Výpočet tepelného čerpadla – Briz-Service Perm

Jak je známo, tepelných čerpadel používat zdarma a obnovitelné zdroje energie: nízkopotenciální teplo vzduchu, půdy, podzemní, odpadní a vypouštěné vody z technologických procesů, otevřené nezamrzající vodní plochy. To vyžaduje elektrickou energii, ale poměr množství přijaté tepelné energie k množství spotřebované elektrické energie je asi 3–7.

Přesněji nízkopotenciální zdroje teplo může to být venkovní vzduch o teplotě –15 až +15 °C, vzduch odsávaný z místnosti (15–25 °C), podpovrchová (4–10 °C) a podzemní (více než 10 °C), voda z jezera a řeky (0–10 °C), povrchová (0–10 °C) a hlubinná (více než 20 m) půda (10 °C).

Pokud jako zdroj tepla je zvolen atmosférický nebo ventilační vzduch, tepelných čerpadel, fungující na principu vzduch-voda. Čerpadlo může být umístěn uvnitř nebo vně areálu. Vzduch je do jeho výměníku přiváděn pomocí ventilátoru.
Při použití jako zdroj tepla podzemní voda je dodávána ze studny pomocí čerpadlo do výměníku tepla čerpadlo, který funguje na principu voda-voda a je buď čerpán do jiné studny, nebo vypouštěn do vodního útvaru.

Jestliže zdroj – na její dno je umístěna nádrž, smyčka kovoplastové nebo plastové trubky. Potrubím cirkuluje roztok glykolu (nemrznoucí směs), který prochází výměníkem tepla tepelné čerpadlo přenáší teplo na freon.

Existují dvě možnosti, jak získat nízký potenciál teplo ze země: pokládání kovoplastových trubek do výkopů hlubokých 1,2–1,5 m nebo do vertikálních studní hlubokých 20–100 m. Někdy jsou trubky položeny ve spirálách v příkopech hlubokých 2–4 m. To výrazně snižuje celkovou délku příkopů. Maximální tepelný výkon povrchové půdy je 50–70 kW h/m2 za rok. Životnost příkopů a studní je podle zahraničních firem více než 100 let.

Příklad výpočtu tepelného čerpadla.

Výchozí podmínky: potřeba tepla chaty o rozloze 120–240 m2 (v závislosti na tepelné izolaci) – 12 kW; teplota vody v topném systému musí být 35 °C; minimální teplota chladicí kapaliny – 0 °C. Vybráno pro vytápění budovy tepelné čerpadlo s výkonem 14,5 kW (další větší velikost), spotřebou 3,22 kW na ohřev freonu. Odvod tepla z povrchové vrstvy zeminy (suchý jíl) q je roven 20 W/m. Podle výše uvedených vzorců vypočítáme:

1) vyžadováno tepelný výkon kolektoru Qo = 14,5 – 3,22 = 11,28 kW;
2) celková délka potrubí L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 m. Pro uspořádání takového kolektoru bude zapotřebí 6 okruhů o délce 100 m;
3) s krokem pokládky 0,75 m je požadovaná plocha pozemku A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) celková spotřeba roztoku glykolu Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,484 m3/h, průtok na okruh je 0,58 m3/h.

Pro kolektorové zařízení vybereme kovoplastovou trubku velikosti 32 (například PE32x2). Tlaková ztráta v něm bude 45 Pa/m; odpor jednoho obvodu je přibližně 7 kPa; průtok chladicí kapaliny – 0,3 m/s.

Natáčení teplo z každého metru potrubí závisí na mnoha parametrech: hloubka uložení, přítomnost spodní vody, kvalita zeminy atd. Zhruba lze uvažovat, že u horizontálních kolektorů je to 20 W/m. Přesněji: suchý písek – 10, suchý jíl – 20, vlhký jíl – 25, jíl s vysokým obsahem vody – 35 W/m. Rozdíl teplot chladicí kapaliny v dopředném a zpětném potrubí smyčky se při výpočtech obvykle bere jako 3 °C. Na místě nad kolektorem by se neměly stavět žádné budovy, aby bylo zemské teplo doplňováno slunečním zářením.
Minimální vzdálenost mezi uloženými trubkami by měla být 0,7–0,8 m. Délka jednoho výkopu je obvykle od 30 do 120 m. Jako primární chladivo se doporučuje použít 25% roztok glykolu. Při výpočtech je třeba vzít v úvahu, že jeho tepelná kapacita při teplotě 0 °C je 3,7 kJ/(kg K), hustota je 1,05 g/cm3. Při použití nemrznoucí směsi je tlaková ztráta v potrubí 1,5x větší než při cirkulační vodě. Pro výpočet parametrů primárního okruhu instalace tepelného čerpadla budete muset určit spotřebu nemrznoucí směsi:

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

kde .t je teplotní rozdíl mezi přívodním a zpětným vedením, který se často považuje za 3 K, a Qo je tepelný výkon získaný z nízkopotenciálního zdroje (země). Poslední hodnota se vypočítá jako rozdíl mezi součtem výkon tepelného čerpadla Qwp a elektrický výkon vynaložený na ohřev freonu P:

Celková délka kolektorových trubek L a celková plocha plochy A se vypočítá pomocí vzorců:

Zde q je specifický (z 1 m potrubí) odvod tepla; da – vzdálenost mezi trubkami (rozteč pokládky).

Při použití vertikálních vrtů o hloubce 20 až 100 m se do nich ponoří kovoplastové nebo plastové (s průměry nad 32 mm) trubky ve tvaru U. Zpravidla se do jedné jamky vloží dvě smyčky, poté se naplní cementovou maltou. V průměru může být měrný odvod tepla takové sondy roven 50 W/m. Můžete se také zaměřit na následující údaje o odvodu tepla:

• suché sedimentární horniny – 20 W/m;
• kamenitá půda a vodou nasycené sedimentární horniny – 50 W/m;
• horniny s vysokou tepelnou vodivostí – 70 W/m;
• podzemní voda – 80 W/m.

Teplota půdy v hloubce více než 15 m je konstantní a je přibližně +10 °C. Vzdálenost mezi studnami by měla být větší než 5 m. Při výskytu podzemních toků by měly být studny umístěny na linii kolmé k toku.

Výběr průměrů potrubí se provádí na základě tlakových ztrát pro požadovaný průtok chladicí kapaliny. Výpočet průtoku kapaliny lze provést pro t = 5 °C.

Příklad výpočtu. Výchozí údaje jsou stejné jako ve výše uvedeném výpočtu horizontální nádrže. Při měrném odvodu tepla sondy 50 W/m a požadovaném výkonu 11,28 kW by délka sondy L měla být 225 m.

Pro instalaci kolektoru je nutné vyvrtat tři studny o hloubce 75 m. Do každého z nich umístíme dvě smyčky kovoplastové trubky o velikosti 25 (PE25x2.0); celkem – 6 vrstevnic po 150 m.

Celkový průtok chladicí kapaliny při .t = 5 °C bude 2,1 m3/h; průtok jedním okruhem je 0,35 m3/h. Okruhy budou mít následující hydraulické charakteristiky: tlaková ztráta v potrubí – 96 Pa/m (chladivo – 25% roztok glykolu); odpor smyčky – 14,4 kPa; rychlost proudění – 0,3 m/s.

Výběr vybavení

Protože teplota nemrznoucí směsi se může v primárním okruhu měnit (od –5 do +20 °C). teplo čerpací jednotka Je nutná expanzní nádoba.

Dále se doporučuje instalovat akumulační nádrž na vratné potrubí: kompresor tepelné čerpadlo pracuje v režimu zapnuto-vypnuto. Příliš časté starty mohou vést k urychlenému opotřebení jeho částí. Nádrž je také užitečná jako zásobník energie v případě výpadku proudu. Jeho minimální objem je odebírán rychlostí 10–20 l na 1 kW výkonu. tepelné čerpadlo.

Při použití druhého zdroj energie (elektrický, plynový kotel na kapalná nebo tuhá paliva) je do okruhu připojen přes směšovací ventil, jehož pohon je řízen tepelné čerpadlo nebo obecný automatizační systém.

V případě možných výpadků proudu je nutné zvýšit kapacitu instalovaného tepelné čerpadlo koeficientem vypočteným podle vzorce: f = 24/(24 – toff), kde toff je doba trvání výpadku proudu.

V případě možného výpadku proudu na 4 hodiny bude tento koeficient roven 1,2.

Moc tepelné čerpadlo lze vybrat na základě monovalentního nebo bivalentního provozního režimu. V prvním případě se předpokládá, že tepelné čerpadlo používá se jako jediný generátor tepelné energie.

Je třeba vzít v úvahu, že i u nás tvoří trvání období s nízkými teplotami vzduchu malou část topné sezóny. Například pro Moldavsko je to při poklesu teploty pod -10 °C pouze 900 hodin (38 dní), přičemž samotná sezóna trvá 5112 hodin a průměrná teplota v lednu je přibližně -10 °C. Proto je nejvhodnější práce tepelné čerpadlo v bivalentním režimu, který zahrnuje zapnutí přídavného generátoru tepla v obdobích, kdy teplota vzduchu klesne pod určitou úroveň. To umožňuje snížit náklady na tepelné čerpadlo a zejména práce na instalaci primárního okruhu (kladení rýh, vrtání studní atd.), které se s nárůstem kapacity instalace výrazně zvyšují.

V podmínkách Moldavska, pro přibližné posouzení, výběr tepelného čerpadla, pracující v bivalentním režimu, můžete se zaměřit na poměr 70/30: pokryto 70 % potřeby tepla tepelné čerpadlo, a zbývajících 30 – elektrokotlem nebo jiným generátorem tepla. V jižních oblastech můžete použít poměr výkon tepelného čerpadla a přídavný generátor teplo, často používaný v západní Evropě: 50/50.

Na chatu 200 m2 pro 4 osoby tepelný ztráty 70 W/m2 (počítáno při teplotě venkovního vzduchu -28 °C) bude potřeba tepla 14 kW. K této hodnotě byste měli přidat 700 W pro přípravu teplé užitkové vody. V důsledku toho nutné výkon tepelného čerpadla bude 14,7 kW.

Pokud existuje možnost dočasného výpadku proudu, měl by být tento počet zvýšen o příslušný faktor. Řekněme, že denní doba vypnutí je 4 hodiny výkon tepelného čerpadla by měl být 17,6 kW (narůstající koeficient – ​​1,2). V případě monovalentního režimu si můžete vybrat tepelné čerpadlo typ “půda-voda” Napájení 17,1 kW se spotřebou 5,5 kW elektrické energie.
U bivalentního systému s přídavným elektrickým ohřívačem a nastavenou teplotou -10 °C s přihlédnutím k potřebě získat teplou vodu a bezpečnostnímu faktoru, výkon tepelného čerpadla by měl být 11,4 W a elektrokotel – 6,2 kW (celkem – 17,6). Špičkový elektrický výkon spotřebovaný systémem мощность bude 9,7 kW.

Přibližné náklady na spotřebovanou elektřinu za sezónu, v provoz tepelného čerpadla v monovalentním režimu bude 200 dolarů a v bivalentním režimu – 400. Náklady na energii při použití pouze odpovídajícího kotle budou: elektřina – přibližně 1600, nafta – 1000 a plyn – asi 350 (vzhledem k nízkým cenám plynu v Moldavsku). V současnosti na naše poměry z hlediska ekonomiky práce tepelného čerpadla Je na druhém místě za plynovými kotli a v provozních nákladech, životnosti, bezpečnosti a šetrnosti k životnímu prostředí předčí všechny ostatní generátory tepelné energie.

Všimněte si, že kdy instalace tepelných čerpadel Nejprve byste se měli postarat o izolaci budovy a instalace okna s dvojitým zasklením s nízkou tepelnou vodivostí.

Jak známo, tepelná čerpadla využívají volné a obnovitelné zdroje energie: nízkopotenciální teplo ze vzduchu, půdy, podzemí, odpadní a odpadní vody z technologických procesů a otevřené, nezamrzající nádrže. Na to se vynakládá elektřina, ale poměr množství přijaté tepelné energie k množství spotřebované elektrické energie je asi 3–7.

Přesněji řečeno, zdroji nekvalitního tepla může být venkovní vzduch s teplotami od –15 do +15 °C, vzduch odváděný z místnosti (15–25 °C), podloží (4–10 °C) a podzemní voda (více než 10 °C), jezerní a říční voda (0–10 °C), povrchová (0–10 °C) a hluboká (více než 20 m) půda (10 °C).

Pokud je jako zdroj tepla zvolen atmosférický nebo větrací vzduch, používají se tepelná čerpadla pracující podle schématu vzduch-voda. Čerpadlo může být umístěno uvnitř nebo venku. Vzduch je do jeho výměníku přiváděn pomocí ventilátoru.

Pokud se jako zdroj tepla používá podzemní voda, je dodávána ze studny pomocí čerpadla do tepelného výměníku čerpadla pracujícího podle schématu „voda-voda“ a je buď čerpána do jiné studny, nebo vypouštěna do nádrže. .

Pokud je zdrojem zásobník, je na jeho dně položena smyčka kovoplastové nebo plastové trubky. Potrubím cirkuluje roztok glykolu (nemrznoucí kapalina), který předává teplo freonu přes tepelný výměník tepelného čerpadla.

Existují dvě možnosti, jak získat nízkokvalitní teplo ze země: pokládání kovoplastových trubek do výkopů hlubokých 1,2–1,5 m nebo do vertikálních studní hlubokých 20–100 m Někdy jsou trubky položeny ve formě spirál v příkopech 2–4 m hloubky Tím se výrazně zkracuje celková délka příkopů. Maximální přenos tepla povrchovou půdou je 50–70 kWh/m2 za rok. Životnost příkopů a studní je podle zahraničních firem více než 100 let.

Výpočet horizontálního kolektoru tepelného čerpadla

Odvod tepla z každého metru potrubí závisí na mnoha parametrech: hloubka uložení, přítomnost podzemní vody, kvalita půdy atd. Hrubým odhadem lze předpokládat, že u horizontálních kolektorů je to 20 W/m. Přesněji: suchý písek – 10, suchá hlína – 20, mokrá hlína – 25, hlína s vysokým obsahem vody – 35 W/m. Rozdíl teplot chladicí kapaliny v dopředném a zpětném potrubí smyčky se ve výpočtech obvykle bere jako 3 °C. V prostoru nad kolektorem by se neměly stavět žádné budovy, aby se teplo země doplňovalo slunečním zářením.

Minimální vzdálenost mezi uloženými trubkami by měla být 0,7–0,8 m. Délka jednoho výkopu je obvykle od 30 do 120 m. Jako primární chladivo se doporučuje použít 25% roztok glykolu. Při výpočtech je třeba vzít v úvahu, že jeho tepelná kapacita při teplotě 0 °C je 3,7 kJ/(kg K), hustota je 1,05 g/cm3. Při použití nemrznoucí směsi je tlaková ztráta v potrubí 1,5x větší než při cirkulační vodě. Pro výpočet parametrů primárního okruhu instalace tepelného čerpadla budete muset určit spotřebu nemrznoucí směsi:

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

kde .t je teplotní rozdíl mezi přívodním a zpětným vedením, který se často považuje za 3 K, a Qo je tepelný výkon přijímaný z nízkopotenciálního zdroje (země). Druhá hodnota se vypočítá jako rozdíl mezi celkovým výkonem tepelného čerpadla Qwp a elektrickým výkonem vynaloženým na ohřev freonu P:

Celková délka kolektorových trubek L a celková plocha plochy A se vypočítá pomocí vzorců:

Zde q je specifický (z 1 m potrubí) odvod tepla; da – vzdálenost mezi trubkami (rozteč pokládky).

Příklad výpočtu. Tepelné čerpadlo.

Výchozí podmínky: potřeba tepla chaty o rozloze 120–240 m2 (v závislosti na tepelné izolaci) – 12 kW; teplota vody v topném systému by měla být 35 °C; minimální teplota chladicí kapaliny – 0 °C. Pro vytápění objektu bylo zvoleno tepelné čerpadlo WPS 140 l (Buderus) o výkonu 14,5 kW (nejbližší větší standardní velikost), které spotřebuje na vytápění 3,22 kW freonu. Odvod tepla z povrchové vrstvy zeminy (suchý jíl) q je roven 20 W/m. Podle výše uvedených vzorců vypočítáme:

1) okamžité nezajištěné půjčky požadovaný tepelný výkon kolektoru Qo = 14,5 – 3,22 = 11,28 kW;
2) celková délka potrubí L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 m. Pro uspořádání takového kolektoru bude zapotřebí 6 okruhů o délce 100 m;
3) s krokem pokládky 0,75 m je požadovaná plocha pozemku A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) celková spotřeba roztoku glykolu Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,51 m3/h, průtok na okruh je 0,58 m3/h.

Pro internetové marketingové služby kolektorového zařízení volíme kovoplastovou trubku standardní velikosti 32×3 (například Henco). Tlaková ztráta v něm bude 45 Pa/m; odpor jednoho obvodu je přibližně 7 kPa; rychlost proudění chladicí kapaliny – 0,3 m/s.

Výpočet sondy

Při použití vertikálních vrtů o hloubce 20 až 100 m se do nich ponoří kovoplastové nebo plastové (s průměry nad 32 mm) trubky ve tvaru U. Zpravidla se do jedné jamky vloží dvě smyčky, poté se naplní cementovou maltou. V průměru může být měrný odvod tepla takové sondy roven 50 W/m. Můžete se také zaměřit na následující údaje o odvodu tepla:

suché sedimentární horniny – 20 W/m;
kamenitá půda a vodou nasycené sedimentární horniny
dy – 50 W/m;
horniny s vysokou tepelnou vodivostí – 70 W/m;
podzemní voda – 80 W/m.

Teplota půdy v hloubce více než 15 m je konstantní a je přibližně +10 °C. Vzdálenost mezi studnami by měla být větší než 5 m. Při výskytu podzemních toků by měly být studny umístěny na linii kolmé k toku.

Výběr průměrů potrubí se provádí na základě tlakových ztrát pro požadovaný průtok chladicí kapaliny. Výpočet průtoku kapaliny lze provést pro .t = 5 °C.

Příklad výpočtu. Výchozí údaje jsou stejné jako ve výše uvedeném výpočtu horizontální nádrže. Při měrném odvodu tepla sondy 50 W/m a požadovaném výkonu 11,28 kW by délka sondy L měla být 225 m.

Pro instalaci kolektoru je nutné vyvrtat tři studny o hloubce 75 m Do každé z nich umístíme dvě smyčky kovoplastové trubky standardní velikosti 26×3; celkem – 6 okruhů po 150 m.

Celkový průtok chladicí kapaliny při .t = 5 °C bude 2,1 m3/h; průtok jedním okruhem je 0,35 m3/h. Okruhy budou mít následující hydraulické charakteristiky: tlaková ztráta v potrubí – 96 Pa/m (chladivo – 25% roztok glykolu); odpor smyčky – 14,4 kPa; rychlost proudění – 0,3 m/s.

Výběr vybavení

Protože se teplota nemrznoucí směsi může měnit (od –5 do +20 °C), je v primárním okruhu instalace tepelného čerpadla nutná expanzní nádoba.

Doporučuje se, aby kalkulačka splátek úvěru také nainstalovala zásobník na vratné potrubí: kompresor tepelného čerpadla pracuje v režimu „on-off“. Příliš časté starty mohou vést k urychlenému opotřebení jeho částí. Nádrž je také užitečná jako zásobník energie v případě výpadku proudu. Jeho minimální objem je odebírán v poměru 10–20 litrů na 1 kW výkonu tepelného čerpadla.

Pokud rezervované hotely využívají druhý zdroj energie (elektrický, plynový, kapalný nebo kotel na tuhá paliva), je tento připojen k okruhu přes směšovací ventil, jehož pohon je řízen tepelným čerpadlem nebo obecným automatizačním systémem.

V případě možných výpadků proudu je nutné zvýšit výkon instalovaného tepelného čerpadla o faktor vypočítaný podle vzorce: f = 24/(24 – toff), kde toff je doba trvání přerušení dodávky elektřiny.

V případě možného výpadku proudu na 4 hodiny bude tento koeficient roven 1,2.

Výkon tepelného čerpadla seo services lze volit na základě monovalentního nebo bivalentního režimu jeho provozu. V prvním případě se předpokládá využití tepelného čerpadla jako jediného generátoru tepelné energie.

Je třeba vzít v úvahu: i u nás je trvání období s nízkými teplotami vzduchu malou částí topné sezóny. Například pro centrální oblast Ruska je doba, kdy teplota klesne pod -10 °C, pouze 900 hodin (38 dní), zatímco samotná sezóna trvá 5112 hodin a průměrná teplota v lednu je přibližně – 10 °C. Nejvhodnější je proto provozovat tepelné čerpadlo v bivalentním režimu, což zahrnuje zapnutí přídavného generátoru tepla v obdobích, kdy teplota vzduchu klesne pod určitou úroveň: –5 °C v jižních oblastech Ruska, –10 °C v centrálních regionech. To umožňuje snížit náklady na tepelné čerpadlo a zejména na instalaci primárního okruhu (kladení rýh, vrtání studní atd.), které se s rostoucím instalačním výkonem velmi zvyšují.

V podmínkách centrální oblasti Ruska se pro hrubý odhad při výběru tepelného čerpadla pracujícího v bivalentním režimu můžete zaměřit na poměr 70/30: 70 % potřeby tepla pokryje tepelné čerpadlo a zbývající 30 % elektrokotlem nebo jiným generátorem tepla. V jižních oblastech se můžete řídit poměrem výkonu tepelného čerpadla a přídavného generátoru tepla, často používaného v západní Evropě: 50 ku 50.

Pro chatu o ploše 200 m2 pro 4 osoby s tepelnými ztrátami 70 W/m2 (počítáno při venkovní teplotě -28 °C) bude potřeba tepla 14 kW. K této hodnotě je třeba připočítat 700 W na přípravu teplé užitkové vody. Ve výsledku bude požadovaný výkon tepelného čerpadla 14,7 kW.

Pokud existuje možnost dočasného výpadku proudu, musíte toto číslo zvýšit o příslušný faktor. Dejme tomu, že denní doba odstávky je 4 hodiny, pak by měl být výkon tepelného čerpadla 17,6 kW (faktor narůstající – 1,2). V případě monovalentního režimu si můžete vybrat tepelné čerpadlo země-voda Logafix WPS 160 L (Buderus) o výkonu 17,1 kW se spotřebou 5,5 kW elektrické energie.

U bivalentního systému s přídavným elektrickým ohřívačem a žádanou teplotou -10 °C s přihlédnutím k potřebě teplé vody a bezpečnostnímu faktoru by měl být výkon tepelného čerpadla 11,4 W a výkon elektrokotle má být 6,2 kW (celkem 17,6) . Špičkový elektrický výkon spotřebovaný systémem bude 9,7 kW.

Přibližné náklady na elektřinu spotřebovanou za sezónu, když tepelné čerpadlo pracuje v monovalentním režimu, budou 5000 12 rublů a v bivalentním režimu – 500 42 Náklady na energii při použití pouze vhodného kotle budou: elektřina – 000 25, nafta – 000 8000. a plyn – asi XNUMX rub. (vzhledem k nízkým cenám plynu v Rusku). V současné době je na naše poměry z hlediska účinnosti provozu tepelné čerpadlo na druhém místě za plynovými kotli a v provozních nákladech, životnosti, bezpečnosti a šetrnosti k životnímu prostředí předčí všechny ostatní generátory tepelné energie.

Pamatujte, že při instalaci tepelných čerpadel byste se měli v první řadě postarat o zateplení budovy a instalaci oken s dvojitým zasklením s nízkou tepelnou vodivostí.