Наземный тепловой насос обеспечивает более низкую стоимость отопления в нашем климате, чем воздушный насос. Правильно спроектированный и сконструированный наземный теплообменник оказывает фундаментальное влияние на его эффективную работу. РУКОВОДСТВО: все, что вам нужно знать о наземном тепловом насосе.

Для кого используется наземный тепловой насос

Когда отопительная установка все еще находится на стадии проектирования, нет проблем с ее адаптацией к параметрам каждого теплового насоса, и на участке, который еще не разработан, обычно нет препятствий для создания теплообменника, необходимого для сбора тепла от земли. Вы должны знать, что тепло в земле на глубине 1, 5 м происходит почти исключительно от атмосферных осадков и солнечной энергии, поэтому поверхность над теплообменником должна быть, насколько это возможно, хорошо изолирована и должна быть водопроницаемой. Вы не можете сажать растения над ним, корни которых могут повредить трубу в будущем. Следует также учитывать, что работа теплового насоса снижает температуру почвы на несколько градусов, что нарушает растительность растений. По этой причине установка наземного теплового насоса на давно разработанном участке зачастую слишком громоздка.

Наземный тепловой насос в климате Польши

Температура грунта намного стабильнее воздуха, поэтому грунтовому тепловому насосу не нужно работать в широком диапазоне температур испарителя, а его компоненты могут быть дешевле, чем хороший воздушный насос. На определенной глубине ниже поверхности земли, называемой глубиной замерзания, температура всегда выше 0 o C. Польша разделена на четыре зоны, в которых эта глубина колеблется от 0, 8 м (в зоне I) до 1, 4 м (в IV). зона). Локально температура почвы может отличаться от этих значений (почва может быть охлаждена, например, сильными ветрами). Однако можно сказать, что на глубине более 1, 5 м почва всегда имеет положительную температуру. Чем он глубже, тем стабильнее температура грунта - он не охлаждается холодным воздухом, но также меньше нагревается из-за солнечного света.

Как работает наземный тепловой насос?

Наземный теплообменник необходим для отвода тепла от земли. Это просто труба, расположенная в земле, образующая петлю, в которой циркулирует жидкость, обычно известная как рассол. Контур (на практике их несколько) проходит через испаритель теплового насоса, в котором температура рассола снижается и становится ниже температуры грунта. Продолжая трубу в земле, рассол постепенно нагревается. Наконец, он снова идет в испаритель, где отдает тепло. Таким образом, он действует как посредник в обмене между землей и испарителем насоса. Обменник может быть горизонтальным или вертикальным. Выбор решения может быть определен размером участка - для горизонтального теплообменника требуется несколько сотен квадратных метров, а для вертикальных зондов - несколько десятков. Важно, чтобы объем теплообменника был значительным - в течение всего отопительного сезона насос получает несколько мегаватт-часов тепла от земли. Если он слишком мал, он чрезмерно охлаждается и, как следствие, насос не может функционировать должным образом. Система управления наземным тепловым насосом обычно отключает его, когда температура рассола падает до -7 ° C, поскольку ниже этого значения процессы в цикле компрессора чрезмерно нарушаются.

Земной тепловой насос с горизонтальным теплообменником

В случае теплообменника, расположенного горизонтально, глубина на 0, 2-0, 5 м ниже точки замерзания считается оптимальной. Однако, если водоток находится на сравнительно небольшой глубине, лучшее решение - поместить в него трубы. Затем тепловой насос достигает более высокого КПД. Горизонтальные трубы теплообменника укладываются в предварительно подготовленную траншею с размерами, соответствующими требуемой поверхности теплообменника. Они проводятся в виде катушки (меандры) по всей поверхности выемки с определенным интервалом между соседними участками. Расстояние должно быть не менее 0, 4 м или более 1, 2 м - в зависимости от типа почвы, из которого вытекает его способность «регенерировать» (пополнять тепло). Чем дольше поверхность грунта замерзнет, тем больше должны быть зазоры.

Следует помнить, что тепловая мощность теплообменника зависит не от длины трубы, а от поверхности земли, на которой она лежит. Меньшие расстояния не позволяют ему получать больше тепла от него, но они требуют использования более длинной трубы. Это приводит к более высоким инвестициям и эксплуатационным расходам, потому что для перекачивания рассола через более длинную трубу необходим больший циркуляционный насос. С другой стороны, слишком большое расстояние между трубами означает, что тепло не собирается в предполагаемом количестве, поэтому мощность теплообменника меньше.

Земной тепловой насос с горизонтальным теплообменником

Расчет поверхностного теплообменника наземного теплового насоса

Мощность, с которой наземный теплообменник передает тепло, зависит от типа почвы и именно от ее влажности. В зависимости от расчета поверхности горизонтального теплообменника принимаются следующие значения теплового КПД грунта q g (для полиэтиленовых труб):

  • сухой песчаный - 10 Вт / м 2
  • влажный песчаный - 15-20 Вт / м 2
  • сухой суглинок - 20-25 Вт / м 2
  • влажный суглинок - 25-30 Вт / м 2
  • влажность (водоносный горизонт) - 35-40 Вт / м 2 .

Конечно, это ориентировочные ценности.

Трудно оценить, является ли земля одинаковой во всей области, предназначенной для теплообменника, до его постройки, поэтому безопаснее рассчитать меньшее значение для расчета. В правильно изготовленной системе компрессор теплового насоса работает от 1800 до 2400 часов в год - более низкая тепловая мощность почвы приводит к увеличению рабочего времени.

Поверхность теплообменника рассчитывается по формуле: A = Q охлаждение / q г

Пример: потребность дома в энергии для отопления составляет 14 кВт, и насос должен полностью их удовлетворить (он должен работать в одновалентной системе). Выбранное устройство получает тепловую (нагревательную) мощность 14 кВт для параметров B0 / W35, при этом КПД 4, 5 = 4, 5. Следовательно, охлаждающая способность составляет Q Chł = (4, 5-1) / 4, 5 · 14 = 10, 9 кВт, т.е. 10 900 Вт. Теплообменник должен быть выполнен в сухой глинистой почве, поэтому его поверхность должна быть A = 10 900 /. 20 = 545 м 2 . Отметим, что в случае водоносного горизонта теплообменник может быть почти вдвое меньше, но если почва песчаная, его поверхность займет более 1000 м 2 . В такой ситуации трубы лучше размещать вертикально - в колодцах.

Вертикальный теплообменник

Тепловой насос достигает более высокого КПД КПД, когда трубы теплообменника расположены вертикально в земле - в скважинах глубиной 40-150 м. Это связано с тем фактом, что на глубине менее 10 м температура грунта составляет около 10 ° C в течение всего года, т.е. почти на десять больше, чем на глубине 1, 5 м.

Вертикальный обменник, однако, явно дороже, чем горизонтальный. Это вертикальные участки трубы, образующие петлю (труба бежит вниз по скважине, поворачивает назад и идет вверх). Они называются геотермальными зондами. В этом случае рассчитывается не площадь, а общая длина теплообменника, обычно состоящая из более чем одного зонда.

Одна или две пары трубок (U или двойные U-зонды) помещаются в вертикальные лунки. Введение трубы в скважину облегчается головкой - элементом, соединяющим вертикальные трубы, который можно приспособить для использования дополнительной наполняющей (толкающей) трубы. Головка и трубы теплообменника проталкиваются в просверленное отверстие. Затем бетонно-цементная смесь вводится в скважину с помощью заливной трубы.

В теплообменнике U-типа жидкость стекает вниз в головку с одной трубой, а другая возвращается из нее. В двойном обменнике U - это течет с двумя трубами вниз и двумя вверх.

Расстояние между скважинами глубиной до 50 м должно быть не менее 5 м, а для более глубоких - от 8 до 15 м. Они должны располагаться по линии, перпендикулярной направлению потока подкожных вод.

Расчет длины вертикального теплообменника наземного теплового насоса

В этом случае важно указать, как свойства почвы меняются с глубиной. Эта информация может быть предоставлена геологическими картами и документацией скважин, ранее пробуренных поблизости. Исходя из этого, можно оценить толщину отдельных слоев почвы и рассчитать среднее значение коэффициента теплопроводности l для площади, на которой должны быть расположены трубы теплообменника. Расчеты, однако, не в состоянии учесть все движения подземных вод, и на практике часто бывает, что полученный результат значительно отличается от реальности. Чтобы убедиться, что вертикальный теплообменник будет работать должным образом, проверьте почву в том месте, где она должна быть сделана. В этом случае тепловая эффективность почвы q g также зависит от ее типа.

Для труб PE80 это:

  • сухой песчаный грунт - 10-12 Вт / м;
  • песчаная мокрая - 12-16 Вт / м;
  • средняя глинистая сухость - 16-18 Вт / м;
  • средний суглинок влажный - 19-21 Вт / м;
  • тяжелый сухой суглинок - 18-19 Вт / м;
  • влажный тяжелый суглинок - 20-22 Вт / м;
  • влажность (водоносный горизонт) - 25-30 Вт / м

Разумеется, необходимо учитывать толщину отдельных слоев почвы определенного типа и на этой основе рассчитывать общую емкость каждого зонда.

Тепловая эффективность почвы, в которой имеются как сухие, так и водоносные слои, с использованием двойных U-зондов (четыре трубы в скважине), составляет в среднем около 50 Вт / м. Таким образом, можно предположить, что в случае теплового насоса, рассмотренного в примере расчета горизонтального теплообменника (с охлаждающей способностью 10, 9 кВт), необходимы скважины общей длиной L = 10 900/50 = 218 м, то есть, например, четыре по 55 м каждая.

Наземный тепловой насос: меньшая мощность означает более дешевую установку

Инвестиционные затраты прямо пропорциональны тепловой мощности установки. Поэтому, несмотря на то, что коэффициент полезного действия наземного насоса не уменьшается с наступлением сильного мороза, стоит рассмотреть возможность использования теплового насоса в двухвалентной системе.
Проще всего оборудовать его электрическим проточным водонагревателем (обычно он предлагается в качестве аксессуара - для установки в корпус теплового насоса). Затем определяется двухвалентная точка и для нее определяется необходимая тепловая мощность насоса. Если насос предназначен для отопления дома в третьей климатической зоне, и мы предполагаем, что ниже температуры наружного воздуха -10 o C его может поддерживать электрический нагреватель, то его тепловая мощность может быть на 25% ниже расчетной тепловой нагрузки, рассчитанной в соответствии с PN-EN 12831 Стоимость изготовления наземного теплообменника также будет меньше.

В рассматриваемом примере вместо охлаждающей мощности 10, 9 кВт достаточно 8, 2 кВт, и поэтому горизонтальный теплообменник может иметь 410 м 2 вместо 545 м 2, а вертикальный теплообменник 164 м вместо 218 м. В дополнение к более низкой цене, меньшее количество место.

Какие трубы для наземного теплообменника?

Длина одного контура (циркуляция) ограничена - это зависит от мощности циркуляционного насоса, в котором наземный тепловой насос обычно оборудован на заводе (если нет, то длина трубопровода и соответствующего циркуляционного насоса выбирается проектировщиком установки). Допустимая длина трубы должна быть считана из технических данных устройства. Это зависит от диаметра и типа используемой рабочей жидкости (рассол). В случае тепловых насосов мощностью до нескольких киловатт используются от одной до четырех петель 100-400 м с диаметром трубы от DN25 до DN65 (в зависимости, в частности, от материала, из которого изготовлена труба). Для горизонтальных теплообменников чаще всего используются полиэтиленовые трубы PE100 (если в земле нет камней) или PE100 RC, трубы PE80 можно использовать для вертикальных. Наземные теплообменники также изготовлены из полиэтиленовых труб PE-Xa, полибутилена (PB) и меди в кожухе.

Трубы наземного теплообменника должны быть заполнены жидкостью, которая не замерзает при отрицательной температуре, для уверенности предполагается, что она достигает -15 o C, хотя тепловой насос имеет защиту, отключающую его при -7 o C (затем он прекращает охлаждение земли). Поскольку атмосферный воздух еще холоднее, труба теплообменника не должна нигде подвергаться его воздействию - он должен быть погружен в землю на глубине не менее 0, 5 м, возможно, изолирован. Вблизи прохода труб через стену здания необходима изоляция, чтобы почва не замерзла на расстоянии до 2 м от фундамента, что может привести к аварии на строительстве.

Рабочая жидкость в наземном тепловом насосе установки

В прошлом солевой раствор NaCl использовался в установках, переносящих тепло от земли, отсюда и термин - насосы для рассола - который использовался до сегодняшнего дня. Рассол долгое время не использовался. Самым популярным является водный раствор пропиленгликоля, который считается экологически чистым. В целом, рекомендуется заполнять установку - ее можно приобрести в виде готовой рабочей жидкости для такого применения. При его выборе следует руководствоваться рекомендациями производителя теплового насоса, поскольку жидкость может содержать различные добавки ингибиторов, стабилизаторов, антиоксидантов и пеногасителей. Пропиленгликоль не только имеет достаточно низкую температуру застывания, но также не вызывает коррозии металла, не растворяет пластмассы и не вызывает заедания насосов. Однако его плотность и вязкость, что выражается в количестве энергии, необходимой для перекачки, больше, чем у воды, поэтому его используют в не очень высокой концентрации (34%). Конечно, есть много жидкостей, которые не замерзают при -15 ° C. Также часто используется раствор этиленгликоля, но он считается вредным для окружающей среды, поскольку он ядовит и не разлагается.

Этанол также обладает хорошими свойствами - его главное преимущество - низкая вязкость и плотность, благодаря чему его перекачка потребляет меньше энергии. Его использование не популярно из-за его воспламеняемости, высокой летучести, сильного запаха и, прежде всего, отсутствия смазочных свойств, которые могут вызвать заклинивание циркуляционного насоса. Именно поэтому некоторые производители запрещают его использование.

Категория:

Отопление