kao najzahtjevniji za pozornost. Zahtijevaju vašu prisutnost i pretakanje goriva, dok oni na struju i plin rade samostalno. Jer plin i električni kotlovi najudobniji za korištenje pri grijanju seoskih kuća. I tu je TOPLINSKA PUMPA u prednosti. Kontrola klime najudobnija je značajka dizalica topline.

Od danas je cjenovna situacija u Moskovskoj regiji sljedeća... Spajanje plina na privatne kuće košta oko 600 000 rubalja. Također potrebno projektantski rad i pripadajuća odobrenja, koja se ponekad protežu godinama i također koštaju. Dodajte ovdje troškove opreme i relativno kratko razdoblje trošenja (zbog čega plinske tvrtke nude snažnije plinski kotlovi tako da trošenje-izgaranje kotla traje duže). Grijanje na toplinske pumpe već je usporedivo s gornjom cijenom, ali ne zahtijeva nikakve suglasnosti. Toplinska pumpa je običan električni kućanski uređaj koji troši 4 puta manje električne energije od klasičnog električnog bojlera, a ujedno je i uređaj za kontrolu klime, odnosno klima uređaj. Motorni resurs modernih dizalica topline, a još više kvalitetnih (premium klasa), omogućuje im rad više od 20 godina.

Dajemo primjere proračuna dizalica topline za različite vrste i veličine kuća.

Prvo morate odrediti gubitak topline vaše zgrade, ovisno o regiji lokacije. Pročitajte više u "Cjelovitoj vijesti"

Prije svega, potrebno je odrediti snagu dizalice topline ili bojlera jer je to jedna od odlučujućih tehnički podaci. Odabire se na temelju veličine gubitka topline zgrade. Izračun toplinske bilance kuće, uzimajući u obzir značajke njezinog dizajna, trebao bi obaviti stručnjak, međutim, za približnu procjenu ovog parametra, ako je zgrada kuće projektirana uzimajući u obzir građevinske kodove, morate može koristiti sljedeću formulu:
Q = k V ∆T
1 kWh = 860 kcal/h
Gdje
Q - gubitak topline, (kcal/h)
V je volumen prostorije (duljina × širina × visina), m3;
ΔT - maksimalna razlika između temperature zraka izvana i unutar prostorije zimi, °S;
k je generalizirani koeficijent prolaza topline zgrade;
k \u003d 3 ... 4 - zgrada od dasaka;
k \u003d 2 ... 3 - zidovi od opeke u jednom sloju;
k min-max \u003d 1 ... 2 - standardno zidanje (cigla u dva sloja);

k \u003d 0,6 ... 1 - dobro izolirana zgrada;

Primjer izračuna snage plinskog kotla za vaš dom:

Za zgradu volumena V = 10m × 10m × 3m = 300 m3;

Gubitak topline zgrade od opeke (k max \u003d 2) bit će:
Q \u003d 2 × 300 × 50 = 30000 kcal / h = 30000 / 860 \u003d 35 kW
To će biti potrebna minimalna snaga kotla, izračunata na maksimalnu ...

Obično se odabire 1,5 puta veća snaga, međutim, čimbenici kao što su konstantna ventilacija prostorije, otvoreni otvori i vrata veliki trg ostakljenje itd. Ako se planira koristiti dvokružni kotao (grijanje prostora i opskrba toplom vodom), tada bi se njegov kapacitet trebao dodatno povećati za 10 - 40%. Dodatak ovisi o količini potrošnje tople vode.

Primjer izračuna snage toplinske pumpe za vaš dom:

Pri ΔT = (Tvn - Tnar) = 20 - (-30) = 50°S;
Gubitak topline zgrade od opeke (k min \u003d 1) bit će:
Q \u003d 1 × 300 × 50 = 15000 kcal / h = 30000 / 860 \u003d 17 kW
To će biti potrebna minimalna snaga kotla, izračunata na minimum, budući da nema izgaranja u dizalici topline, a resurs ovisi o njegovom motornom resursu i cikliranju tijekom dana ... Da biste smanjili broj ciklusa uključivanja / isključivanja dizalice topline koriste se spremnici topline.

Dakle: potrebna vam je toplinska pumpa da radi 3-5 puta na sat.
oni. 17 kW/s sat -3 ciklusa

Trebat će vam međuspremnik - 3 ciklusa - 30 l / kW; 5 ciklusa - 20 l/kW.

17 kW*30l=500l skladišnog kapaciteta!!! Izračuni su približni, ovdje je velika baterija dobra, ali u praksi stavljaju 200 litara.

Izračunajmo sada cijenu dizalice topline i njezine instalacije za vaš dom:

Volumen zgrade je isti V = 10m × 10m × 3m = 300 m3;
Približna snaga koju smo izračunali -17kW. Različiti proizvođači imaju različite kapacitete, stoga odaberite dizalicu topline prema kvaliteti i cijeni zajedno s našim konzultantima. Na primjer, Waterkotte ima toplinsku pumpu od 18kW, ali možete isporučiti i 15kW, jer u slučaju nedovoljne snage dolazi do vršne snage od 6kW u svakoj toplinskoj pumpi. Vršno zagrijavanje traje relativno kratko i stoga nema potrebe preplaćivati ​​toplinsku pumpu. Dakle, možete odabrati i 15 kW, jer je kratkoročno 15+6=21kW više od vaših toplinskih potreba.

Zaustavimo se na 18kW. Trošak dizalice topline precizirajte sa konzultantima, jer su danas uvjeti isporuke "najblaže rečeno" nepredvidivi. Stoga stranica predstavlja tvornicu.

Ako ste u južnim regijama, tada će gubitak topline vaše kuće na temelju gornjih izračuna biti manji, jer ΔT \u003d (Tvn - Tnar) \u003d 20 - (-10) \u003d 30 ° S. i onda ΔT \u003d (Tvn - Tnar) \u003d 20 - (-0) \u003d 20 ° S. Možete odabrati dizalicu topline manje snage i, štoviše, prema principu rada "zrak-voda". Naše toplinske pumpe sa izvorom zraka rade učinkovito do -25 stupnjeva i stoga nije potrebno bušenje.

U središnjoj Rusiji i Sibiru mnogo su učinkovitije geotermalne dizalice topline koje rade na principu "voda-voda".

Bušenje za geotermalno polje koštat će različito, ovisno o regiji. U moskovskoj regiji izračun troškova je sljedeći:

Uzimamo snagu naše dizalice topline -18kW. Potrošnja električne energije takve dizalice topline zemlja je otprilike 18/4=4,5 kWh iz utičnice. Waterkotte ima još manje (ova se karakteristika naziva COP. Waterkotte dizalice topline imaju COP 5 ili više). Prema zakonu održanja snage, električna energija se predaje sustavu pretvarajući u toplinsku energiju, a energiju koja nedostaje dobivamo iz geotermalnog izvora, odnosno iz sondi koje treba bušiti. 18-4,5 = 13,5 kW od Zemlje npr. (jer izvor u ovom slučaju može biti vodoravni kolektor, ribnjak itd.).

Prijenos topline tla na različitim mjestima, čak iu moskovskoj regiji, je različit. U prosjeku od 30 do 60 W po 1 okretaju u minuti, ovisno o vlažnosti tla.

13,5 kW ili 13500 W podijeljeno s prijenosom topline. u prosjeku je 50W dakle 13500/50=270 metara. Radovi na bušenju koštaju u prosjeku 1200 rubalja / m.p. Dobivamo 270 * 1200 \u003d 324 000 rubalja. ključ u ruke sa ulazom u toplinsku točku.

Trošak toplinske pumpe ekonomske klase = 6-7 tisuća dolara. oni. 180-200 tisuća rubalja

Trošak UKUPNO 324 tisuće + 180 tisuća = 504 tisuće rubalja

Dodajte trošak instalacije i trošak akumulatora topline i dobit ćete nešto više od 600 tisuća rubalja, što je usporedivo s troškovima opskrbe glavnog plina. Q.E.D.