Výpočty – Weswen

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 3–6.

Přesněji řečeno, zdroji nekvalitního tepla může být venkovní vzduch s teplotami od –10 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).

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 více než 100 let.

Příklad výpočtu tepelného čerpadla

Výchozí podmínky: Je nutné vybrat tepelné čerpadlo pro vytápění a zásobování teplou vodou dvoupodlažního chatového domu o rozloze 200 m2; teplota vody v topném systému by měla být 35 °C; minimální teplota chladicí kapaliny – 0 °C. Tepelná ztráta objektu je 50W/m2. Půda je hlinitá, suchá.

Potřebný tepelný výkon pro vytápění: 200*50=10 kW;

Požadovaný tepelný výkon pro vytápění a dodávku teplé vody: 200*50*1.25=12.5 kW

Pro vytápění objektu bylo zvoleno tepelné čerpadlo WW HRPC 12 o výkonu 14,79 kW (nejbližší větší standardní velikost), které spotřebuje na vytápění 3,44 kW freonu. Odvod tepla z povrchové vrstvy zeminy (suchý jíl) q je roven 20 W/m. Vypočítáme:

1) požadovaný tepelný výkon kolektoru Qo = 14,79 – 3,44 = 11,35 kW;

2) celková délka potrubí L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567.5 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 (25 %)

Vs = 11,35 3600/ (1,05 3,7 dt) = 3,506 m3/h,

dt je teplotní rozdíl mezi přívodním a vratným potrubím, často se rovná 3 K. Průtok na okruh je 0,584 m3/h. Pro instalaci kolektoru vybereme kovoplastovou trubku velikosti 32 (například PE32x2). Tlaková ztráta v něm bude 45 Pa/m; odpor jednoho obvodu je přibližně 7 kPa; rychlost proudění chladicí kapaliny – 0,3 m/s.

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 vratným potrubím, který se často rovná 3 K,
a Qo je tepelná energie přijatá z nízkopotenciálního zdroje (půdy).
Druhá hodnota se vypočítá jako rozdíl mezi celkovým výkonem tepelného čerpadla Qwp a elektrickým výkonem vynaloženým na ohřev freonu P:
Qo=Qwp–P,kW.
Celková délka kolektorových trubek L a celková plocha plochy A se vypočítá pomocí vzorců:
L=Qo/q, A=L·da.
Zde q je specifický (z 1 m potrubí) odvod tepla; da – vzdálenost mezi trubkami (rozteč pokládky).

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 – 50 W/m;

* kameny 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 50W/m a požadovaném výkonu 11,35kW by měla být délka sondy L 225m Pro instalaci kolektoru je nutné vyvrtat tři studny o hloubce 75m . Do každého z nich umístíme dvě smyčky z kovoplastové trubky velikosti 25 (PE25x2.0 .6); celkem – 150 okruhů po XNUMX 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.

Oběhová čerpadla pro vytápění jsou jednostupňová zařízení s oběžným kolem na hřídeli s jednostranným vstupem.

Pohon je elektrický. Většina konstrukcí je prezentována s „mokrým rotorem“, který je oddělen a izolován od statoru manžetou, která zajišťuje těsnění.

Firma STOUT používá 3-rychlostní čerpadla, která zajišťují pohyb chladicí kapaliny, glykolů a dalších kapalin v uzavřeném okruhu.

Ložiska u modelů s mokrým rotorem není třeba speciálně mazat, jsou mazána čerpanou kapalinou.

Čerpadlo má malé rozměry a hmotnost. Tělo je vyrobeno z litiny s kataforetickým povlakem. Model funguje, aniž by ve skutečnosti vytvářel hluk, a spotřeba energie je zanedbatelná.

Konstrukce oběhových čerpadel jsou snadno ovladatelné, a to z toho důvodu, že v závislosti na potřebě jeho provozu lze jednoduchým přepínačem nastavit požadované otáčky hřídele motoru.

V důsledku rotace oběžného kola a jeho působení na kapalinu prochází chladicí kapalina čerpadlem s tlakem a rychlostí větší než na vstupu.

Rychlost tekutiny na vstupu se přeměňuje na tlak, který stoupá na výstupu.

Pro normální provoz je nutné zajistit nepřetržitý průtok čerpané vodní chladicí kapaliny.

Ložiska čerpadla jsou vyrobena ve formě keramicko-grafitového páru chlazeného čerpanou vodou.

Pokud čerpadlo běží delší dobu bez vody, dochází k přehřívání ložisek s následnou destrukcí.

Čerpací zařízení je instalováno na topných potrubích a připojeno pomocí závitových šroubení.

Proč dělat výpočty

Oběhová čerpadla zajišťují nepřetržitý pohyb chladicí kapaliny kotlem, aby se zabránilo varu kapaliny. Jsou instalovány v topných okruzích, v systémech s radiátory a slouží k cirkulaci kapaliny v potrubí „teplé podlahy“

Jejich instalace se provádí výhradně v interiéru.

Provozní podmínky oběhového zařízení musí odpovídat bezpečnostním požadavkům a doporučením výrobce.

Aby bylo možné vybrat správné čerpadlo pro topný systém a zajistit normální teplotní podmínky a bezporuchový provoz kotlového zařízení, je kalkulován součin.

„Výkonové charakteristiky oběhových čerpadel STOUT“

Co potřebujete vědět pro výpočty

Výpočet je proveden na základě znalosti výkonu kotle (Qn), který funguje jako zdroj tepla (kW).

Druhá věc, kterou potřebujete vědět, je výkon čerpadla (Qpu), které musí čerpat chladicí kapalinu přes kotel, aby nedošlo k varu kotle a ohřevu topného okruhu. Měřeno – m 3 / hod.

Třetí je výkon čerpadla neboli tlak (Hpu) chladiva, jehož otáčky musí procházet hydraulickým odporem topného okruhu.

Vypočítejme kapacitu kotelního zařízení

Není třeba si myslet, že čím vyšší výkon, tím efektivnější práce. Takže pro vytápění domu o rozloze 220 m 2 se dvěma podlažími a suterénem stačí jedno čerpadlo.

P u3,6d XNUMX x Q / (C x ∆T)

Qn = Sn x Qyd 1000, kde:

Qn – výkon kotle.

Sn je plocha domu.

Qyd – měrná potřeba tepla.

Výkon systému je uvažován přibližně jako 10 2 m, což se rovná 1 kW energie. Například dům o celkové ploše 240 m 2 bude vyžadovat Q = 24 kW. C je tepelná kapacita chladicí kapaliny nalité do systému. Tepelná kapacita vody, kterou je většina systémů naplněna, je 4,2 kJ/kg. ∆T je teplotní rozdíl mezi přívodem a zpátečkou. U klasických systémů je rozdíl minimálně 20 o C. U systémů, kde je „teplá podlaha“, je rozdíl 5 o C. Mimochodem, 3,6 je standardní koeficient tepelné kapacity chladicí kapaliny.

Vzorec je uveden v SNiP 2.04.05-91

P u3,6d 24 x 4,2 / (20 x 1,02) u3d 240 m 2 / h objem potřebný pro čerpání kapaliny v domě o rozloze XNUMX m XNUMX.

Výpočet výkonu čerpadla

Výkon čerpacího zařízení je tlakový. Vzorec:

N – počet podlaží v domě, s přihlédnutím ke všemu, kde prochází topný okruh, včetně suterénu, suterénu, podkroví.

K – průměrná hodnota odporu. V systému s paprskovým vedením je to 1,85 a pro systémy s dvoutrubkovým systémem nebo „Leningradka“ – 1,1.

Dům, který jsme vzali jako příklad, má dvě podlaží, ale v suterénu jsou také radiátory.

Takže H u3d 1,1 * 3,3 u3,3d 3 m., To znamená, že tlak by měl být XNUMX m XNUMX / hodinu.

Pojďme spočítat výkon

Zjistili jsme výkon kotle, zjistili výkon čerpadla, nyní potřebujeme spočítat požadovaný výkon.

Нpu = R * L * ZF, kde:

Нpu – výška hlavy, m;

R – ztráta napájení, maximální hodnota do 150 Pv/m. Obvykle je tato hodnota typická pro plastové a kovové trubky. Použije se maximální hodnota.

L je délka topného systému. Pokud je to obtížné spočítat, sečteme délku, šířku a výšku domu a výsledek zdvojnásobíme.

ZF je součinitel odporu potrubních armatur. Hodnota je 1,3, když v systému není termostatický ventil. Když je – ZF je 2,2.

Přesnější výpočty berou v úvahu reálné ukazatele.

„Nomenklaturní parametry oběhového zařízení STOUT s uvedením hlavy a kapacity“

Výběr čerpadla

Pro výběr zařízení potřebujete znát dva hlavní parametry: průtok a tlak chladicí kapaliny.

Specifikace jsou uvedeny v pasu. Určíme poměr vlastností k vašim výpočtům produktivity a výšky hlavy.

Před instalací je nutné zajistit přítomnost filtru: instaluje se před čerpadlo, pohyb čerpaného média musí probíhat ve směru pohybu hřídele.

Počet otáček pro oběhová čerpadla

Oblíbené modely mají tři rychlosti. Poměr parametrů lze určit charakteristikami v pasu vzhledem ke zvolené rychlosti.

Režimy rychlosti by měly poskytovat několik hodnot tlaku. Díky vyšší rychlosti se místnost velmi rychle vytopí. Poté můžete snížit otáčky a nechat čerpadlo běžet v úsporném režimu při nízkých otáčkách.