Beregning av varmepumper: Varmepumper og energisparingssystemer: GK Informtech

Typer varmepumpedesign

Typen varmepumpe er vanligvis betegnet med et uttrykk som indikerer kildemediet og varmebæreren til varmesystemet.
Det er følgende varianter:

• ТН "luft - luft";
• ТН "luft - vann";
• TN "jord - vann";
• TH "vann - vann".

Det aller første alternativet er et konvensjonelt delt system som fungerer i oppvarmingsmodus. Fordamperen er montert utendørs, og en enhet med kondensator er installert inne i huset. Sistnevnte blåses av en vifte, på grunn av hvilken en varm luftmasse tilføres rommet.

Hvis et slikt system er utstyrt med en spesiell varmeveksler med dyser, vil HP-typen "luft-vann" fås. Den er koblet til et vannoppvarmingssystem.

HP-fordamperen av typen "luft-til-luft" eller "luft-til-vann" kan plasseres ikke utendørs, men i avtrekksventilasjonskanalen (den må tvinges). I dette tilfellet vil varmepumpens effektivitet økes flere ganger.

Varmepumper av typen "vann-til-vann" og "jord-til-vann" bruker en såkalt ekstern varmeveksler eller, som det også kalles, en samler for å utvinne varme.

Skjematisk diagram over varmepumpen

Dette er et rør med lang sløyfe, vanligvis plast, gjennom hvilket et flytende medium sirkulerer rundt fordamperen. Begge typer varmepumper representerer samme enhet: i ett tilfelle er samleren nedsenket i bunnen av et overflatebeholder, og i det andre - i bakken. Kondensatoren til en slik varmepumpe er plassert i en varmeveksler koblet til varmtvannssystemet.

Tilkobling av varmepumper i henhold til "vann - vann" - ordningen er mye mindre arbeidskrevende enn "jord - vann", siden det ikke er behov for å utføre jordarbeid. På bunnen av reservoaret legges røret i form av en spiral. Selvfølgelig, for denne ordningen, er bare et reservoar egnet som ikke fryser til bunnen om vinteren.

Klassifisering av varmepumper i henhold til medieegenskapene

Klassifiseringen av varmepumper er ganske omfangsrik. Enheter deles i henhold til typen arbeidsfluid, prinsippet om å endre dens fysiske tilstand, bruk av konverteringsanordninger, naturen til energibæreren som er nødvendig for operasjonen. Med tanke på at det finnes modeller på markedet med forskjellige kombinasjoner av klassifiseringskriterier, blir det klart at det er ganske vanskelig å liste opp alt. Du kan imidlertid vurdere de grunnleggende prinsippene for gruppedeling.

Installasjonen, utformingen og sluttegenskapene til varmepumpen avhenger av parametrene til varmekilden og mottakermediet. Flere typer ingeniørløsninger tilbys i dag.

Luft-til-luft

Luft-til-luft-varmepumper er de vanligste enhetene. De er kompakte og enkle nok. Husholdnings klimaanlegg med oppvarmingsmodus fungerer på mekanikere av denne typen. Operasjonsprinsippet er enkelt:

• en utendørs varmeveksler blir avkjølt under lufttemperaturen og fjerner varmen;
• etter komprimering av innkommende freon i radiatoren øker temperaturen sterkt;
• viften inne i rommet, som blåser på varmeveksleren, varmer opp rommet.

Utvinningen av energi fra miljøet utføres ikke nødvendigvis av en ekstern varmeveksler. For dette formålet kan luft blåses inn i en enhet som ligger i rommet. Slik fungerer noen kanalsystemer.

Hvis freon komprimeres og utvides i et klimaanlegg, brukes enkel luft i vortex-varmepumper. Arbeidets mekanikk er lik: før gassen kommer inn i den interne varmeveksleren, komprimeres gassen, og etter å ha gitt opp energi, blåses den inn i varmeutvinningskammeret ved en intens strømning.

En vortex varmepumpe er en stor, massiv installasjon som bare fungerer effektivt når omgivelsestemperaturen er høy. Derfor er slike systemer installert i industrielle verksteder, de bruker eksosgassene fra ovnene eller den varme luften fra hoved klimaanlegget som varmekilde.

Vann-vann

En vann-til-vann-varmepumpe fungerer på samme prinsipp som andre installasjoner. Bare overføringsmediene er forskjellige. Utstyret er utstyrt med nedsenkbare sonder for å komme til grunnvannshorisonten med en positiv temperatur selv i en tøff vinter.

Avhengig av oppvarmingsbehovet, kan vann-til-vann-varmepumpesystemer ha forskjellige størrelser. For eksempel, med utgangspunkt i flere brønner boret rundt et privat hus, og ender med varmevekslere med stort område plassert direkte i akviferen, som legges under byggefasen av bygningen.

Vann-til-vann-varmepumper kjennetegnes av høyere produktivitet og effektiv utgangseffekt... Årsaken er den økte varmekapasiteten til væsken. Vannlaget der sonden eller varmeveksleren befinner seg, frigjør raskt energi, og på grunn av det enorme volumet reduserer det karakteristikkene noe, noe som bidrar til stabil drift av systemet. Vann-vann-utstyr er også preget av økt effektivitet.

Råd! Under visse forhold kan vann-vannkretsen klare seg uten mellomnoder i form av lagertanker for oppvarmingsnettet. Korrekt vurdering av eksisterende klimatiske forhold og valg av kraften til installasjonen, er en varmtvannsbereder med varmepumpe installert i huset, og et effektivt gulvvarmesystem er organisert.

Vann-luft, luft-vann

Kombinerte systemer må velges med særlig omhu. Samtidig vurderes de eksisterende klimaforholdene nøye. For eksempel har en vann-til-luft-varmepumpesyklus god oppvarmingseffektivitet i regioner med sterk frost. Luft-vannsystemet i kombinasjon med et varmt gulv og en lagringskjele for sekundær oppvarming kan vise maksimal besparelse i områder der lufttemperaturen sjelden faller under -5 ... -10 grader.

Smelt (saltlake) -vann

En varmepumpe av denne klassen er en slags universal. Den kan brukes bokstavelig talt overalt. Indikatorer for den nyttige varmeeffekten er konstant og stabil. Prinsippet for drift av saltvannsenheten er basert på ekstraksjon av varme, først og fremst fra jorden, som har normale fuktighetsverdier eller er vanntett.

Systemet er enkelt å installere: å plassere eksterne varmevekslere er det nok å begrave dem til en viss dybde. Du kan også velge et av alternativene for utstyr med en gassformig eller flytende arbeidsvæske.

Beregningen av en varmepumpe av saltvannsklassen gjøres i henhold til nivået på energibehovet for oppvarming. Det er mange metoder for kvantitativ bestemmelse. Du kan gjøre den mest nøyaktige beregningen, med tanke på materialet til husets vegger, konstruksjonen av vinduene, jordens natur, den vektede gjennomsnittlige lufttemperaturen og mye mer.

Produsenter av saltvannsanlegg tilbyr forskjellige alternativer for modeller som avviker i strømforbruket til konverteringsenheten, utformingen og dimensjonene til eksterne varmevekslere og parametrene til utgangskretsen. Det er ikke vanskelig å velge den optimale varmepumpen i henhold til en forhåndsdefinert liste over krav.

Det er på tide å studere utenlandsk erfaring grundig

Nesten alle vet nå om varmepumper som kan utvinne varme fra miljøet for oppvarming av bygninger, og hvis ikke lenge siden spurte en potensiell kunde vanligvis det forvirrede spørsmålet "hvordan er dette mulig?", Nå spørsmålet "hvordan er det riktig? Å gjøre ? "

Svaret på dette spørsmålet er ikke lett.

På jakt etter svar på de mange spørsmålene som uunngåelig oppstår når du prøver å designe varmesystemer med varmepumper, er det tilrådelig å henvende seg til erfaringen fra spesialister i de landene hvor varmepumper på grunnvarmevekslere har vært brukt i lang tid.

Et besøk * til den amerikanske utstillingen AHR EXPO-2008, som hovedsakelig ble gjennomført for å innhente informasjon om metodene for tekniske beregninger for grunnvarmevekslere, førte ikke direkte resultater i denne retningen, men en bok ble solgt på ASHRAE-utstillingen stand, hvor noen av bestemmelsene tjente som grunnlag for denne publikasjonen.

Det skal sies med en gang at overføring av den amerikanske metoden til husjord ikke er en enkel oppgave. For amerikanere er ikke ting det samme som i Europa. Bare de måler tiden i de samme enhetene som vi gjør. Alle andre måleenheter er rent amerikanske, eller rettere britiske. Amerikanerne var spesielt uheldig med varmestrøm, som kan måles både i britiske termiske enheter per tidsenhet, og i tonnevis av kjøling, som sannsynligvis ble oppfunnet i Amerika.

Hovedproblemet var imidlertid ikke den tekniske ulempen ved å beregne måleenhetene som ble vedtatt i USA, som man kan bli vant til over tid, men fraværet i nevnte bok av et klart metodisk grunnlag for å konstruere en beregning algoritme. Det gis for mye plass til rutinemessige og velkjente beregningsmetoder, mens noen viktige bestemmelser forblir helt ukjent.

Spesielt kan slike fysisk relaterte innledende data for beregning av vertikale grunnvarmevekslere, slik som temperaturen på væsken som sirkulerer i varmeveksleren og konverteringsfaktoren til varmepumpen, ikke innstilles vilkårlig, og før man fortsetter med beregninger knyttet til ustabil varme overføring i bakken, er det nødvendig å bestemme forholdene som forbinder disse parametrene.

Kriteriet for effektiviteten til en varmepumpe er konverteringskoeffisienten α, hvis verdi bestemmes av forholdet mellom dens termiske effekt og kraften til kompressorens elektriske drivenhet. Denne verdien er en funksjon av kokepunktene tu i fordamperen og tk av kondens, og i forhold til vann-til-vann-varmepumper kan vi snakke om væsketemperaturene ved utløpet fra fordamperen t2I og ved utløpet fra kondensator t2K:

? =? (t2И, t2K). (en)

Analyse av katalogegenskapene til serielle kjølemaskiner og vann-til-vann-varmepumper gjorde det mulig å vise denne funksjonen i form av et diagram (figur 1).

Ved hjelp av diagrammet er det enkelt å bestemme parametrene til varmepumpen i de aller første stadiene av utformingen. Det er for eksempel åpenbart at hvis varmesystemet som er koblet til varmepumpen er konstruert for å forsyne et varmemedium med en fremløpstemperatur på 50 ° C, vil den maksimale mulige konverteringsfaktoren for varmepumpen være omtrent 3,5. Samtidig bør glykolens temperatur ved fordamperens utløp ikke være lavere enn + 3 ° С, noe som betyr at det vil kreves en kostbar grunnvarmeveksler.

På samme tid, hvis huset varmes opp ved hjelp av et varmt gulv, kommer en varmebærer med en temperatur på 35 ° C inn i varmesystemet fra kondensatoren til varmepumpen. I dette tilfellet vil varmepumpen kunne arbeide mer effektivt, for eksempel med en konverteringsfaktor på 4,3, hvis temperaturen på glykolen som er avkjølt i fordamperen, er omtrent -2 ° C.

Ved hjelp av Excel-regneark kan du uttrykke funksjon (1) som en ligning:

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

Hvis det ved ønsket omregningsfaktor og en gitt verdi av temperaturen på kjølevæsken i varmesystemet drives av en varmepumpe, er det nødvendig å bestemme temperaturen til væsken som er avkjølt i fordamperen, kan ligning (2) representeres som:

(3)

Du kan velge temperaturen på kjølevæsken i oppvarmingssystemet ved de gitte verdiene av omvandlingskoeffisienten til varmepumpen og temperaturen på væsken ved fordamperens utløp ved hjelp av formelen:

(4)

I formler (2) ... (4) uttrykkes temperaturene i grader Celsius.

Etter å ha identifisert disse avhengighetene, kan vi nå gå direkte til den amerikanske opplevelsen.

Metode for beregning av varmepumper

Selvfølgelig er prosessen med å velge og beregne en varmepumpe en teknisk veldig komplisert operasjon og avhenger av objektets individuelle egenskaper, men den kan grovt reduseres til følgende trinn:

Varmetap gjennom bygningskonvolutten (vegger, tak, vinduer, dører) bestemmes. Dette kan gjøres ved å bruke følgende forhold:

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

tnar - utetemperatur (° С);

tvn - intern lufttemperatur (° С);

S er det totale arealet av alle omsluttende strukturer (m2);

n - koeffisient som indikerer miljøets innflytelse på objektets egenskaper. For rom i direkte kontakt med det ytre miljøet gjennom takene n = 1; for gjenstander med loftsgulv n = 0,9; hvis objektet er plassert over kjelleren n = 0,75;

β er koeffisienten for ytterligere varmetap, som avhenger av typen struktur og dens geografiske beliggenhet β kan variere fra 0,05 til 0,27;

RT - termisk motstand, bestemmes av følgende uttrykk:

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

δі / λі er en beregnet indikator på varmeledningsevne for materialer som brukes i konstruksjonen.

αout er koeffisienten for termisk spredning av ytre overflater av de omsluttende konstruksjonene (W / m2 * оС);

αin - koeffisienten for termisk absorpsjon av de indre overflatene til de omsluttende strukturer (W / m2 * оС);

- Det totale varmetapet i konstruksjonen beregnes med formelen:

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

Qi - energiforbruk for oppvarming av luften som kommer inn i rommet gjennom naturlige lekkasjer;

Qbp ​​- varmeutslipp på grunn av funksjonen til husholdningsapparater og menneskelige aktiviteter.

2. Basert på innhentede data beregnes det årlige forbruket av varmeenergi for hvert enkelt objekt:

Qyear = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / time per år.) hvor:

tвн - anbefalt inneluftstemperatur;

tnar - utetemperatur;

tout.av - den aritmetiske middelverdien av utetemperaturen for hele fyringssesongen;

d er antall dager i oppvarmingsperioden.

3. For en fullstendig analyse må du også beregne nivået på termisk kraft som kreves for å varme opp vannet:

Qgv = V * 17 (kW / time per år.) Hvor:

V er volumet av daglig oppvarming av vann opp til 50 ° С.

Da vil det totale forbruket av varmeenergi bli bestemt av formelen:

Q = Qgv + Qyear (kW / time per år.)

Tatt i betraktning de innhentede dataene, vil det ikke være vanskelig å velge den mest passende varmepumpen for oppvarming og varmtvannsforsyning. Videre vil den beregnede effekten bli bestemt som. Qtn = 1.1 * Q, hvor:

Qtn = 1.1 * Q, hvor:

1.1 er en korreksjonsfaktor som indikerer muligheten for å øke belastningen på varmepumpen i perioden med kritiske temperaturer.

Etter å ha beregnet varmepumper, kan du velge den mest egnede varmepumpen som kan gi de nødvendige mikroklima-parametrene i rom med tekniske egenskaper. Og gitt muligheten for å integrere dette systemet med en klimaanlegg, kan et varmt gulv noteres ikke bare for dets funksjonalitet, men også for sine høye estetiske kostnader.

Hvordan lage en DIY varmepumpe?

Kostnaden for en varmepumpe er ganske høy, selv om du ikke tar hensyn til betalingen for tjenestene til en spesialist som vil installere den. Ikke alle har det tilstrekkelig økonomisk kapasitetå umiddelbart betale for installasjonen av slikt utstyr. I denne forbindelse begynner mange å stille spørsmålet, er det mulig å lage en varmepumpe med egne hender av skrapmaterialer? Det er fullt mulig. I tillegg kan du ikke bruke nye, men brukte reservedeler under arbeidet.
Så hvis du bestemmer deg for å lage en varmepumpe med egne hender, må du:

• sjekk tilstanden til ledningene i hjemmet ditt;
• sørg for at strømmåleren fungerer, og kontroller at strømmen til denne enheten er minst 40 ampere.

Det første trinnet er å kjøp kompressor... Du kan kjøpe den i spesialiserte selskaper eller ved å kontakte et verksted for kjøleutstyr. Der kan du kjøpe en kompressor fra et klimaanlegg. Det er ganske egnet for å lage en varmepumpe. Deretter må den festes på veggen ved hjelp av L-300-brakettene.

Nå kan du gå videre til neste trinn - produksjonen av kondensatoren. For å gjøre dette må du finne en rustfritt ståltank for vann med et volum på opptil 120 liter. Den er kuttet i to, og det er installert en spole i den. Du kan lage det selv ved å bruke et kobberrør fra kjøleskapet. Alternativt kan du lage den fra et kobberrør med liten diameter.

For ikke å oppleve problemer med produksjonen av spolen, er det nødvendig å ta en vanlig gassflaske og vind kobbertråd rundt den... Under dette arbeidet er det nødvendig å ta hensyn til avstanden mellom svingene, som skal være den samme. For å fikse røret i denne posisjonen, bør du bruke et perforert hjørne av aluminium som brukes til å beskytte kittens hjørner. Ved bruk av spoler skal rørene plasseres slik at trådene er overfor hullene i hjørnet. Dette vil sikre samme svinghøyde, og i tillegg til at strukturen vil være ganske sterk.

Når spolen er installert, kobles de to halvdelene av den forberedte tanken sammen ved sveising. I dette tilfellet må du være forsiktig med å sveise gjengede forbindelser.

For å lage fordamperen kan du bruke vannbeholdere av plast med et totalt volum på 60 - 80 liter. Spolen er montert i den fra et rør med en diameter på ¾ ". Vanlige vannrør kan brukes til å levere og tømme vann.

På veggen ved hjelp av L-braketten av ønsket størrelse feste fordamperen.

Når alt arbeidet er fullført, er det bare å invitere en kjølespesialist. Han vil montere systemet, sveise kobberrørene og pumpe inn freon.

Varmepumpetyper

Varmepumper er delt inn i tre hovedtyper i henhold til kilden til lavkvalitets energi:

• Luft.
• Grunning.
• Vann - Kilden kan være grunnvann og overflatevannsforekomster.

For vannsystemer, som er mer vanlige, brukes følgende typer varmepumper:

Luft til vann er en varmepumpe av lufttype som varmer opp en bygning ved å trekke inn luft fra utsiden gjennom en ekstern enhet. Det fungerer på prinsippet om et klimaanlegg, bare omvendt, og omdanner luftenergi til varme. En slik varmepumpe krever ikke store installasjonskostnader, det er ikke nødvendig å tildele en tomt til den og dessuten å bore en brønn. Effektiviteten ved drift ved lave temperaturer (-25 ° C) avtar imidlertid, og det kreves en ekstra kilde til termisk energi.

Enheten "grunnvann" refererer til geotermisk varme og produserer varme fra bakken ved hjelp av en kollektor lagt på en dybde under frysing av bakken. Det er også en avhengighet av områdets område og landskapet, hvis samleren er plassert horisontalt. For vertikal plassering må du bore en brønn.

"Vann til vann" er installert der det er en vannmasse eller grunnvann i nærheten. I det første tilfellet blir reservoaret lagt på bunnen av reservoaret, i det andre bores en brønn eller flere, hvis området på stedet tillater det.Noen ganger er grunnvannets dybde for dyp, så kostnadene ved å installere en slik varmepumpe kan være veldig høye.

Hver type varmepumpe har sine egne fordeler og ulemper, hvis bygningen er langt fra reservoaret eller grunnvannet er for dypt, vil ikke "vann til vann" ikke fungere. "Luft-vann" vil bare være relevant i relativt varme områder, hvor lufttemperaturen i den kalde årstiden ikke faller under -25 ° C.

DIY varmepumpeinstallasjon

Nå som hoveddelen av systemet er klart, gjenstår det å koble det til enhetene for inntak og distribusjon av varme. Dette arbeidet kan gjøres av deg selv. Dette er ikke vanskelig. Prosessen med å installere en varmeinntaksenhet kan være annerledes og avhenger i stor grad av pumpetypen som skal brukes som en del av varmesystemet.

Grunnvann av vertikal pumpetype

Også her vil det være behov for visse kostnader, siden du installerer en slik pumpe, bare ikke kan gjøre uten å bruke en borerigg. Alt arbeid begynner med å lage en brønn, hvis dybde skal være 50-150 meter... Deretter senkes den geotermiske sonden, hvoretter den kobles til pumpen.

Horisontal pumpevann jordvann

Når en slik pumpe er installert, er det nødvendig å bruke et manifold dannet av et rørsystem. Det skal være plassert under nivået for jordfrysing. Nøyaktighet og dybde av samlerplassering avhenger i stor grad av klimasonen. Først fjernes jordlaget. Deretter legges rørene, og deretter fylles de igjen med jord.
Du kan bruke en annen måte - legging av enkeltrør for vann i en ferdig gravd grøft. Etter å ha bestemt deg for å bruke den, må du først grave grøfter, der dybden skal være under frysenivået.

Metode for å beregne effekten til en varmepumpe

I tillegg til å bestemme den optimale energikilden, vil det være nødvendig å beregne varmepumpeeffekten som kreves for oppvarming. Det avhenger av varmetapet i bygningen. La oss beregne effekten av en varmepumpe for oppvarming av et hus ved hjelp av et spesifikt eksempel.

For dette bruker vi formelen Q = k * V * ∆T, hvor

• Q er varmetap (kcal / time). 1 kWh = 860 kcal / t;
• V er husets volum i m3 (området multipliseres med takhøyden);
• ∆Т er forholdet mellom minimumstemperaturer utenfor og inne i lokalene i løpet av den kaldeste perioden på året, ° С. Trekk utsiden fra det indre tºet;
• k er bygningens generelle varmeoverføringskoeffisient. For en murbygning med mur i to lag k = 1; for en godt isolert bygning k = 0,6.

Dermed vil beregningen av kraften til varmepumpen for oppvarming av et mursteinhus på 100 kvadratmeter og en takhøyde på 2,5 m, med en forskjell på ttº fra -30 ° utvendig til + 20 ° inne, være som følger:

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

12500/860 = 14,53 kW. Det vil si at for et standard murhus med et areal på 100 m, vil det være behov for en 14 kilowatt enhet.

Forbrukeren godtar valg av type og effekt av varmepumpen basert på en rekke forhold:

• geografiske trekk i området (nærhet til vannforekomster, tilstedeværelse av grunnvann, et gratis område for en samler);
• funksjoner i klimaet (temperatur);
• type og indre volum i rommet;
• økonomiske muligheter.

Med tanke på alle de ovennevnte aspektene, vil du kunne gjøre det beste valget av utstyr. For et mer effektivt og riktig valg av en varmepumpe, er det bedre å kontakte spesialister, de vil være i stand til å gjøre mer detaljerte beregninger og gi den økonomiske muligheten for å installere utstyret.

I lang tid og veldig vellykket har varmepumper blitt brukt i kjøleskap og klimaanlegg til husholdninger og industrier.

I dag har disse enhetene begynt å bli brukt til å utføre en funksjon av motsatt natur - oppvarming av en bolig i kaldt vær.

La oss ta en titt på hvordan varmepumper brukes til å varme opp private hus og hva du trenger å vite for å kunne beregne alle komponentene.

Hva er en varmepumpe, dens omfang

Den tekniske definisjonen av en varmepumpe er en enhet for å overføre energi fra et område til et annet, samtidig som effektiviteten i arbeidet økes. Denne mekanikeren er ikke vanskelig å illustrere. La oss forestille oss en bøtte med kaldt vann og et glass varmt vann. Den samme mengden energi brukes på å varme dem opp fra et bestemt varemerke. Effektiviteten av applikasjonen er imidlertid annerledes. Hvis du samtidig reduserer temperaturen på bøtta med 1 grad, kan den oppnådde termiske energien bringe væsken i glasset til å koke nesten.

Det er i følge denne mekanikken at varmepumpen fungerer, som du kan varme opp bassenget med eller helt gi varme til et landsted. Installasjonen overfører varme fra ett område til et annet, vanligvis fra utsiden til rommet. Det er mange applikasjoner for denne teknikken.

1. Med en viss effekt på en varmepumpe blir oppvarming av et hus billig og effektivt.
2. Det er enkelt å lage varmtvann med en varmepumpe ved å bruke varmekjeler.
3. Med litt innsats og riktig design er det mulig å lage et helt autonomt varmesystem drevet av solcellepaneler.
4. De fleste varmepumpemodeller er et akseptabelt alternativ for gulvvarme som brukes som varmekrets.

For å velge og kjøpe et passende system, må du først og fremst angi oppgaven det står overfor. Og bare etter det, legg frem kravene til kraft og vurder akseptabelen til individuelle typer varmekjeler for å dekke alle behov.

Eksempel på beregning av varmepumpe

Vi velger en varmepumpe for varmesystemet til et etasjes hus med et totalt areal på 70 kvm. m med en standard takhøyde (2,5 m), rasjonell arkitektur og varmeisolering av de omsluttende konstruksjonene som oppfyller kravene i moderne bygningskoder. For oppvarming av 1. kvartal. m av et slikt objekt, i henhold til allment aksepterte standarder, er det nødvendig å bruke 100 W varme. For å varme opp hele huset trenger du:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW termisk energi.

Vi velger en varmepumpe av merket "TeploDarom" (modell L-024-WLC) med en termisk effekt på W = 7,7 kW. Enhetens kompressor bruker N = 2,5 kW strøm.

Reservoarberegning

Jordsmonnet på stedet som er tildelt for bygging av samleren er leirholdig, grunnvannsnivået er høyt (vi tar brennverdien p = 35 W / m).

Samleeffekten bestemmes av formelen:

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

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

Basert på det faktum at det er irrasjonelt å legge en krets med en lengde på mer enn 100 m på grunn av for høy hydraulisk motstand, aksepterer vi følgende: varmepumpefordelingen vil bestå av to kretser - 100 m og 50 m lange.

Området på nettstedet som må tildeles samleren bestemmes av formelen:

S = L x A,

Hvor A er trinnet mellom tilstøtende deler av konturen. Vi aksepterer: A = 0,8 m.

Da er S = 150 x 0,8 = 120 kvm. m.

Effektivitet og COP

Det viser tydelig at ¾ av energien vi får fra gratis kilder. (Klikk for å forstørre)

La oss først definere i termer:

• Effektivitet - effektivitetskoeffisient, dvs. hvor mye nyttig energi som oppnås i prosent av energien brukt på driften av systemet;
• COP - ytelseskoeffisient.

En indikator som effektivitet brukes ofte i reklameformål: "Effektiviteten til pumpen vår er 500%!" Det virker som om de sier sannheten - for 1 kW forbrukt energi (for full drift av alle systemer og enheter) produserte de 5 kW termisk energi.

Husk imidlertid at effektiviteten ikke overstiger 100% (denne indikatoren beregnes for lukkede systemer), så det ville være mer logisk å bruke COP-indikatoren (brukes til beregning av åpne systemer), som viser konverteringsfaktoren for brukt energi til nyttig energi.

Vanligvis måles COP i tall fra 1 til 7. Jo høyere tall, jo mer effektiv er varmepumpen. I eksemplet ovenfor (ved 500% effektivitet) er COP 5.

Tilbakebetaling av varmepumpe

Når det gjelder hvor lang tid det tar en person å returnere pengene som er investert i noe, betyr det hvor lønnsom selve investeringen var. Innen oppvarming er alt ganske vanskelig, siden vi gir oss komfort og varme, og alle systemene er dyre, men i dette tilfellet kan du se etter et slikt alternativ som vil gi pengene tilbake ved å redusere kostnadene under bruk. Og når du begynner å lete etter en passende løsning, sammenligner du alt: en gasskjele, en varmepumpe eller en elektrisk kjele. Vi vil analysere hvilket system som vil lønne seg raskere og mer effektivt.

Konseptet med tilbakebetaling, i dette tilfellet, innføringen av en varmepumpe for å modernisere det eksisterende varmeforsyningssystemet, for å si det enkelt, kan forklares som følger:

Det er ett system - en individuell gasskjele, som gir autonom oppvarming og varmtvannsforsyning. Det er et delt system klimaanlegg som gir ett rom med kulde. Installert 3 split-systemer i forskjellige rom.

Og det er en mer økonomisk avansert teknologi - en varmepumpe som vil varme opp / kjøle hus og varme opp vann i riktige mengder for et hus eller en leilighet. Det er nødvendig å bestemme hvor mye de totale kostnadene for utstyr og startkostnadene har endret seg, og også å estimere hvor mye de årlige driftskostnadene for de valgte utstyrstypene har redusert. Og for å avgjøre om hvor mange år, med de resulterende besparelsene, vil dyrere utstyr lønne seg. Ideelt sett sammenlignes flere foreslåtte designløsninger, og den mest kostnadseffektive løsningen velges.

Vi vil utføre beregningen og vyyaski, hva er tilbakebetalingsperioden for en varmepumpe i Ukraina

La oss vurdere et spesifikt eksempel

• Huset er på 2 etasjer, godt isolert, med et totalareal på 150 kvm. M.
• Varmesystem / distribusjonssystem: krets 1 - gulvvarme, krets 2 - radiatorer (eller vifteenheter).
• Det ble installert en gasskjele for oppvarming og varmtvann, for eksempel 24kW, dobbelt krets.
• Klimaanlegg fra delt system for 3 rom i huset.

Årlige kostnader for oppvarming og oppvarming av vann

Maks. varmekapasitet varmepumpe for oppvarming, kW	19993,59
Maks. strømforbruk av varmepumpe ved drift for oppvarming, kW	7283,18

Maks. varmekapasitet for varmepumpe for varmtvannsforsyning, kW	2133,46
Maks. strømforbruk av varmepumpe under drift på varmtvannsforsyning, kW	866,12

1. Den omtrentlige kostnaden for et fyrrom med en 24 kW gasskjele (kjele, rør, ledninger, tank, meter, installasjon) er omtrent 1000 Euro. Et klimaanlegg (et delt system) for et slikt hus vil koste rundt 800 euro. Totalt med tilrettelegging av fyrrom, designarbeid, tilkobling til gassrørledningsnettet og installasjonsarbeid - 6100 euro.

1. Den omtrentlige kostnaden for Mycond-varmepumpen med ekstra viftspoleanlegg, installasjonsarbeid og tilkobling til strømnettet er 6650 euro.

1. Investeringsveksten er: К2-К1 = 6650 - 6100 = 550 euro (eller ca 16500 UAH)
2. Å redusere driftskostnadene er: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Tilbakebetalingsperiode Tocup. = 16500/19608 = 0,84 år!

Enkel bruk av varmepumpen

Varmepumper er det mest allsidige, multifunksjonelle og energieffektive utstyret for oppvarming av et hjem, en leilighet, et kontor eller et kommersielt anlegg.

Et intelligent styringssystem med ukentlig eller daglig programmering, automatisk bytte av sesonginnstillinger, opprettholde temperaturen i huset, økonomimodus, kontrollere en slavekjele, kjele, sirkulasjonspumper, temperaturkontroll i to varmekretser, er den mest avanserte og avanserte. Inverterkontroll av driften av kompressor, vifte, pumper, gir maksimal energibesparelse.

Fordelene med varmepumper og gjennomførbarheten av installasjonen

Som nevnt i annonsen, er den største fordelen med varmepumper effektiviteten til oppvarming. Til en viss grad er det slik det fungerer. Hvis varmepumpen har et energiutvinningsmiljø som gir optimal temperatur, fungerer installasjonen effektivt, oppvarmingskostnadene reduseres med ca 70-80%. Imidlertid er det alltid tilfeller der en varmepumpe kan være bortkastet penger.

Effektiviteten til en varmepumpe bestemmes av følgende teknologiske egenskaper:

• parameteren til grensegrensen for å redusere temperaturen med arbeidsfluidet;
• minimumsforskjellen i temperaturene til den eksterne veksleren og miljøet, hvor varmeutvinningen er ekstremt liten;
• nivået på energiforbruk og nyttig varmeeffekt.

Muligheten for å bruke en varmepumpe avhenger av flere faktorer.

1. Områder der slikt utstyr ikke viser gode resultater, er regioner med frostvintre og lave gjennomsnittlige dagstemperaturer. I dette tilfellet er varmepumpen rett og slett ikke i stand til å ta bort nok varme fra omgivelsene og kommer nær sonen med null effektivitet. Først og fremst gjelder dette luft-til-luft-systemer.
2. Med en økning i volumet av oppvarmet rom øker varmepumpens teknologiske parametere nesten eksponentielt. Varmevekslere blir større, størrelsen og antallet nedsenkningsprober i vann eller jord øker. På et bestemt tidspunkt blir kostnadene for en varmepumpe for oppvarming, de nødvendige utgiftene for installasjon og vedlikehold, samt betaling for forbruket strøm, ganske enkelt irrasjonelle investeringer. Det er mye billigere å lage en klassisk gassoppvarmingsplan med en kjele.
3. Jo mer komplekst systemet er, desto dyrere og problematisk er det å reparere det i tilfelle en havari. Dette er et negativt tillegg til størrelsen på det oppvarmede området og egenskapene til klimasonen.

Råd! Generelt kan bruk av varmepumpe som eneste varmekilde for et hjem bare vurderes i et begrenset antall situasjoner. Det er alltid lurt å bruke et omfattende støttesystem. Her er antallet mulige kombinasjoner bare begrenset av tilgjengelige energikilder og eierens økonomiske muligheter.

Klassikeren er en varmepumpe og en gass / fast fyrkjel som fungerer sammen. Ideen er enkel: Produktene fra forbrenning av drivstoff slippes ut gjennom et bredt rør. Den huser varmepumpeveksleren. Lagringstanker og en indirekte varmekjele er installert i varme- og varmtvannsforsyningssystemet. Utstyret (kjele og pumpe) aktiveres samtidig når temperaturen på væsken i distribusjonsnettet faller. I pararbeid bruker de nesten fullstendig energien til forbrenningsdrivstoffet, og viser effektivitetsindikatorer nær det maksimale.

Systemet med tilpasning til miljøets egenskaper er basert på en termisk pumpe, en vifteblokk, en varmepistol av enhver klasse. Ved tilstrekkelig høy lufttemperatur utenfor (opp til -5 ... -10 grader Celsius) fungerer varmepumpen normalt og gir tilstrekkelig effekt for oppvarming. Systemets designfunksjon er plasseringen av den eksterne varmeveksleren i en separat ventilasjonskanal. Når utetemperaturen faller under det optimale merket, blir den tilførte luften varmet opp av en varmepistol (diesel, elektrisk eller gass).

Det er spesielt verdt å merke seg: de fleste ordningene som sørger for tilpasning til lufttemperaturen eller stabilisering av driftsparametrene til varmepumpen, brukes på luft-til-luft- og luft-til-vann-enheter. Andre systemer, på grunn av de eksterne varmevekslerne som er isolert i bakken eller vannet, tillater ikke opprettelsen av slike "drivhus" -driftsforhold.

Varmepumpedrift når du arbeider i henhold til grunnvannskjemaet

Samleren kan begraves på tre måter.

Horisontalt alternativ

Rørene legges i grøfter som en slange til en dybde som overstiger dybden av jordfrysing (i gjennomsnitt - fra 1 til 1,5 m).
En slik samler vil kreve en tomt på et tilstrekkelig stort område, men enhver huseier kan bygge den - ingen ferdigheter, bortsett fra evnen til å jobbe med en spade, er nødvendig.

Det bør imidlertid tas i betraktning at konstruksjonen av en varmeveksler for hånd er en ganske arbeidskrevende prosess.

Vertikalt alternativ

Reservoarrørene i form av løkker med formen som bokstaven "U" er nedsenket i brønner med en dybde på 20 til 100 m. Om nødvendig kan flere slike brønner bygges. Etter installasjon av rørene er brønnene fylt med sementmørtel.

Fordelen med en vertikal kollektor er at det trengs et veldig lite område for konstruksjonen. Det er imidlertid ingen måte å bore brønner som er mer enn 20 m dype alene - du må ansette et team av borere.

Kombinert alternativ

Denne samleren kan betraktes som en slags horisontal, men det kreves mye mindre plass for konstruksjonen.
En lokal brønn graves på stedet med en dybde på 2 m.

Varmevekslerrørene er lagt i en spiral, slik at kretsen er som en vertikalt installert fjær.

Når installasjonsarbeidet er fullført, fylles brønnen opp. Som i tilfelle en horisontal varmeveksler, kan alt nødvendig arbeid gjøres for hånd.

Samleren er fylt med frostvæske - frostvæske eller etylenglykoloppløsning. For å sikre sirkulasjonen kuttes en spesiell pumpe inn i kretsen. Etter å ha absorbert jordens varme, går frostvæsken til fordamperen, hvor varmeutveksling finner sted mellom den og kjølemediet.

Det bør tas i betraktning at ubegrenset varmeutvinning fra jorden, spesielt når samleren er plassert vertikalt, kan føre til uønskede konsekvenser for geologi og økologi på stedet. Derfor, i sommerperioden, er det svært ønskelig å bruke varmepumpen av typen "jord-vann" i omvendt modus - klimaanlegg.

Gassoppvarmingssystemet har mange fordeler, og en av de viktigste er de lave gasskostnadene. Hvordan utstyre oppvarming med gass, vil du bli bedt om av oppvarmingsskjemaet til et privat hus med en gasskjele. Tenk på varmeanleggets utforming og utskiftingskrav.

Les om funksjonene ved å velge solcellepaneler til oppvarming av hjemmet i dette emnet.

Hvordan beregne og velge en varmepumpe

Beregning og utforming av varmepumper

Hvordan beregne og velge en varmepumpe.

Som du vet bruker varmepumper gratis, fornybare energikilder: lavkvalitetsvarme fra luft, jord, underjordiske, åpne ikke-frysende vannforekomster, avfall og spillvann og luft, samt spillvarme fra teknologiske virksomheter. For å samle dette forbrukes strøm, men forholdet mellom mengden mottatt varmeenergi og mengden strøm som forbrukes er omtrent 3–7 ganger.

Hvis vi bare snakker om kildene til lavgradig varme rundt oss for oppvarmingsformål, er det; uteluft med en temperatur på –3 til +15 ° С, luft fjernet fra rommet (15–25 ° С), undergrunnen (4-10 ° С) og grunnvann (ca. 10 ° C), vann og elv ( 5–10 ° С), bakkeflate (under frysepunktet) (3-9 ° С) og dyp bakke (mer enn 6 m - 8 ° C).

Utvinning av varme fra miljøet (indre distrikt).

Et flytende kjølemedium pumpes i fordamperen ved lavt trykk. Det termiske nivået av temperaturer rundt fordamperen er høyere enn det tilsvarende kokepunktet for arbeidsmediet (kjølemediet er valgt slik at det kan koke selv ved temperaturer under null). På grunn av denne temperaturforskjellen overføres varme til miljøet, til arbeidsmiljøet, som ved disse temperaturene koker og fordamper (blir til damp). Varmen som kreves for dette hentes fra noen av de ovennevnte lavkvalitets varmekildene.

Lær mer om fornybare energikilder

Hvis atmosfærisk eller ventilasjonsluft er valgt som varmekilde, brukes varmepumper som fungerer i henhold til "luft-vann" -skjemaet. Pumpen kan plasseres innendørs eller utendørs, med innebygd eller ekstern kondensator. Luft blåses gjennom varmeveksleren (fordamperen) ved hjelp av en vifte.

Som en kilde til lavkvalitets termisk energi kan grunnvann med relativt lav temperatur eller jord av overflatelagene på jorden brukes. Jordmassens varmeinnhold er generelt høyere. Jordens termiske regime av overflatelagene på jorden dannes under påvirkning av to hovedfaktorer - solstrålingen som faller på overflaten og strømmen av radiogen varme fra jordens indre. Sesongbaserte og daglige endringer i intensiteten av solstråling og temperaturen på uteluften forårsaker svingninger i temperaturen i de øvre lagene i jorden. Gjennomtrengningsdybden av daglige svingninger i utetemperaturen og intensiteten av den innfallende solstrålingen, avhengig av spesifikke jordsmonn og klimatiske forhold, varierer fra flere titalls centimeter til en og en halv meter. Gjennomtrengningsdybden til sesongmessige svingninger i utetemperaturen og intensiteten av den innfallende solstrålingen overstiger som regel ikke 15–20 m.

Typer horisontale varmevekslere:

- en varmeveksler laget av seriekoblede rør; - en varmeveksler laget av parallellkoblede rør; - horisontal samler lagt i en grøft; - en varmeveksler i form av en sløyfe; - en varmeveksler i form av en spiral, plassert horisontalt (den såkalte "glatte" samleren); - en varmeveksler i form av en spiral, plassert vertikalt.

Vann akkumulerer solvarmen godt. Selv i den kalde vinterperioden har grunnvannet en konstant temperatur på +7 til + 12 ° C. Dette er fordelen med denne varmekilden. På grunn av det konstante temperaturnivået har denne varmekilden en høy konverteringsfrekvens gjennom varmepumpen hele året. Dessverre er det ikke nok grunnvann overalt. Når den brukes som kilde til grunnvann, utføres tilførselen fra brønnen ved hjelp av en nedsenkbar pumpe til innløpet til varmeveksleren (fordamperen) til varmepumpen som fungerer i henhold til "vann-til-vann / åpent system ”Ordningen, fra utløpet av varmeveksleren, blir vann enten pumpet inn i en annen brønn, eller ledet ut i en vannmasse. Fordelen med åpne systemer er muligheten til å oppnå en stor mengde termisk energi til relativt lave kostnader. Brønnene krever imidlertid vedlikehold. I tillegg er bruk av slike systemer ikke mulig på alle områder. Hovedkravene for jord og grunnvann er som følger:

- tilstrekkelig vanngjennomtrengelighet av jorden, slik at vannforsyning kan etterfylles; - god kjemisk sammensetning av grunnvann (f.eks. lavt jerninnhold) for å unngå problemer forbundet med dannelse av avleiringer på rørveggene og korrosjon.

Åpne systemer brukes oftere til oppvarming eller kjøling av store bygninger. Verdens største geotermiske varmeoverføringssystem bruker grunnvann som en kilde til lavkvalitets termisk energi. Dette systemet er lokalisert i Louisville, Kentucky, USA. Systemet brukes til varme og kulde tilførsel av hotell- og kontorkomplekset; dens kapasitet er omtrent 10 MW.

La oss ta en annen kilde - et reservoar, på bunnen kan du legge løkker fra et plastrør, ordningen "vann-vann / lukket system". En etylenglykolløsning (frostvæske) sirkulerer gjennom rørledningen, som overfører varme til kjølemediet gjennom varmeveksleren (fordamperen) til varmepumpen.

Jorda har evnen til å akkumulere solenergi over lang tid, noe som sikrer en relativt jevn temperatur på varmekilden gjennom hele året og dermed en høy konverteringsfaktor til varmepumpen.Temperaturen i matjorden varierer med sesongen. Under frysepunktet reduseres disse temperatursvingningene betydelig. Varmen som er akkumulert i bakken, blir gjenvunnet ved hjelp av horisontalt lagt forseglede varmevekslere, også kalt jordfangere, eller ved hjelp av vertikalt lagt varmevekslere, såkalte geotermiske sonder. Miljøvarmen overføres av en blanding av vann og etylenglykol (saltlake eller medium), hvor frysepunktet skal være ca. -13 ° C (ta hensyn til produsentens data). Takket være dette fryser ikke saltlake under drift.

Dette betyr at det er to alternativer for å oppnå lavgradig varme fra jorden. Horisontal legging av plastrør i grøfter 1,3-1,7 m dyp, avhengig av klimatiske forhold i området, eller vertikale brønner 20-100 m dyp. Rør kan legges i skyttergraver i form av spiraler, men med en leggedybde på 2 - 4 m, dette vil redusere skyttergravenes totale lengde betydelig. Maksimal varmeoverføring av overflatejord er fra 7 til 25 W med l.p., fra geotermisk 20-50 W med l.p. I følge produksjonsfirmaer er levetiden til skyttergraver og brønner over 100 år.

Litt mer om vertikale grunnvarmevekslere.

Siden 1986, i Sveits, nær Zürich, har det blitt utført studier på et system med vertikale jordvarmevekslere [4]. En jordhøy koaksial varmeveksler med en dybde på 105 m ble installert i jordmassivet. Denne varmeveksleren ble brukt som en kilde til lavkvalitets termisk energi til et varmeoverføringssystem installert i en enebolig. Den vertikale grunnvarmeveksleren ga en toppeffekt på omtrent 70 watt per meter lengde, noe som skapte en betydelig termisk belastning på den omkringliggende jordmassen. Den årlige varmeproduksjonen er ca 13 MWh.

I en avstand på 0,5 og 1 m fra hovedbrønnen ble det boret ytterligere to brønner, hvor temperatursensorer ble installert på en dybde på 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 og 105 m, hvorpå brønnene ble fylt leiresementblanding. Temperaturen ble målt hvert 30. minutt. I tillegg til jordtemperaturen ble det også registrert andre parametere: bevegelseshastigheten til kjølevæsken, energiforbruket til kompressordrevet, lufttemperaturen osv.

Den første observasjonsperioden varte fra 1986 til 1991. Målinger har vist at innflytelsen av uteluftens varme og solstråling blir observert i jordens overflatelag på en dybde på 15 m. Under dette nivået dannes jordens termiske regime hovedsakelig på grunn av varmen fra jordens indre. I løpet av de første 2-3 årene av driften falt temperaturen på jordmassen rundt den vertikale varmeveksleren kraftig, men hvert år gikk temperaturreduksjonen ned, og etter noen år gikk systemet inn i en modus nesten konstant, når temperaturen på jordmassen rundt varmeveksleren ble 1-2 ° C.

Høsten 1996, ti år etter at driften av systemet ble startet, ble målingene gjenopptatt. Disse målingene viste at jordtemperaturen ikke endret seg vesentlig. I de påfølgende årene ble det registrert svingninger i bakketemperatur i området 0,5 ° C, avhengig av årlig oppvarmingsbelastning. Dermed nådde systemet et kvasi-stasjonært regime etter de første årene av driften.

Basert på eksperimentelle data ble det bygget matematiske modeller av prosessene som foregår i jordmassivet, som gjorde det mulig å lage en langsiktig prognose for endringer i temperaturen til jordmassivet.

Matematisk modellering viste at den årlige temperaturreduksjonen gradvis vil avta, og volumet av jordmassen rundt varmeveksleren, med forbehold om temperaturreduksjon, vil øke hvert år.På slutten av driftsperioden begynner regenereringsprosessen: jordtemperaturen begynner å stige. Naturen til prosessen med regenerering ligner på prosessen med "ekstraksjon" av varme: i de første driftsårene er det en kraftig økning i jordtemperaturen, og i de påfølgende årene synker temperaturstigningshastigheten. Lengden på "regenereringsperioden" avhenger av lengden på driftsperioden. Disse to periodene er omtrent de samme. I dette tilfellet var driften av den grunnvarmeveksleren tretti år, og perioden med "regenerering" er også estimert til tretti år.

Dermed representerer varme- og kjølesystemer for bygninger som bruker varme av lav kvalitet fra jorden en pålitelig energikilde som kan brukes overalt. Denne kilden kan brukes i tilstrekkelig lang tid og kan fornyes på slutten av driftsperioden.

Beregning av den horisontale varmepumpesamleren

Fjernelsen av varme fra hver meter av røret avhenger av mange parametere: installasjonsdybden, tilgjengeligheten av grunnvann, kvaliteten på jorden osv. Grovt sett kan det vurderes at for horisontale samlere er det 20 W.m.p. Mer presist: tørr sand - 10, tørr leire - 20, våt leire - 25, leire med høyt vanninnhold - 35 W.m.p. Forskjellen i temperaturen på kjølevæsken i sløyfens direkte- og returlinjer i beregningene blir vanligvis tatt som 3 ° C. På samlerplassen skal bygninger ikke reises slik at varmen fra jorden, dvs. vår energikilde ble fylt på med energi fra solstråling.

Minimumsavstanden mellom de lagt rørene skal være minst 0,7–0,8 m. Lengden på en grøft kan variere fra 30 til 150 m. Det er viktig at lengden på de tilkoblede kretsene er omtrent den samme. Det anbefales å bruke en etylenglykoloppløsning (medium) med et frysepunkt på ca. -13 ° C som oppvarmingsmedium i primærkretsen. I beregningene bør det tas i betraktning at varmekapasiteten til løsningen ved en temperatur på 0 ° C er 3,7 kJ / (kg K), og tettheten er 1,05 g / cm3. Når du bruker et medium, er trykktapet i rørene 1,5 ganger større enn når du sirkulerer vann. For å beregne parametrene til den primære kretsen til varmepumpeanlegget, vil det være nødvendig å bestemme mediumets strømningshastighet:

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

Hvor .t - temperaturforskjellen mellom tilførsels- og returledninger, som ofte antas å være 3 oK. Deretter Qo - termisk kraft mottatt fra en lavpotensial kilde (jord). Sistnevnte verdi beregnes som forskjellen mellom den totale effekten til varmepumpen Qwp og den elektriske effekten brukt på oppvarming av kjølemediet. P:

Qo = Qwp - P, kW.

Total lengde på samlerør L og det totale arealet av nettstedet for det EN beregnet av formlene:

L = Qo / q,

A = L da.

Her q - spesifikk (fra 1 m rør) varmefjerning; da - avstand mellom rør (leggetrinn).

Beregningseksempel. Varmepumpe.

Opprinnelige forhold: varmebehov av en hytte med et areal på 120–240 m2 (basert på varmetap, med tanke på infiltrasjon) - 13 kW; vanntemperaturen i varmesystemet antas å være 35 ° C (gulvvarme); kjølevæskens minimumstemperatur ved utløpet til fordamperen er 0 ° С. For å varme opp bygningen ble en 14,5 kW varmepumpe valgt fra det eksisterende tekniske utstyrsspekteret, med tanke på tapene på viskositeten til mediet, når det ekstraheres og overføres varmeenergi fra bakken, er 3,22 kW. Varmefjerning fra jordens overflatesjikt (tørr leire), q tilsvarer 20 W / sm.p. I samsvar med formlene beregner vi:

1) nødvendig varmeeffekt fra samleren Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) total rørlengde L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. For å organisere en slik samler trenger du 6 kretser 100 m lange;

3) med et leggingstrinn på 0,75 m, det nødvendige området på stedet A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) generell ladning av etylenglykoloppløsning Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, i en krets er lik 0,58 m3.

For samlerenheten velger vi et plastrør av standardstørrelse 32x3. Trykketapet i det vil være 45 Pa / smp. motstanden til en krets er omtrent 7 kPa; kjølevæskestrømningshastighet - 0,3 m / s.

Proberegning

Når du bruker vertikale brønner med en dybde på 20 til 100 m, er U-formede plastrør (med diametre fra 32 mm) nedsenket i dem. Som regel settes to løkker inn i en brønn, fylt med en suspensjonsløsning. I gjennomsnitt kan den spesifikke varmeeffekten til en slik sonde tas lik 50 W / sm.p. Du kan også fokusere på følgende data om varmeeffekt:

- tørre sedimentære bergarter - 20 W / m; - steinete jord og vannmettede sedimentære bergarter - 50 W / m; - bergarter med høy varmeledningsevne - 70 W / m; - grunnvann - 80 W / m.

Jordtemperaturen på en dybde på mer enn 15 m er konstant og er omtrent +9 ° С. Avstanden mellom brønnene bør være mer enn 5 m. Hvis det er underjordiske strømmer, bør brønnene være plassert på en linje vinkelrett på strømningen.

Valget av rørdiameter utføres basert på trykktapet for den nødvendige kjølevæskestrømningshastigheten. Beregningen av væskestrømningshastigheten kan utføres for t = 5 ° С.

Beregningseksempel.

Startdataene er de samme som i beregningen ovenfor av det horisontale reservoaret. Med en spesifikk varmeeffekt fra sonden på 50 W / m og en nødvendig effekt på 11,28 kW, skal sondelengden L være 225 m.

For å sette opp en samler er det nødvendig å bore tre brønner med en dybde på 75 m. I hver av dem plasserer vi to løkker av et 32x3 rør; totalt - 6 kretser, 150 m hver.

Den totale strømningshastigheten til kjølevæsken ved .t = 5 ° С vil være 2,1 m3 / t; strømningshastighet gjennom en krets - 0,35 m3 / t. Kretsene vil ha følgende hydrauliske egenskaper: trykktap i røret - 96 Pa / m (varmebærer - 25% etylenglykolløsning); sløyfemotstand - 14,4 kPa; strømningshastighet - 0,3 m / s.

Valg av utstyr

Siden temperaturen på frostvæsken kan variere (fra –5 til +20 ° C), kreves det en hydraulisk ekspansjonstank i varmepumpeenhetens primære krets.

Det anbefales også å installere en lagringstank på varmepumpens oppvarmingslinje (kondensering): kompressoren til varmepumpen fungerer i på / av-modus. For hyppige starter kan føre til akselerert slitasje på delene. Tanken er også nyttig som en energiakkumulator - i tilfelle strømbrudd. Minimumsvolumet tas med en hastighet på 20-30 liter per 1 kW varmepumpeeffekt.

Når du bruker bivalens, en annen energikilde (elektrisk, gass, kjele med flytende drivstoff eller fast brensel), er den koblet til kretsen gjennom en akkumulatortank, som også er en termohydridfordeler, aktiveringen av kjelen styres av en varmepumpe eller det øvre nivået i automatiseringssystemet.

I tilfelle mulige strømbrudd, kan effekten til den installerte varmepumpen økes med en koeffisient beregnet med formelen: f = 24 / (24 - t av), hvor t av er varigheten av strømbruddet.

I tilfelle et mulig strømbrudd i 4 timer, vil denne koeffisienten være lik 1,2.

Kraften til varmepumpen kan velges basert på den monovalente eller toverdige modusen for driften. I det første tilfellet antas det at varmepumpen brukes som den eneste generatoren av varmeenergi.

Det bør tas i betraktning: selv i vårt land er varigheten av perioder med lave lufttemperaturer en liten del av fyringssesongen. For den sentrale regionen i Russland er tiden da temperaturen faller under –10 ° C bare 900 timer (38 dager), mens selve sesongen varer 5112 timer, og den gjennomsnittlige temperaturen i januar er omtrent –10 ° С. Derfor er den mest hensiktsmessige driften av varmepumpen i toverdig modus, og sørger for inkludering av en ekstra kilde i perioder når lufttemperaturen faller under en viss: -5 ° С - i de sørlige regionene i Russland, - 10 ° С - i de sentrale. Dette gjør det mulig å redusere kostnadene for varmepumpen og spesielt arbeidet med installasjonen av primærkretsen (legging av grøfter, borebrønner osv.), Noe som øker kraftig med økende kapasitet på installasjonen.

I den sentrale regionen i Russland, for et grovt estimat når du velger en varmepumpe som fungerer i toverdig modus, kan man fokusere på forholdet 70/30: 70% av varmebehovet dekkes av varmepumpen, og de resterende 30 - elektrisk eller annen kilde til varmeenergi. I de sørlige regionene kan effektforholdet til varmepumpen og den ekstra varmekilden, som ofte brukes i Vest-Europa, styres: 50 til 50.

For en hytte med et areal på 200 m2 for 4 personer med et varmetap på 70 W / m2 (beregnet for –28 ° C utenfor lufttemperaturen), vil varmebehovet være 14 kW. Til denne verdien, legg til 700 W for tilberedning av varmt vann. Som et resultat vil den nødvendige effekten til varmepumpen være 14,7 kW.

Hvis det er en mulighet for midlertidig strømbrudd, må du øke dette tallet med riktig faktor. La oss si at den daglige avstengningstiden er 4 timer, da skal varmepumpens effekt være 17,6 kW (multipliseringsfaktoren er 1,2). I tilfelle monovalent modus, kan du velge en jord-til-vann-varmepumpe med en kapasitet på 17,1 kW, og forbruke 6,0 kW elektrisitet.

For et toverdig system med en ekstra elektrisk varmeapparat og en kaldtvannsforsyningstemperatur på 10 ° C for behovet for å skaffe varmt vann og en sikkerhetsfaktor, bør kraften til varmepumpen være 11,4 W, og kraften til den elektriske kjelen - 6,2 kW (totalt - 17,6) ... Den maksimale elektriske kraften som forbrukes av systemet vil være 9,7 kW.

Den omtrentlige kostnaden for forbrukt strøm per sesong, når varmepumpen kjører i monovalent modus, vil være 500 rubler, og i toverdig modus ved temperaturer under (-10 ° C) - 12 500. Kostnaden for energibæreren når du bare bruker passende kjele vil være: strøm - 42.000, diesel - 25.000 og gass - ca 8.000 rubler. (i nærvær av et levert rør og lave gasspriser i Russland). For øyeblikket, for våre forhold, når det gjelder arbeidseffektivitet, kan en varmepumpe bare sammenlignes med en gassfyr fra en ny serie, og når det gjelder driftskostnader, holdbarhet, sikkerhet (ingen fyrrom er nødvendig) og miljøvennlighet, det overgår alle andre typer varmeenergiproduksjon.

Vær oppmerksom på at når du installerer varmepumper, bør du først og fremst ta deg av bygningsisolasjon og installere dobbeltvinduer med lav varmeledningsevne, noe som vil redusere varmetapet i bygningen, og dermed kostnadene for arbeid og utstyr.

https://www.patlah.ru

© "Encyclopedia of Technologies and Techniques" Patlakh V.V. 1993-2007

Beregning av den horisontale varmepumpesamleren

Effektiviteten til en horisontal kollektor avhenger av temperaturen til mediet den er nedsenket i, dens varmeledningsevne og kontaktområdet med røroverflaten. Beregningsmetoden er ganske komplisert, derfor brukes i de fleste tilfeller gjennomsnittsdata.

Det antas at hver meter av varmeveksleren gir HP følgende varmeeffekt:

• 10 W - når den er begravet i tørr sand eller steinete jord;
• 20 W - i tørr leirejord;
• 25 W - i våt leirejord;
• 35 W - i veldig fuktig leirejord.

For å beregne lengden på samleren (L), må den nødvendige termiske effekten (Q) deles med jordens brennverdi (p):

L = Q / s.

Verdiene som gis kan bare betraktes som gyldige dersom følgende betingelser er oppfylt:

• Tomten over samleren er ikke bebygd, ikke skyggelagt eller beplantet med trær eller busker.
• Avstanden mellom tilstøtende svinger av spiralen eller seksjonene av "slangen" er minst 0,7 m.

Hvordan varmepumper fungerer

Enhver varmepumpe har et arbeidsmedium kalt kjølemiddel. Vanligvis handler freon i denne kapasiteten, sjeldnere ammoniakk. Selve enheten består av bare tre komponenter:

Fordamperen og kondensatoren er to tanker som ser ut som lange buede rør - spoler.Kondensatoren er koblet i den ene enden til kompressorens utløp, og fordamperen til inntaket. Endene av spolene er sammenføyd og en trykkreduksjonsventil installeres i krysset mellom dem. Fordamperen er i kontakt - direkte eller indirekte - med kildemediet, og kondensatoren er i kontakt med varme- eller varmtvannssystemet.

Hvordan varmepumpen fungerer

HP-operasjonen er basert på gjensidig avhengighet av gassvolum, trykk og temperatur. Her er hva som skjer inne i enheten:

1. Ammoniakk, freon eller annet kjølemiddel, som beveger seg langs fordamperen, varmes opp fra kildemediet, for eksempel til en temperatur på +5 grader.
2. Etter å ha passert gjennom fordamperen når gassen kompressoren, som pumper den til kondensatoren.
3. Kjølemediet som slippes ut av kompressoren holdes i kondensatoren av en trykkreduksjonsventil, så trykket er høyere her enn i fordamperen. Som du vet, øker temperaturen på enhver gass med økende trykk. Dette er nøyaktig hva som skjer med kjølemediet - det varmes opp til 60 - 70 grader. Siden kondensatoren vaskes av kjølevæsken som sirkulerer i varmesystemet, varmer den også opp.
4. Kjølemediet slippes ut i små porsjoner gjennom trykkreduksjonsventilen til fordamperen, hvor trykket faller igjen. Gassen utvides og avkjøles, og siden noe av den indre energien gikk tapt som følge av varmeutveksling på forrige trinn, faller temperaturen under de første +5 grader. Etter fordamperen varmes den opp igjen, deretter pumpes den inn i kondensatoren av kompressoren - og så videre i en sirkel. Vitenskapelig kalles denne prosessen Carnot-syklusen.

Men varmepumpen er fortsatt veldig lønnsom: for hver brukt kW * t elektrisitet er det mulig å få fra 3 til 5 kW * h varme.

Energisparing

Bruk av alternative energikilder i dag er en prioritert oppgave for nesten alle områder av moderne menneskelig aktivitet. Aktiv bruk av vind, vann, solenergi tillater ikke bare å redusere kostnadene for økonomiske ressurser betydelig i implementeringen av alle slags teknologiske operasjoner, men har også en gunstig effekt på miljøtilstanden (forbundet med en reduksjon i utslippene) av forurensende stoffer i atmosfæren).

En lignende trend kan sees i boligsektoren, med tanke på hvilke solfangere, vindgeneratorer, økonomiske varmegeneratorer i økende grad brukes til å skape gunstige levekår, samt tiltak som treffes for å øke nivået på varmeisolering av alle elementer av strukturen.

Et veldig effektivt tiltak fra et økonomisk synspunkt er bruken av varmepumper - geotermiske energikilder. I prinsippet er varmepumper utformet på en slik måte at de kan utvinne varmen bokstavelig talt bit for bit fra omgivelsene, og først da transformere den og lede den til stedet for direkte bruk. Luft, vann, jord kan fungere som energikilder for en varmepumpe, mens hele prosessen realiseres på grunn av de fysiske egenskapene til noen stoffer (kjølemidler) som koker ved lave temperaturer.

Dermed er kostnadene for tradisjonelle ressurser for ytelsen til den presenterte varmegeneratoren bare forbundet med transport av energi, mens hoveddelen er involvert utenfra. På grunn av de grunnleggende egenskapene til varmepumper, kan koeffisienten til ytelsen deres nå 3-5 enheter, det vil si å bruke 100 W elektrisk energi til drift av varmepumpen, du kan få opptil 0,5 kW termisk effekt.