Tento článok popisuje možnosti vykurovania domu a zásobovania teplou vodou pomocou tepelného čerpadla, solárneho kolektora a kavitačného generátora tepla. Uvedená je približná metóda výpočtu tepelného čerpadla a generátora tepla. Uvádzajú sa približné náklady na vykurovanie domu pomocou tepelného čerpadla.
Tepelné čerpadlo. Návrh vykurovania domu
Aby ste pochopili princíp jeho fungovania, môžete sa pozrieť na bežnú domácu chladničku alebo klimatizáciu.
Na ich prácu slúžia moderné tepelné čerpadlá nízky potenciál zdroje tepla: zem, podzemná voda, vzduch. V chladničke aj v tepelnom čerpadle funguje rovnaký fyzikálny princíp (fyzici tento proces nazývajú Carnotov cyklus). Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré „čerpá“ teplo z chladiaceho priestoru a vrhá ho na radiátor. Klimatizácia „čerpá“ teplo zo vzduchu v miestnosti a vrhá ho na radiátor, ktorý sa však nachádza vonku. K teplu „odsatému“ z miestnosti sa zároveň pridáva ďalšie teplo, na ktoré sa premenila elektrická energia spotrebovaná elektromotorom klimatizácie.
Číslo vyjadrujúce pomer tepelnej energie generovanej tepelným čerpadlom (klimatizáciou alebo chladničkou) k elektrickej energii, ktorú spotrebuje, odborníci na tepelné čerpadlá nazývajú „koeficient vykurovania“. Najlepšie tepelné čerpadlá majú koeficient vykurovania 3-4. To znamená, že na každú kilowatthodinu elektriny spotrebovanej elektromotorom sa vygenerujú 3-4 kilowatthodiny tepelnej energie. (Jedna kilowatthodina zodpovedá 860 kilokalóriám.) Tento konverzný faktor (koeficient vykurovania) priamo závisí od teploty zdroja tepla, čím vyššia je teplota zdroja, tým vyšší je konverzný faktor.
Klimatizácia odoberá túto tepelnú energiu z vonkajšieho vzduchu a veľké tepelné čerpadlá „odčerpávajú“ toto dodatočné teplo, zvyčajne zo zásobníka/podzemnej vody alebo pôdy.
Hoci je teplota týchto zdrojov oveľa nižšia ako teplota vzduchu vo vykurovanom dome, tepelné čerpadlo premieňa toto nízkoteplotné teplo z pôdy alebo vody na vysoká teplota potrebné na vykurovanie domu. Preto sa tepelné čerpadlá nazývajú aj „tepelné transformátory“. (pozri proces transformácie nižšie)
Poznámka: Tepelné čerpadlá nielen ohrievajú domy, ale aj ochladzujú vodu v rieke, z ktorej sa odčerpáva teplo. A v našej dobe, keď sú rieky príliš prehrievané priemyselnými a domácimi odpadovými vodami, je chladenie rieky veľmi užitočné pre život živých organizmov a rýb v nej. Čím nižšia je teplota vody, tým viac kyslíka potrebného pre ryby sa v nej môže rozpustiť. V teplej vode sa ryby dusia a v studenej im je blažene. Tepelné čerpadlá sú preto veľmi sľubné v šetrení životného prostredia pred „ tepelné znečistenie".
Inštalácia vykurovacieho systému pomocou tepelných čerpadiel je však stále príliš nákladná, pretože vyžaduje veľa výkopov a spotrebného materiálu, ako sú potrubia na vytvorenie kolektora/výmenníka tepla.
Je tiež potrebné pripomenúť, že tepelné čerpadlá, podobne ako bežné chladničky, používajú kompresor, ktorý stláča pracovnú tekutinu - amoniak alebo freón. Tepelné čerpadlá fungujú lepšie s freónom, ale použitie freónu je už zakázané, pretože pri vstupe do atmosféry spáli ozón v jej horných vrstvách, ktorý chráni Zem pred ultrafialovými lúčmi Slnka.
Napriek tomu sa mi zdá, že budúcnosť patrí tepelným čerpadlám. Ale zatiaľ ich nikto masovo nevyrába. prečo? Nie je ťažké uhádnuť.
Ak sa objaví alternatívny zdroj lacnej energie, tak kam dať vyťažený plyn, ropu a uhlie a komu to predať. A čo by sme mali odpísať mnohomiliardové straty z výbuchov v baniach a baniach?
Schéma vykurovania domu pomocou tepelného čerpadla
Princíp činnosti tepelného čerpadla
Zdrojom nekvalitného tepla môže byť vonkajší vzduch s teplotou -15 až +15°C, vzduch odsávaný z miestnosti s teplotou 15-25°C, podložie (4-10°C) a podzemná voda (viac viac ako 10°C), jazerná a riečna voda (0-10°C), povrchová (0-10°C) a hlboká (viac ako 20 m) pôda (10°C). V Holandsku napríklad v meste Heerlen na tento účel slúži zatopená baňa. Voda napĺňajúca starú baňu v úrovni 700 metrov má stálu teplotu 32°C.
Ak sa ako zdroj tepla používa atmosférický alebo vetrací vzduch, vykurovací systém pracuje podľa schémy vzduch-voda. Čerpadlo môže byť umiestnené vo vnútri alebo vonku. Vzduch je privádzaný do jeho výmenníka tepla pomocou ventilátora.
Ak sa ako zdroj tepla používa podzemná voda, systém funguje podľa schémy „voda-voda“. Voda je privádzaná zo studne pomocou čerpadla do tepelného výmenníka čerpadla a po odvedení tepla je odvádzaná buď do inej studne alebo do zásobníka. Ako medzichladiaca kvapalina sa môže použiť nemrznúca zmes alebo nemrznúca zmes. Ak vodná plocha funguje ako zdroj energie, na jej dne je umiestnená slučka z kovoplastového alebo plastového potrubia. Potrubím cirkuluje roztok glykolu (nemrznúca zmes) alebo nemrznúcej zmesi, ktorá odovzdáva teplo freónu cez tepelný výmenník tepelného čerpadla.
Pri použití pôdy ako zdroja tepla systém funguje podľa schémy „podzemná voda“. Existujú dve možné varianty konštrukcie kolektora - vertikálne a horizontálne.
- Pri horizontálnom umiestnení kolektora sa kovoplastové rúry ukladajú do zákopov s hĺbkou 1,2-1,5 m alebo vo forme špirál v zákopoch s hĺbkou 2-4 m. Tento spôsob kladenia môže výrazne skrátiť dĺžku zákopov.
Schéma tepelného čerpadla s horizontálnym kolektorom s uložením špirálového potrubia
1 - tepelné čerpadlo; 2 - potrubie uložené v zemi; 3 - nepriamy vykurovací kotol; 4 - vykurovací systém „teplá podlaha“; 5 - okruh prívodu teplej vody.
Pri špirálovom ukladaní sa však výrazne zvyšuje hydrodynamický odpor, čo vedie k dodatočným nákladom na čerpanie chladiacej kvapaliny a odpor sa tiež zvyšuje so zvyšujúcou sa dĺžkou rúr.
- Pri vertikálnej polohe kolektora sa potrubia ukladajú do zvislých vrtov do hĺbky 20-100 m.
Schéma vertikálnej sondy
Fotografia sondy v zálive
Inštalácia sondy do studne
Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla
Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla.
q - špecifický odvod tepla (z 1 m bežiaceho potrubia).
- suchý piesok - 10 W/m,
- suchá hlina - 20 W/m,
- mokrá hlina - 25 W/m,
- íl s vysokým obsahom vody - 35 W/m.
Medzi priamou a spätnou slučkou kolektora sa objaví teplotný rozdiel chladiacej kvapaliny.
Zvyčajne sa na výpočet berie 3 °C. Nevýhodou tejto schémy je, že nie je vhodné stavať budovy na ploche nad kolektorom, aby sa vplyvom slnečného žiarenia dopĺňalo teplo zeme. Optimálna vzdialenosť medzi rúrkami sa považuje za 0,7-0,8 m. V tomto prípade sa dĺžka jedného výkopu volí od 30 do 120 m.
Príklad výpočtu tepelného čerpadla
Približný výpočet tepelného čerpadla pre náš ekodom uvediem v článku.
Predpokladá sa, že na vykurovanie domu s výškou stropu 3 m je potrebné spotrebovať 1 kW. Tepelná energia na 10 m2 plochy. Pri ploche domu 10x10m = 100 m2 je potrebných 10 kW tepelnej energie.
Pri použití vyhrievaných podláh by teplota chladiacej kvapaliny v systéme mala byť 35 °C a minimálna teplota chladiacej kvapaliny 0 °C.
Tabuľka 1. Údaje tepelného čerpadla Thermia Villa.
Na vykurovanie objektu je potrebné zvoliť tepelné čerpadlo s výkonom 15,6 kW (najbližšia väčšia štandardná veľkosť), ktoré spotrebuje 5 kW na prevádzku kompresora. Odvod tepla z povrchovej vrstvy pôdy volíme podľa druhu pôdy. Pre (mokrú hlinku) q je 25 W/m.
Vypočítajme výkon tepelného kolektora:
Qo=Qwp-P, kde
Qo- výkon tepelného kolektora, kW;
Qwp- výkon tepelného čerpadla, kW;
P- elektrický výkon kompresora, kW.
Požadovaný tepelný výkon kolektora bude:
Qo = 15,6-5 = 10,6 kW;
Teraz určme celkovú dĺžku rúr:
L=Qo/q, kde q je špecifický (z 1 m tečúceho potrubia) odvod tepla, kW/m.
L = 10,6/0,025 = 424 m.
Na usporiadanie takéhoto zberača budete potrebovať 5 okruhov s dĺžkou 100 m. Na základe toho určíme požadovanú plochu miesta na položenie okruhu.
A=Lхda, kde da je vzdialenosť medzi rúrkami (rozstup pokládky), m.
Pri kroku pokládky 0,75 m bude požadovaná plocha pozemku:
A=500x0,75=375 m2.
Výpočet vertikálneho kolektora
Pri výbere vertikálneho kolektora sa studne vŕtajú do hĺbky 20 až 100 m. Do nich sú ponorené kovoplastové alebo plastové rúry v tvare U. Za týmto účelom sa do jednej jamky vložia dve slučky a naplnia sa cementovou maltou. Špecifický odvod tepla takého kolektora je 50 W/m.
Pre presnejšie výpočty použite nasledujúce údaje:
- suché sedimentárne horniny - 20 W / m;
- skalnatá pôda a vodou nasýtené sedimentárne horniny - 50 W/m;
- horniny s vysokou tepelnou vodivosťou - 70 W / m;
- podzemná voda - 80 W/m.
V hĺbkach viac ako 15 m je teplota zeme približne +10°C. Treba počítať s tým, že vzdialenosť medzi vrtmi musí byť väčšia ako 5 m. Ak sú v pôde podzemné toky, potom treba vrty vŕtať kolmo na tok.
Príklad: L = Qo/q = 10,6/0,05 = 212 min.
Teda pri mernom odvode tepla vertikálneho kolektora 50 W/m a potrebnom výkone 10,6 kW by dĺžka potrubia L mala byť 212 m.
Na inštaláciu kolektora je potrebné vyvŕtať tri studne s hĺbkou 75 m. Do každej z nich umiestnime dve slučky kovoplastovej rúry celkom - 6 slučiek po 150 m.
Prevádzka tepelného čerpadla pri prevádzke podľa schémy „Spodná voda“.
Potrubie je uložené v zemi. Keď sa cez ňu čerpá chladiaca kvapalina, ohrieva sa na teplotu pôdy. Ďalej podľa schémy voda vstupuje do výmenníka tepla tepelného čerpadla a prenáša všetko teplo do vnútorného okruhu tepelného čerpadla.
Chladivo pod tlakom sa čerpá do vnútorného okruhu tepelného čerpadla. Freón alebo jeho náhrady sa používajú ako chladivo, pretože freón ničí ozónovú vrstvu atmosféry a je zakázané používať ho v novom vývoji. Chladivo má nízky bod varu a preto pri prudkom poklese tlaku vo výparníku sa pri nízkej teplote mení z kvapaliny na plyn.
Po výparníku vstupuje plynné chladivo do kompresora a je stláčané kompresorom. Zároveň sa zahrieva a zvyšuje sa jej tlak. Horúce chladivo vstupuje do kondenzátora, kde dochádza k výmene tepla medzi ním a chladivom zo spätného potrubia. Chladivo sa vzdáva svojho tepla a ochladzuje sa a prechádza do kvapalného stavu. Chladiaca kvapalina vstupuje do vykurovacieho systému a po opätovnom ochladení odovzdáva svoje teplo do miestnosti. Keď prejde chladivo redukčný ventil jeho tlak klesá a vracia sa späť do kvapalnej fázy. Potom sa cyklus opakuje.
V chladnom období tepelné čerpadlo funguje ako ohrievač a v horúcom počasí ho možno použiť na chladenie miestnosti (v tomto prípade tepelné čerpadlo nevykuruje, ale chladí chladiacu kvapalinu - vodu. A chladenú vodu, v otočiť, možno použiť na ochladenie vzduchu v miestnosti).
Vo všeobecnosti je tepelné čerpadlo Carnotov stroj pracujúci v opačnom smere. Chladnička prečerpáva teplo z vychladeného objemu do okolitého vzduchu. Ak umiestnite chladničku vonku, potom odoberaním tepla z vonkajšieho vzduchu a jeho odovzdávaním do domu môžete do určitej miery vykurovať miestnosť týmto jednoduchým spôsobom.
Ako však ukazuje prax, samotné tepelné čerpadlo na zásobovanie domu teplom a teplou vodou nestačí. Dovolím si navrhnúť, aká je podľa mňa optimálna schéma vykurovania a dodávky teplej vody pre dom.
Navrhovaná schéma zásobovania domu teplom a teplou vodou
1 - generátor tepla; 2 - slnečný kolektor; 3 - nepriamy vykurovací kotol; 4 - tepelné čerpadlo; 5 - potrubie v zemi; 6 - cirkulačná jednotka solárneho systému; 7 - vykurovací radiátor; 8 - okruh prívodu teplej vody; 9 - vykurovací systém „teplá podlaha“.
Táto schéma zahŕňa súčasné použitie troch zdrojov tepla. Hlavnú úlohu zohráva generátor tepla (1), tepelné čerpadlo (4) a solárny kolektor(2), ktoré slúžia ako pomocné prvky a v dôsledku toho pomáhajú znižovať náklady na spotrebovanú elektrickú energiu a zvyšujú účinnosť vykurovania. Súčasné použitie troch zdrojov vykurovania takmer úplne eliminuje nebezpečenstvo zamrznutie systému.
Pravdepodobnosť zlyhania generátora tepla, tepelného čerpadla a solárneho kolektora je totiž zanedbateľná. Diagram ukazuje dve možnosti vykurovania miestností: radiátory (7) a „teplá podlaha“ (9). To neznamená, že musíte použiť obe možnosti, ale iba ilustruje možnosť použitia jednej aj druhej.
Princíp činnosti vykurovacieho okruhu
Generátor tepla (1) dodáva ohriatu vodu do kotla (3) a okruhu pozostávajúceho z vykurovacích radiátorov (7). Kotol tiež prijíma ohriatu chladiacu kvapalinu z tepelného čerpadla (4) a solárneho kolektora (2). Časť vody ohriatej tepelným čerpadlom je dodávaná aj na vstup generátora tepla. Miešaním so „spiatočkou“ vykurovacieho okruhu sa zvyšuje jeho teplota. To prispieva k efektívnejšiemu ohrevu vody v kavitátore generátora tepla. Ohriata a akumulovaná voda v bojleri sa privádza do okruhu systému „teplá podlaha“ (9) a okruhu prívodu teplej vody (8).
Samozrejme, účinnosť tejto schémy sa bude líšiť v rôznych zemepisných šírkach. Slnečný kolektor bude totiž najúčinnejší v lete a samozrejme za slnečného počasia. V našich zemepisných šírkach nie je potrebné v lete vykurovať obytné priestory, takže generátor tepla sa dá úplne vypnúť. A keďže letá máme poriadne horúce a život bez klimatizácie si len ťažko vieme predstaviť, tepelné čerpadlo má byť zapnuté v režime chladenia. Potrubie vedúce z tepelného čerpadla do kotla bude prirodzene zablokované. Problém zásobovania teplou vodou sa teda má riešiť len pomocou solárneho systému. A iba ak sa solárny systém nedokáže vyrovnať s touto úlohou, použite generátor tepla.
Ako vidíte, schéma je pomerne zložitá a drahá. Všeobecné približné náklady v závislosti od zvolenej schémy sú uvedené nižšie.
Náklady na vertikálny kolektor:
- Tepelné čerpadlo 6000 €;
- Vŕtacie práce 6000 €;
- Prevádzkové náklady (elektrina): cca 400 € ročne.
Pre horizontálny kolektor:
- Tepelné čerpadlo 6000 €;
- Vŕtacie práce 3000 €;
- Prevádzkové náklady (elektrina): cca 450 eur ročne.
Veľké výdavky budú zahŕňať nákup rúr a platby pracovníkov.
Inštalácia plochého solárneho kolektora (napríklad Vitosol 100-F a 300 l ohrievač vody) bude stáť 3200 €.
Poďme teda od jednoduchého k zložitému. Najprv zostavíme jednoduchý vykurovací okruh domu na báze generátora tepla, odladíme ho a postupne doň pridávame nové prvky, ktoré nám umožnia zvýšiť efektivitu inštalácie.
Zostavme vykurovací systém podľa nasledujúcej schémy:
Schéma vykurovania domu pomocou generátora tepla
1 - generátor tepla; 2 - nepriamy vykurovací kotol; 3 - vykurovací systém „teplá podlaha“; 4 - okruh prívodu teplej vody.
Výsledkom bolo, že sme dostali najjednoduchšiu schému na vykurovanie domu. Podelil som sa o svoje myšlienky, aby som povzbudil proaktívnych ľudí k rozvoju alternatívnych zdrojov energie. Ak má niekto nejaké nápady alebo námietky k tomu, čo je napísané vyššie, podeľme sa o svoje myšlienky, nazbierajme vedomosti a skúsenosti v tejto veci a zachránime naše životné prostredie a urobíme život o niečo lepším.
Ako vidíme tu, hlavným a jediným prvkom, ktorý ohrieva chladiacu kvapalinu, je generátor tepla. Hoci okruh poskytuje len jeden zdroj vykurovania, umožňuje možnosť ďalšieho pridania ďalších vykurovacích zariadení. Na tento účel sa predpokladá použitie nepriameho vykurovacieho kotla s možnosťou pridania alebo odobratia výmenníkov tepla.
Použitie vykurovacích radiátorov, ktoré sú k dispozícii v schéme znázornenej na obrázku vyššie, nie je určené. Ako viete, systém „teplej podlahy“ sa efektívnejšie vyrovnáva s úlohou vykurovania miestností a umožňuje vám šetriť energiu.
Upozornenie: Ceny sú platné pre rok 2009.
Využitie alternatívnych zdrojov energie sa dnes javí ako najvyššia priorita. Premena veternej, vodnej a slnečnej energie môže výrazne znížiť mieru znečistenia životného prostredia a ušetriť finančné prostriedky potrebné na implementáciu technologicky vyspelých spôsobov výroby energie. V tomto smere veľmi sľubne vyzerá použitie takzvaných tepelných čerpadiel. Tepelné čerpadlo je zariadenie schopné prenášať tepelnú energiu z okolia do miestnosti. Spôsob výpočtu tepelného čerpadla, potrebné vzorce a koeficienty sú uvedené nižšie.
Zdroje tepelnej energie
Zdrojom energie pre tepelné čerpadlá môže byť slnečné svetlo, teplo zo vzduchu, vody a pôdy. Proces je založený na fyzikálnom procese, vďaka ktorému môžu určité látky (chladivá) vrieť pri nízkych teplotách. Za takýchto podmienok môže koeficient výkonu tepelných čerpadiel dosiahnuť 3 alebo dokonca 5 jednotiek. To znamená, že vynaložením 100 W elektrickej energie na prevádzku čerpadla môžete získať 0,3-0,5 kW.
Geotermálne čerpadlo je teda schopné úplne vykurovať dom, avšak za predpokladu, že teplota vonkajšieho prostredia nie je nižšia ako teplota projektovanej úrovne. Ako vypočítať tepelné čerpadlo?
Technika výpočtu výkonu tepelného čerpadla
Na tento účel môžete použiť špeciálnu online kalkulačku tepelného čerpadla alebo vykonať výpočty manuálne. Pred ručným určením výkonu čerpadla potrebného na vykurovanie domu je potrebné určiť tepelnú bilanciu domu. Bez ohľadu na veľkosť domu, pre ktorý sa výpočet robí (výpočet tepelného čerpadla na 300 m2 alebo 100 m2), použije sa rovnaký vzorec:
- R je tepelná strata/výkon domu (kcal/hod);
- V - objem domu (dĺžka*šírka*výška), m3;
- T - najvyšší rozdiel medzi teplotami mimo domu a vo vnútri počas chladného obdobia, C;
- k je priemerný súčiniteľ tepelnej vodivosti budovy: k=3(4) - dom z dosiek; k=2(3) - dom z jednovrstvovej tehly; k=1(2) - murovaný dom v dvoch vrstvách; k=0,6(1) - starostlivo izolovaná budova.
Typický výpočet tepelného čerpadla predpokladá, že na prepočet získaných hodnôt z kcal/hod na kW/hod je potrebné ich vydeliť 860.
Príklad výpočtu výkonu čerpadla
Výpočet tepelného čerpadla na vykurovanie domu na konkrétnom príklade. Predpokladajme, že je potrebné vykurovať budovu s rozlohou 100 metrov štvorcových.
Ak chcete získať jeho objem (V), musíte vynásobiť jeho výšku dĺžkou a šírkou:
- V=10x10x2,5=250 m3.
Ak chcete zistiť T, musíte získať teplotný rozdiel. Za týmto účelom odpočítajte minimálne vonkajšie teploty od minimálnych vnútorných teplôt:
- T = 20-(-30) = 50 °C.
Predpokladajme, že tepelná strata budovy sa rovná k=1, potom sa tepelná strata domu vypočíta takto:
- R=1*250*50=12500 kcal.
Výpočtový program tepelného čerpadla predpokladá, že spotrebu tepelnej energie domu je potrebné prepočítať na kW. Previesť kcal/hodinu na kW:
- 12500 kcal/hod / 860 = 14,53 kW.
Na vykurovanie dvojvrstvového tehlového domu s rozlohou 100 metrov štvorcových je teda potrebné tepelné čerpadlo s výkonom 14,5 kW. Ak je potrebné vypočítať tepelné čerpadlo na 300 m2, potom sa vo vzorcoch vykoná zodpovedajúca náhrada. Tento výpočet zohľadňuje potrebu teplej vody potrebnej na vykurovanie. Na určenie správneho tepelného čerpadla budete potrebovať výpočtovú tabuľku tepelného čerpadla, ktorá demonštruje technické vlastnosti a výkon konkrétneho modelu.
Ako viete, tepelné čerpadlá využívajú bezplatné obnoviteľné zdroje energie: nekvalitné teplo zo vzduchu, pôdy, podzemných, otvorených, nezamŕzajúcich zásobníkov, odpadovej a odpadovej vody a vzduchu, ako aj odpadové teplo z technologických podnikov. Aby sa to zhromaždilo, spotrebuje sa elektrina, ale pomer množstva prijatej tepelnej energie k množstvu spotrebovanej elektrickej energie je asi 3-7 krát.
Ak hovoríme len o zdrojoch nekvalitného tepla okolo nás na účely vykurovania, je to tak; vonkajší vzduch s teplotou -3 až +15 °C, vzduch odsávaný z miestnosti (15-25 °C), podložie (4-10 °C) a podzemná voda (asi 10 °C), jazerná a riečna voda (5 -10 °C), povrch zeme (pod bodom mrazu) (3-9 °C) a hĺbka zeme (viac ako 6 m - 8 o C).
Odber tepla z okolia (vnútorný obvod).
Kvapalné pracovné médium, chladivo, sa čerpá do výparníka pod nízkym tlakom. Tepelná úroveň teplôt obklopujúcich výparník je vyššia ako zodpovedajúci bod varu pracovného média (chladivo je zvolené tak, aby mohlo vrieť aj pri mínusových teplotách). Vplyvom tohto teplotného rozdielu dochádza k odovzdávaniu tepla okoliu, pracovnému prostrediu, ktoré pri týchto teplotách vrie a vyparuje sa (mení sa na paru). Teplo potrebné na to sa odoberá z ktoréhokoľvek z vyššie uvedených nízkopotenciálnych zdrojov tepla.
Zistite viac o obnoviteľných zdrojoch energie
Ak je ako zdroj tepla zvolený atmosférický alebo vetrací vzduch, využívajú sa tepelné čerpadlá pracujúce podľa schémy vzduch-voda. Čerpadlo môže byť umiestnené vo vnútri alebo vonku, so zabudovaným alebo vzdialeným kondenzátorom. Vzduch je vháňaný cez výmenník tepla (výparník) pomocou ventilátora.
Ako zdroj nízkopotenciálnej tepelnej energie možno využiť podzemnú vodu s relatívne nízkou teplotou alebo pôdu z povrchových vrstiev zeme. Tepelný obsah pôdnej hmoty je vo všeobecnosti vyšší. Tepelný režim pôdy v povrchových vrstvách zeme sa vytvára pod vplyvom dvoch hlavných faktorov - slnečného žiarenia dopadajúceho na povrch a toku rádiogénneho tepla z útrob zeme. Sezónne a denné zmeny intenzity slnečného žiarenia a teploty vonkajšieho vzduchu spôsobujú kolísanie teploty vrchných vrstiev pôdy. Hĺbka prieniku denných výkyvov vonkajšej teploty vzduchu a intenzity dopadajúceho slnečného žiarenia sa v závislosti od konkrétnych pôdnych a klimatických podmienok pohybuje od niekoľkých desiatok centimetrov až po jeden a pol metra. Hĺbka prieniku sezónnych výkyvov vonkajšej teploty vzduchu a intenzita dopadajúceho slnečného žiarenia spravidla nepresahuje 15-20 m.
Typy horizontálnych výmenníkov tepla:
- výmenník tepla vyrobený zo sériovo zapojených potrubí;
- výmenník tepla vyrobený z paralelne spojených rúr;
- horizontálny kolektor položený vo výkope;
- výmenník tepla v tvare slučky;
- výmenník tepla v tvare špirály umiestnený horizontálne (tzv. „slinkový“ kolektor);
- výmenník tepla vo forme špirály umiestnenej vertikálne.
Voda dobre akumuluje slnečné teplo. Aj v chladnom zimnom období má podzemná voda stálu teplotu +7 až +12°C. To je výhoda tohto zdroja tepla. Vďaka konštantnej teplotnej hladine má tento zdroj tepla vysokú mieru konverzie cez tepelné čerpadlo počas celého roka. Bohužiaľ nie všade je podzemná voda dostupná v dostatočnom množstve. Pri využívaní podzemnej vody ako zdroja sa dodávka uskutočňuje zo studne pomocou ponorného čerpadla do vstupu do výmenníka tepla (výparníka) tepelného čerpadla pracujúceho podľa schémy „voda-voda/otvorený systém“; výstupom výmenníka tepla sa voda buď prečerpá do inej studne, alebo sa vypustí do zásobníka. Výhodou otvorených systémov je možnosť získať veľké množstvo tepelnej energie pri relatívne nízkych nákladoch. Studne si však vyžadujú údržbu. Navyše použitie takýchto systémov nie je možné vo všetkých oblastiach. Hlavné požiadavky na pôdu a podzemnú vodu sú nasledovné:
- dostatočná priepustnosť pôdy umožňujúca doplnenie zásob vody;
- dobré chemické zloženie podzemnej vody (napríklad nízky obsah železa), ktoré zabraňuje problémom spojeným s tvorbou usadenín na stenách potrubí a koróziou.
Otvorené systémy sa častejšie používajú na zásobovanie kúrením alebo chladením veľkých budov. Najväčší geotermálny systém prenosu tepla na svete využíva podzemnú vodu ako zdroj tepelnej energie nízkej kvality. Tento systém sa nachádza v USA v Louisville, Kentucky. Systém slúži na zásobovanie teplom a chladom hotelového a kancelárskeho komplexu; jeho výkon je približne 10 MW.
Zoberme si ďalší zdroj - nádrž, na jej dno je možné položiť slučky z plastovej rúrky, schéma „voda-voda/uzavretý systém“. Potrubím cirkuluje roztok etylénglykolu (nemrznúca zmes), ktorý odovzdáva teplo chladivu cez výmenník tepla (výparník) tepelného čerpadla.
Pôda má schopnosť dlhodobo akumulovať slnečnú energiu, čo zabezpečuje relatívne rovnomernú teplotu zdroja tepla počas celého roka a tým aj vysoký prepočítavací koeficient tepelného čerpadla. Teplota v horných vrstvách pôdy sa mení v závislosti od ročného obdobia. Pod hranicou mrazu sú tieto teplotné výkyvy výrazne znížené. Teplo akumulované v zemi sa odoberá cez horizontálne uložené utesnené výmenníky tepla, nazývané aj zemné kolektory, alebo cez vertikálne uložené výmenníky tepla, takzvané geotermálne sondy. Okolité teplo prenáša zmes vody a etylénglykolu (soľanka alebo médium), ktorej bod tuhnutia by mal byť približne -13°C (berte do úvahy údaje výrobcu). Vďaka tomu soľanka počas prevádzky nezamŕza.
To znamená, že existujú dve možné možnosti získavania nízkokvalitného tepla zo zeme. Horizontálne uloženie plastových rúr do výkopov s hĺbkou 1,3-1,7 m, v závislosti od klimatických podmienok oblasti alebo zvislých vrtov s hĺbkou 20-100 m. Pokládku rúr do výkopov je možné realizovať aj formou tzv. špirály, ale pri hĺbke uloženia 2-4 m sa tým výrazne zníži celková dĺžka rýh. Maximálny prestup tepla povrchovej pôdy je od 7 do 25 W/m.p., od geotermálneho 20-50 W/m.p. Podľa výrobných spoločností je životnosť zákopov a studní viac ako 100 rokov.
Trochu viac o vertikálnych zemných výmenníkoch tepla.
Od roku 1986 prebieha výskum systému s vertikálnymi zemnými výmenníkmi tepla vo Švajčiarsku pri Zürichu. Do zeminy bol osadený vertikálny zemný výmenník koaxiálneho typu s hĺbkou 105 m. Tento výmenník bol využívaný ako zdroj nekvalitnej tepelnej energie pre systém prenosu tepla inštalovaný v jednobytovom bytovom dome. Vertikálny zemný výmenník tepla poskytoval špičkový výkon približne 70 W na meter dĺžky, čím vytváral značné tepelné zaťaženie okolitej zemnej hmoty. Ročná produkcia tepelnej energie je cca 13 MWh.
Vo vzdialenosti 0,5 a 1 m od hlavnej studne boli vyvŕtané ďalšie dve studne, v ktorých boli inštalované snímače teploty v hĺbke 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 a 105 m, po ktorej boli jamky naplnené hlinito-cementovou zmesou. Teploty sa merali každých tridsať minút. Okrem teploty zeme sa zaznamenávali aj ďalšie parametre: rýchlosť pohybu chladiacej kvapaliny, spotreba energie pohonom kompresora, teplota vzduchu atď.
Prvé pozorovacie obdobie trvalo od roku 1986 do roku 1991. Merania ukázali, že vplyv tepla vonkajšieho vzduchu a slnečného žiarenia je pozorovaný v povrchovej vrstve pôdy v hĺbke až 15 m. Pod touto úrovňou sa tepelný režim pôdy vytvára najmä vplyvom tepla vnútra zeme. Počas prvých 2-3 rokov prevádzky teplota zeminy obklopujúcej vertikálny výmenník prudko klesla, no každým rokom pokles teploty klesal a po niekoľkých rokoch sa systém dostal do režimu blízkeho konštante, kedy teplota hmota pôdy okolo výmenníka tepla bola o 1 nižšia ako pôvodná -2 °C.
Na jeseň 1996, desať rokov po spustení systému do prevádzky, boli merania obnovené. Tieto merania ukázali, že teplota zeme sa výrazne nezmenila. V ďalších rokoch boli zaznamenané mierne výkyvy prízemnej teploty v rozmedzí 0,5 °C v závislosti od ročného vykurovacieho zaťaženia. Systém teda po prvých rokoch prevádzky dosiahol kvázistacionárny režim.
Na základe experimentálnych údajov boli skonštruované matematické modely procesov prebiehajúcich v pôdnej hmote, ktoré umožnili dlhodobú predpoveď zmien teploty pôdnej hmoty.
Matematické modelovanie ukázalo, že ročný pokles teploty sa bude postupne znižovať a objem pôdnej hmoty okolo výmenníka tepla, podliehajúceho poklesu teploty, sa bude každým rokom zvyšovať. Na konci prevádzkového obdobia začína proces regenerácie: teplota pôdy začína stúpať. Povaha procesu regenerácie je podobná povahe procesu „výberu“ tepla: v prvých rokoch prevádzky dochádza k prudkému zvýšeniu teploty pôdy av nasledujúcich rokoch sa rýchlosť zvyšovania teploty znižuje. Dĺžka „regeneračného“ obdobia závisí od dĺžky prevádzkového obdobia. Tieto dve obdobia sú približne rovnaké. V posudzovanom prípade bola doba prevádzky zemného výmenníka tridsať rokov a doba „regenerácie“ sa tiež odhaduje na tridsať rokov.
Vykurovacie a chladiace systémy pre budovy využívajúce nízkokvalitné teplo zo zeme tak predstavujú spoľahlivý zdroj energie, ktorý je možné využiť všade. Tento zdroj je možné využívať pomerne dlho a je možné ho na konci prevádzkového obdobia obnoviť.
Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla
Odvod tepla z každého metra potrubia závisí od mnohých parametrov: hĺbka uloženia, prítomnosť podzemnej vody, kvalita pôdy atď. Približne môžeme predpokladať, že pre horizontálne kolektory je to 20 W.m.p. Presnejšie: suchý piesok - 10, suchá hlina - 20, mokrá hlina - 25, hlina s vysokým obsahom vody - 35 W.m.p. Rozdiel v teplote chladiacej kvapaliny v doprednom a spätnom potrubí slučky sa vo výpočtoch zvyčajne považuje za 3 °C. Na mieste kolektora by sa nemali stavať žiadne budovy, aby teplo zeme, t.j. náš zdroj energie bol doplnený energiou zo slnečného žiarenia.
Minimálna vzdialenosť medzi položenými rúrami musí byť aspoň 0,7-0,8 m Dĺžka jedného výkopu sa môže pohybovať od 30 do 150 m, dôležité je, aby dĺžky pripojených okruhov boli približne rovnaké. Ako primárne chladivo sa odporúča použiť roztok etylénglykolu (médium) s bodom tuhnutia približne -13 o C. Pri výpočtoch treba brať do úvahy, že tepelná kapacita roztoku pri teplote 0 °C je 3,7 kJ/(kg K) a hustota je 1,05 g/cm3. Pri použití média je tlaková strata v potrubí 1,5-krát väčšia ako pri cirkulujúcej vode. Na výpočet parametrov primárneho okruhu inštalácie tepelného čerpadla budete musieť určiť prietok média:
Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),
kde t je teplotný rozdiel medzi prívodným a vratným vedením, ktorý sa často rovná 3 o K. Potom Qo je tepelná energia získaná z nízkopotenciálneho zdroja (zem). Posledná hodnota sa vypočíta ako rozdiel medzi celkovým výkonom tepelného čerpadla Qwp a elektrickým výkonom vynaloženým na ohrev chladiva P:
Qo = Qwp - P, kW.
Celková dĺžka kolektorových rúr L a celková plocha plochy A pre ňu sa vypočítajú pomocou vzorcov:
Tu q je špecifický (z 1 m potrubia) odvod tepla; da - vzdialenosť medzi rúrkami (rozstup pokladania).
Príklad výpočtu. Tepelné čerpadlo.
Počiatočné podmienky: potreba tepla chaty s rozlohou 120-240 m2 (na základe tepelných strát s prihliadnutím na infiltráciu) - 13 kW; Teplota vody vo vykurovacom systéme sa považuje za 35 °C (podlahové kúrenie); Minimálna teplota chladiacej kvapaliny na výstupe do výparníka je 0 °C. Na vykurovanie objektu bolo z existujúceho technického sortimentu vybrané tepelné čerpadlo s výkonom 14,5 kW s prihliadnutím na straty na viskozite média pri výbere a prenose tepelnej energie zo zeme vo výške 3,22 kW. Odvod tepla z povrchovej vrstvy pôdy (suchá hlina), q sa rovná 20 W/t. Podľa vzorcov vypočítame:
1) požadovaný tepelný výkon kolektora Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;
2) celková dĺžka potrubia L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 m.p. Na usporiadanie takéhoto zberača bude potrebných 6 okruhov s dĺžkou 100 m;
3) s krokom pokládky 0,75 m je požadovaná plocha pozemku A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) celková náplň roztoku etylénglykolu Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, v jednom okruhu je 0,58 m3.
Na inštaláciu kolektora vyberieme plastovú rúrku veľkosti 32x3. Tlaková strata v ňom bude 45 Pa/m.p.; odpor jedného okruhu je približne 7 kPa; rýchlosť prúdenia chladiacej kvapaliny - 0,3 m / s.
Výpočet sondy
Pri použití zvislých vrtov s hĺbkou 20 až 100 m sa do nich ponoria plastové rúry v tvare U (s priemermi od 32 mm). Spravidla sa do jednej jamky vkladajú dve slučky naplnené suspenzným roztokom. V priemere môže byť merný odvod tepla takejto sondy rovný 50 W/t. Môžete sa tiež zamerať na nasledujúce údaje o odvode tepla:
- suché sedimentárne horniny - 20 W / m;
- skalnatá pôda a vodou nasýtené sedimentárne horniny - 50 W/m;
- horniny s vysokou tepelnou vodivosťou - 70 W / m;
- podzemná voda - 80 W/m.
Teplota pôdy v hĺbke viac ako 15 m je konštantná a je približne +9 °C. Vzdialenosť medzi studňami by mala byť väčšia ako 5 m.V prítomnosti podzemných tokov by mali byť studne umiestnené na priamke kolmej na tok.
Výber priemerov potrubí sa vykonáva na základe tlakových strát pre požadovaný prietok chladiacej kvapaliny. Výpočet prietoku kvapaliny sa môže vykonať pre t = 5 °C.
Príklad výpočtu.
Počiatočné údaje sú rovnaké ako vo vyššie uvedenom výpočte horizontálnej nádrže. Pri mernom odvode tepla sondy 50 W/m a požadovanom výkone 11,28 kW by mala byť dĺžka sondy L 225 m.
Na inštaláciu kolektora je potrebné vyvŕtať tri studne s hĺbkou 75 m. V každej z nich umiestnime dve rúrkové slučky štandardnej veľkosti 32x3; celkom - 6 okruhov po 150 m.
Celkový prietok chladiva pri t = 5 °C bude 2,1 m3/h; prietok jedným okruhom je 0,35 m3/h. Okruhy budú mať nasledujúce hydraulické charakteristiky: tlaková strata v potrubí - 96 Pa/m (chladiaca kvapalina - 25% roztok etylénglykolu); odpor obvodu - 14,4 kPa; rýchlosť prúdenia - 0,3 m/s.
Výber vybavenia
Keďže teplota nemrznúcej zmesi sa môže meniť (od -5 do +20 °C), v primárnom okruhu inštalácie tepelného čerpadla je potrebná hydraulická expanzná nádrž.
Odporúča sa tiež nainštalovať akumulačnú nádrž na vykurovacie (kondenzačné) vedenie tepelného čerpadla: kompresor tepelného čerpadla pracuje v režime „zapnuté-vypnuté“. Príliš časté štarty môžu viesť k zrýchlenému opotrebovaniu jeho častí. Nádrž je tiež užitočná ako zásobník energie v prípade výpadku prúdu. Jeho minimálny objem sa odoberá rýchlosťou 20-30 litrov na 1 kW výkonu tepelného čerpadla.
Pri použití bivalencie je druhý zdroj energie (elektrický, plynový, kvapalný alebo tuhý kotol) zapojený do okruhu cez batériový zásobník, ktorý je zároveň tepelným hydraulickým rozvádzačom, aktivácia kotla je riadená tepelným čerpadlom resp. automatizačný systém vyššej úrovne.
V prípade možných výpadkov elektriny môžete zvýšiť výkon inštalovaného tepelného čerpadla o faktor vypočítaný podľa vzorca: f = 24/(24 - t off), kde t off je doba trvania prerušenia napájania.
V prípade možného výpadku elektriny na 4 hodiny bude tento koeficient rovný 1,2.
Výkon tepelného čerpadla je možné zvoliť na základe monovalentného alebo bivalentného režimu jeho prevádzky. V prvom prípade sa predpokladá využitie tepelného čerpadla ako jediného generátora tepelnej energie.
Treba brať do úvahy: aj u nás je trvanie období s nízkymi teplotami vzduchu malou časťou vykurovacej sezóny. Napríklad pre centrálny región Ruska je čas, keď teplota klesne pod -10 ° C, iba 900 hodín (38 dní), zatiaľ čo samotná sezóna trvá 5112 hodín a priemerná teplota v januári je približne - 10 °C. Preto je najvhodnejšie prevádzkovať tepelné čerpadlo v bivalentnom režime, čo zahŕňa zapnutie prídavného zdroja v obdobiach, keď teplota vzduchu klesne pod určitú úroveň: -5 °C v južných oblastiach Ruska, -10 °C v r. centrálnych regiónoch. To vám umožní znížiť náklady na tepelné čerpadlo a najmä na inštaláciu primárneho okruhu (ukladanie rýh, vŕtanie studní atď.), ktoré sa výrazne zvyšujú so zvyšujúcim sa výkonom inštalácie.
V podmienkach stredného regiónu Ruska sa pre hrubý odhad pri výbere tepelného čerpadla pracujúceho v bivalentnom režime môžete zamerať na pomer 70/30: 70 % potreby tepla pokrýva tepelné čerpadlo, resp. zostávajúcich 30 % elektrickým alebo iným zdrojom tepelnej energie. V južných regiónoch sa môžete riadiť pomerom výkonu tepelného čerpadla a prídavného zdroja tepla, často používaného v západnej Európe: 50 ku 50.
Pre chatu s rozlohou 200 m2 pre 4 osoby s tepelnými stratami 70 W/m2 (prepočítané pri vonkajšej teplote vzduchu -28 °C) bude potreba tepla 14 kW. K tejto hodnote treba pripočítať 700 W na prípravu teplej úžitkovej vody. V dôsledku toho bude potrebný výkon tepelného čerpadla 14,7 kW.
Ak existuje možnosť dočasného výpadku prúdu, musíte toto číslo zvýšiť o príslušný faktor. Povedzme, že denná doba odstávky je 4 hodiny, potom by mal byť výkon tepelného čerpadla 17,6 kW (faktor narastajúci - 1,2). V prípade monovalentného režimu si môžete vybrať tepelné čerpadlo zem-voda s výkonom 17,1 kW so spotrebou 6,0 kW elektrickej energie.
Pre bivalentný systém s prídavným elektrickým ohrievačom a teplotou prívodu studenej vody 10 ° C pre potrebu teplej vody a bezpečnostný faktor by mal byť výkon tepelného čerpadla 11,4 W a elektrokotla - 6,2 kW (spolu - 17.6). Špičkový elektrický výkon spotrebovaný systémom bude 9,7 kW.
Približné náklady na elektrickú energiu spotrebovanú za sezónu, keď tepelné čerpadlo pracuje v monovalentnom režime, budú 500 rubľov a v bivalentnom režime pri teplotách nižších ako (-10C) - 12 500. Náklady na energiu pri použití iba vhodného kotla budú: elektrina - 42 000, motorová nafta - 25 000 a plyn - asi 8 000 rubľov. (za prítomnosti dodávaného potrubia a nízkych cien plynu existujúcich v Rusku). V súčasnosti sa na naše pomery z hľadiska prevádzkovej účinnosti tepelné čerpadlo vyrovná len plynovému kotlu novej série a v prevádzkových nákladoch, životnosti, bezpečnosti (nie je potrebná kotolňa) a ekologickosti predčí všetky iné druhy výroby tepelnej energie.
Upozorňujeme, že pri inštalácii tepelných čerpadiel by ste sa mali v prvom rade postarať o zateplenie budovy a osadenie okien s dvojitým zasklením s nízkou tepelnou vodivosťou, čím sa znížia tepelné straty budovy, a tým aj náklady na prácu a zariadenie.
Typy konštrukcií tepelných čerpadiel
Typ tepelného čerpadla sa zvyčajne označuje slovným spojením označujúcim zdrojové médium a chladivo vykurovacieho systému.
Existujú tieto odrody:
- TN „vzduch-vzduch“;
- HP "vzduch - voda";
- TN „pôda – voda“;
- TN „voda – voda“.
Úplne prvou možnosťou je konvenčný split systém pracujúci v režime vykurovania. Výparník je namontovaný vonku a jednotka s kondenzátorom je inštalovaná vo vnútri domu. Ten je fúkaný ventilátorom, vďaka ktorému sa do miestnosti privádza teplá vzduchová hmota.
Ak je takýto systém vybavený špeciálnym výmenníkom tepla s rúrkami, výsledkom je výmenník tepla vzduch-voda. Je napojený na systém ohrevu vody.
Výparník HP typu „vzduch-vzduch“ alebo „vzduch-voda“ môže byť umiestnený nie na ulici, ale vo výfukovom vetracom potrubí (musí byť nútený). V tomto prípade sa účinnosť HP niekoľkonásobne zvýši.
Tepelné čerpadlá typu „voda-voda“ a „zem-voda“ využívajú na odber tepla takzvaný externý výmenník tepla alebo, ako sa tiež nazýva, kolektor.
Schéma činnosti tepelného čerpadla
Toto je dlhá slučková rúrka, zvyčajne plastová, cez ktorú cirkuluje kvapalina a umýva výparník. Oba typy HP predstavujú rovnaké zariadenie: v jednom prípade je kolektor ponorený do dna povrchovej nádrže av druhom - do zeme. Kondenzátor takéhoto tepelného čerpadla je umiestnený vo výmenníku tepla napojenom na systém ohrevu vody.
Pripojenie VT podľa schémy „voda-voda“ je oveľa menej náročné na prácu ako „podzemná voda“, pretože nie sú potrebné výkopové práce. Potrubie je uložené v špirále na dne zásobníka. Samozrejme, pre túto schému je vhodná iba nádrž, ktorá v zime nezamrzne na dno.
Nastal čas vecne študovať zahraničné skúsenosti
O tepelných čerpadlách schopných odoberať teplo z okolia na vykurovanie budov dnes už vie takmer každý a ak si ešte donedávna potenciálny zákazník spravidla kládol zmätenú otázku „ako je to možné?“, teraz otázka „ako je to správne? "Čoraz častejšie počuť robiť?".
Na túto otázku nie je ľahké odpovedať.
Pri hľadaní odpovedí na množstvo otázok, ktoré sa pri navrhovaní vykurovacích systémov s tepelnými čerpadlami nevyhnutne vynárajú, je vhodné obrátiť sa na skúsenosti špecialistov z krajín, kde sa tepelné čerpadlá na zemných výmenníkoch používajú už dlhšiu dobu.
Priame výsledky v tomto smere nepriniesla návšteva* americkej výstavy AHR EXPO 2008, ktorá sa uskutočnila najmä s cieľom získať informácie o metódach inžinierskych výpočtov zemných výmenníkov, ale vo výstavnom stánku ASHRAE bola predaná kniha, niektoré ustanovenia ktorých slúžili ako základ pre túto publikáciu.
Hneď treba povedať, že preniesť americké metódy na domácu pôdu nie je ľahká úloha. Pre Američanov nie je všetko ako v Európe. Len oni merajú čas v rovnakých jednotkách ako my. Všetky ostatné merné jednotky sú čisto americké alebo skôr britské. Američania majú smolu najmä na tok tepla, ktorý sa dá merať ako v britských tepelných jednotkách za jednotku času, tak aj v tonách chladenia, ktoré pravdepodobne vymysleli v Amerike.
Hlavným problémom však nebola technická nepohodlnosť prepočítavania meracích jednotiek prijatých v Spojených štátoch, na ktoré sa dá časom zvyknúť, ale absencia jasného metodického základu pre zostavenie výpočtového algoritmu v spomínanej knihe. . Príliš veľa priestoru je venované rutinným a dobre známym metódam výpočtu, pričom niektoré dôležité ustanovenia zostávajú úplne nezverejnené.
Predovšetkým také fyzikálne súvisiace počiatočné údaje na výpočet vertikálnych zemných výmenníkov tepla, ako je teplota kvapaliny cirkulujúcej vo výmenníku tepla a prepočítavací koeficient tepelného čerpadla, nie je možné nastaviť ľubovoľne a pred pokračovaním výpočtov súvisiacich s nestabilným teplom výmena v zemi, je potrebné určiť závislosti spájajúce tieto parametre.
Kritériom účinnosti tepelného čerpadla je prepočítavací koeficient?, ktorého hodnota je určená pomerom jeho tepelného výkonu k výkonu elektrického pohonu kompresora. Táto hodnota je funkciou teploty varu vo výparníku t u a kondenzačnej teploty t k a vo vzťahu k tepelným čerpadlám voda-voda môžeme hovoriť o teplotách kvapaliny na výstupe z výparníka t 2I a na výstupe kondenzátor t2K:
? = a(t2I,t2K). (1)
Analýza katalógových charakteristík sériových chladiacich strojov a tepelných čerpadiel voda-voda umožnila zobraziť túto funkciu vo forme diagramu (obr. 1).
Pomocou schémy nie je ťažké určiť parametre tepelného čerpadla už v počiatočných fázach projektovania. Je napríklad zrejmé, že ak je vykurovací systém pripojený k tepelnému čerpadlu navrhnutý tak, aby privádzal chladivo s prívodnou teplotou 50°C, potom maximálny možný prepočítavací koeficient tepelného čerpadla bude cca 3,5. V tomto prípade by teplota glykolu na výstupe z výparníka nemala byť nižšia ako +3°C, čo znamená, že bude potrebný drahý zemný výmenník tepla.
Zároveň, ak je dom vykurovaný podlahovým kúrením, z kondenzátora tepelného čerpadla bude do vykurovacieho systému prúdiť chladivo s teplotou 35°C. V tomto prípade môže tepelné čerpadlo fungovať efektívnejšie, napríklad s konverzným faktorom 4,3, ak je teplota glykolu chladeného vo výparníku okolo -2°C.
Pomocou tabuliek programu Excel môžete vyjadriť funkciu (1) ako rovnicu:
0,1729 (41,5 + t 2I – 0,015 t 2I t 2 K – 0,437 t 2 K (2)
Ak je pri požadovanom prevodnom koeficiente a danej hodnote teploty chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme poháňanom tepelným čerpadlom potrebné určiť teplotu kvapaliny ochladzovanej vo výparníku, potom rovnicu (2) možno prezentovať ako:
Teplotu chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme pri daných hodnotách konverzného koeficientu tepelného čerpadla a teplote kvapaliny na výstupe z výparníka môžete zvoliť podľa vzorca:
Vo vzorcoch (2)…(4) sú teploty vyjadrené v stupňoch Celzia.
Po identifikácii týchto závislostí môžeme teraz prejsť priamo k americkej skúsenosti.
Metóda výpočtu pre tepelné čerpadlá
Proces výberu a výpočtu tepelného čerpadla je samozrejme technicky veľmi zložitá operácia a závisí od individuálnych charakteristík objektu, ale zhruba sa dá zredukovať na nasledujúce kroky:
Zisťujú sa tepelné straty plášťom budovy (steny, stropy, okná, dvere). To sa dá dosiahnuť použitím nasledujúceho vzťahu:
Qok = S*(tin – tout)* (1 + Σ β) *n / Rt(W) kde
tout – teplota vonkajšieho vzduchu (°C);
cín – vnútorná teplota vzduchu (°C);
S – celková plocha všetkých obvodových konštrukcií (m2);
n – koeficient udávajúci vplyv prostredia na vlastnosti objektu. Pre miestnosti v priamom kontakte s vonkajším prostredím cez stropy n=1; pre objekty s podkrovnými podlahami n=0,9; ak sa objekt nachádza nad suterénom n = 0,75;
β – koeficient dodatočných tepelných strát, ktorý závisí od typu konštrukcie a jej geografickej polohy β sa môže meniť od 0,05 do 0,27;
Rt – tepelný odpor, určený nasledujúcim výrazom:
Rt = 1/ α vnútorné + Σ (δ i / λ i) + 1/ α vonkajšie (m2*°C / W), kde:
δ і / λі – vypočítaný ukazovateľ tepelnej vodivosti materiálov používaných v stavebníctve.
α nar – koeficient tepelnej straty vonkajších povrchov obvodových konštrukcií (W/m2*оС);
α vnútorný – koeficient tepelnej nasiakavosti vnútorných povrchov obvodových konštrukcií (W/m2*оС);
— Celková tepelná strata konštrukcie sa vypočíta podľa vzorca:
Qt.pot = Qok + Qi – Qbp, kde:
Qi je spotreba energie na ohrev vzduchu vstupujúceho do miestnosti prirodzenými netesnosťami;
Qbp - výroba tepla v dôsledku fungovania domácich spotrebičov a ľudskej činnosti.
2. Na základe získaných údajov sa vypočíta ročná spotreba tepelnej energie pre každý jednotlivý objekt:
Qrok = 24*0,63*Qt. pot.*((d*(tin - tout.av.)/ (tin - tout.))(kW/hod za rok.) kde:
tout – teplota vonkajšieho vzduchu;
tout.av – aritmetický priemer teploty vonkajšieho vzduchu za celú vykurovaciu sezónu;
d – počet dní vykurovacieho obdobia.
Qgv = V * 17 (kW/hod za rok), kde:
V – objem denného ohrevu vody do 50 °C.
Potom sa celková spotreba tepelnej energie určí podľa vzorca:
Q = Qgv + Qrok (kW/hod za rok.)
Pri zohľadnení získaných údajov nebude výber najvhodnejšieho tepelného čerpadla na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou zložitý. Okrem toho sa vypočítaný výkon určí ako: Qтн=1,1*Q, kde:
Qтн=1,1*Q, kde:
1.1 – korekčný faktor označujúci možnosť zvýšenia zaťaženia tepelného čerpadla v období kritických teplôt.
Po výpočte tepelných čerpadiel si môžete vybrať najvhodnejšie tepelné čerpadlo, ktoré dokáže zabezpečiť požadované parametre mikroklímy v miestnostiach s akýmikoľvek technickými vlastnosťami. A vzhľadom na možnosť integrácie tohto systému so systémom ovládania klimatizácie s vyhrievanou podlahou si možno všimnúť nielen jeho funkčnosť, ale aj vysokú estetickú hodnotu.
Ak sa vám materiál páčil, budem vďačný, ak ho odporučíte priateľom alebo zanecháte užitočný komentár.
Typy tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá sú rozdelené do troch hlavných typov podľa zdroja nízkokvalitnej energie:
- Vzduch.
- Priming.
- Voda – zdrojom môžu byť útvary podzemnej a povrchovej vody.
Pre systémy ohrevu vody, ktoré sú bežnejšie, sa používajú tieto typy tepelných čerpadiel:
„Vzduch-voda“ je tepelné čerpadlo vzduchového typu, ktoré vykuruje budovu nasávaním vzduchu zvonku cez externú jednotku. Funguje na princípe klimatizácie, len naopak, premieňa energiu vzduchu na teplo. Takéto tepelné čerpadlo si nevyžaduje veľké náklady na inštaláciu, nie je potrebné naň vyčleniť pozemok a najmä vŕtať studňu. Prevádzková účinnosť pri nízkych teplotách (-25ºС) je však znížená a je potrebný dodatočný zdroj tepelnej energie.
Zariadenie „podzemná voda“ je geotermálne zariadenie a odoberá teplo zo zeme pomocou kolektora umiestneného v hĺbke pod bodom mrazu pôdy. Existuje tiež závislosť od oblasti miesta a krajiny, ak je kolektor umiestnený horizontálne. Pre vertikálne umiestnenie budete musieť vyvŕtať studňu.
„Voda-voda“ sa inštaluje tam, kde je v blízkosti rybník alebo podzemná voda. V prvom prípade sa kolektor položí na dno nádrže, v druhom sa vyvŕta studňa alebo niekoľko studní, ak to oblasť miesta umožňuje. Niekedy je hĺbka podzemnej vody príliš veľká, takže náklady na inštaláciu takéhoto tepelného čerpadla môžu byť veľmi vysoké.
Každý typ tepelného čerpadla má svoje výhody a nevýhody, ak sa budova nachádza ďaleko od vodného útvaru alebo je podzemná voda príliš hlboká, potom „voda-voda“ nebude fungovať. „Vzduch-voda“ bude relevantná iba v relatívne teplých oblastiach, kde teplota vzduchu v chladnom období neklesne pod -25 ° C.
Spôsob výpočtu výkonu tepelného čerpadla
Okrem určenia optimálneho zdroja energie budete musieť vypočítať výkon tepelného čerpadla potrebný na vykurovanie. Závisí to od množstva tepelných strát z budovy. Vypočítajme si výkon tepelného čerpadla na vykurovanie domu na konkrétnom príklade.
Na to použijeme vzorec Q=k*V*∆T, kde
- Q je tepelná strata (kcal/hod). 1 kW/h = 860 kcal/h;
- V je objem domu v m3 (plocha sa vynásobí výškou stropov);
- ∆T – pomer minimálnych teplôt vonku a vnútri miestnosti počas najchladnejšieho obdobia roka, °C. Od vnútorného tº odpočítame vonkajšie;
- k je zovšeobecnený súčiniteľ prestupu tepla budovy. Pre murovanú stavbu s murivom v dvoch vrstvách k=1; pre dobre izolovanú budovu k=0,6.
Výpočet výkonu tepelného čerpadla na vykurovanie tehlového domu s rozlohou 100 m2 a výškou stropu 2,5 m s rozdielom ttº od -30º vonku do +20º vnútri bude teda nasledovný:
Q = (100 x 2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12 500 kcal/hod.
12500/860= 14,53 kW. To znamená, že pre štandardný tehlový dom s rozlohou 100 m budete potrebovať 14-kilowattové zariadenie.
Spotrebiteľ si vyberá typ a výkon tepelného čerpadla na základe niekoľkých podmienok:
- geografické vlastnosti oblasti (blízkosť nádrží, prítomnosť podzemnej vody, voľná pôda pre kolektor);
- klimatické vlastnosti (teplota);
- typ a vnútorný objem miestnosti;
- finančné príležitosti.
Ak vezmete do úvahy všetky vyššie uvedené aspekty, môžete urobiť optimálny výber zariadenia. Pre efektívnejší a správny výber tepelného čerpadla je lepšie kontaktovať špecialistov, ktorí budú schopní urobiť podrobnejšie výpočty a poskytnúť ekonomickú realizovateľnosť inštalácie zariadenia.
Tepelné čerpadlá sa už dlho a veľmi úspešne používajú v domácich a priemyselných chladničkách a klimatizáciách.
Dnes sa tieto zariadenia začali využívať na opačnú funkciu – vykurovanie domácnosti počas chladného počasia.
Pozrime sa, ako sa tepelné čerpadlá používajú na vykurovanie súkromných domov a čo potrebujete vedieť, aby ste správne vypočítali všetky jeho komponenty.
Príklad výpočtu tepelného čerpadla
Vyberieme vykurovacie teleso pre vykurovací systém jednoposchodového domu s celkovou plochou 70 metrov štvorcových. m so štandardnou výškou stropu (2,5 m), racionálnou architektúrou a tepelnou izoláciou obvodových konštrukcií, ktoré spĺňajú požiadavky moderných stavebných predpisov. Na vykurovanie 1.m2. m takéhoto objektu, podľa všeobecne uznávaných noriem, je potrebné minúť 100 W tepla. Na vykurovanie celého domu teda budete potrebovať:
Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW tepelnej energie.
Vyberáme tepelné čerpadlo značky TeploDarom (model L-024-WLC) s tepelným výkonom W = 7,7 kW. Kompresor jednotky spotrebuje N = 2,5 kW elektrickej energie.
Výpočet nádrže
Pôda na ploche vyčlenenej na výstavbu kolektora je ílovitá, hladina podzemnej vody je vysoká (predpokladáme výhrevnosť p = 35 W/m).
Výkon kolektora je určený vzorcom:
Qk = W – N = 7,7 – 2,5 = 5,2 kW.
L = 5200 / 35 = 148,5 m (približne).
Na základe skutočnosti, že kladenie okruhu dlhšieho ako 100 m je iracionálne z dôvodu príliš vysokého hydraulického odporu, akceptujeme nasledovné: kolektor tepelného čerpadla bude pozostávať z dvoch okruhov - 100 m a 50 m dlhých.
Oblasť lokality, ktorú bude potrebné prideliť kolektorovi, bude určená vzorcom:
Kde A je krok medzi susednými časťami obrysu. Akceptujeme: A = 0,8 m.
Potom S = 150 x 0,8 = 120 štvorcových. m.
Návratnosť tepelného čerpadla
Pokiaľ ide o to, ako dlho bude trvať, kým sa človeku vráti peniaze investované do niečoho, myslíme tým, aká výhodná bola samotná investícia. V sektore vykurovania je všetko dosť ťažké, pretože si poskytujeme pohodlie a teplo a všetky systémy sú drahé, ale v tomto prípade môžete hľadať možnosť, ktorá by vrátila vynaložené peniaze znížením nákladov počas používania. A keď začnete hľadať vhodné riešenie, porovnávate všetko: plynový kotol, tepelné čerpadlo či elektrokotol. Budeme analyzovať, ktorý systém sa oplatí rýchlejšie a efektívnejšie.
Pojem návratnosť, v tomto prípade zavedenie tepelného čerpadla na modernizáciu existujúceho systému zásobovania teplom, zjednodušene povedané, možno vysvetliť takto:
Je tu jeden systém - samostatný plynový kotol, ktorý zabezpečuje autonómne vykurovanie a ohrev vody. K dispozícii je klimatizácia s deleným systémom, ktorá dodáva studený vzduch do jednej miestnosti. 3 split systémy inštalované v rôznych miestnostiach.
A existuje aj hospodárnejšia vyspelá technológia – tepelné čerpadlo, ktoré vykuruje / chladí domy a ohrieva vodu v správnom množstve pre dom alebo byt. Je potrebné zistiť, o koľko sa zmenili celkové náklady na zariadenia a počiatočné náklady a tiež odhadnúť, o koľko sa znížili ročné náklady na prevádzku vybraných typov zariadení. A určte, koľko rokov bude trvať, kým sa drahšie zariadenie splatí s výslednými úsporami. V ideálnom prípade sa porovná niekoľko navrhovaných konštrukčných riešení a vyberie sa cenovo najvýhodnejšie.
Urobíme výpočty a zistíme, aká je doba návratnosti tepelného čerpadla na Ukrajine
Pozrime sa na konkrétny príklad
- Dom má 2 podlažia, je dobre zateplený, s celkovou rozlohou 150 m2.
- Rozvod tepla/vykurovací systém: okruh 1 – vyhrievaná podlaha, okruh 2 – radiátory (alebo fancoily).
- Nainštalovaný je plynový kotol na vykurovanie a prípravu teplej vody (TUV), napr. 24 kW, dvojokruhový.
- Split klimatizačný systém pre 3 izby domu.
Ročné náklady na vykurovanie a ohrev vody
- Orientačné náklady na kotolňu s plynovým kotlom 24 kW (kotol, potrubie, rozvody, zásobník, merač, montáž) sú cca 1000 Eur. Klimatizácia (jeden split systém) pre takýto dom bude stáť asi 800 eur. Spolu vrátane montáže kotolne, projekčných prác, napojenia na plynovodnú sieť a montážnych prác - 6100 eur.
- Orientačné náklady na tepelné čerpadlo Mycond s doplnkovým fancoil systémom, montážnymi prácami a pripojením do elektrickej siete sú 6 650 eur.
- Rast kapitálových investícií je: K2-K1 = 6650 – 6100 = 550 eur (alebo asi 16500 UAH)
- Zníženie prevádzkových nákladov je: C1-C2 = 27252 – 7644 = 19608 UAH.
- Doba návratnosti Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 roka!
Jednoduché použitie tepelného čerpadla
Tepelné čerpadlá sú najuniverzálnejšie, multifunkčné a energeticky najefektívnejšie zariadenie na vykurovanie domu, bytu, kancelárie alebo komerčného objektu.
Inteligentný riadiaci systém s týždenným alebo denným programovaním, automatickým prepínaním sezónnych nastavení, udržiavaním teploty v dome, ekonomickými režimami, ovládaním podriadeného kotla, kotla, obehových čerpadiel, reguláciou teploty v dvoch vykurovacích okruhoch, je najpokročilejší a najpokročilejší . Invertorové ovládanie kompresora, ventilátora a čerpadiel umožňuje maximálnu úsporu energie.
Prevádzka tepelného čerpadla pri práci podľa schémy zem-voda
Kolektor je možné inštalovať do zeme tromi spôsobmi.
Horizontálna možnosť
Rúry sú uložené v zákopoch v „hadovom“ vzore do hĺbky presahujúcej hĺbku zamrznutia pôdy (v priemere od 1 do 1,5 m).
Takýto zberač bude vyžadovať pomerne veľký pozemok, ale môže ho postaviť každý majiteľ domu - nebudú potrebné žiadne zručnosti okrem schopnosti pracovať s lopatou.
Malo by sa však vziať do úvahy, že ručná konštrukcia výmenníka tepla je pomerne náročný proces.
Vertikálna možnosť
Kolektorové potrubia vo forme slučiek v tvare písmena „U“ sú ponorené do studní s hĺbkou 20 až 100 m. V prípade potreby je možné vybudovať niekoľko takýchto studní. Po inštalácii potrubí sa jamky naplnia cementovou maltou.
Výhodou vertikálneho kolektora je, že jeho konštrukcia vyžaduje veľmi malú plochu. Neexistuje však spôsob, ako vŕtať studne hlbšie ako 20 m svojpomocne - budete si musieť najať tím vŕtačov.
Kombinovaná možnosť
Tento kolektor možno považovať za typ horizontálneho, ale jeho konštrukcia bude vyžadovať oveľa menej miesta.
Na mieste je vykopaná kruhová studňa s hĺbkou 2 m.
Rúry výmenníka tepla sú uložené v špirále, takže okruh vyzerá ako vertikálne inštalovaná pružina.
Po dokončení inštalačných prác sa studňa zasype. Rovnako ako v prípade horizontálneho výmenníka tepla, všetky potrebné práce je možné vykonať vlastnými rukami.
Zberač je naplnený nemrznúcou zmesou - nemrznúcou zmesou alebo roztokom etylénglykolu. Na zabezpečenie jeho cirkulácie je do okruhu vložené špeciálne čerpadlo. Po absorbovaní tepla pôdy vstupuje nemrznúca zmes do výparníka, kde dochádza k výmene tepla medzi ňou a chladivom.
Je potrebné vziať do úvahy, že neobmedzený odber tepla zo zeme, najmä ak je kolektor umiestnený vertikálne, môže viesť k nežiaducim následkom pre geológiu a ekológiu lokality. Preto je v lete veľmi žiaduce prevádzkovať HP typu „pôda-voda“ v reverznom režime - klimatizácia.
Plynový vykurovací systém má veľa výhod a jednou z hlavných sú nízke náklady na plyn. Schéma vykurovania pre súkromný dom s plynovým kotlom vám povie, ako zariadiť vykurovanie vášho domu plynom. Zoberme si návrh vykurovacieho systému a požiadavky na výmenu.
Prečítajte si o vlastnostiach výberu solárnych panelov na vykurovanie vášho domova v tejto téme.
Výpočet horizontálneho kolektora tepelného čerpadla
Účinnosť horizontálneho kolektora závisí od teploty média, v ktorom je ponorený, od jeho tepelnej vodivosti a od plochy kontaktu s povrchom potrubia. Metóda výpočtu je pomerne zložitá, preto sa vo väčšine prípadov používajú spriemerované údaje.
Predpokladá sa, že každý meter výmenníka tepla poskytuje HP nasledujúci tepelný výkon:
- 10 W – pri zakopaní v suchej piesočnatej alebo kamenistej pôde;
- 20 W – v suchej ílovitej pôde;
- 25 W – vo vlhkej ílovitej pôde;
- 35 W – vo veľmi vlhkej ílovitej pôde.
Na výpočet dĺžky kolektora (L) by sa mal požadovaný tepelný výkon (Q) vydeliť výhrevnosťou pôdy (p):
- Plocha pozemku nad kanalizáciou nie je zastavaná, zatienená ani vysadená stromami alebo kríkmi.
- Vzdialenosť medzi susednými závitmi špirály alebo úsekmi „hada“ je najmenej 0,7 m.
Princíp činnosti tepelných čerpadiel
Každý HP obsahuje pracovné médium nazývané chladivo. V tejto funkcii zvyčajne pôsobí freón, menej často amoniak. Samotné zariadenie pozostáva iba z troch komponentov:
Výparník a kondenzátor sú dva zásobníky, ktoré vyzerajú ako dlhé zakrivené rúrky - cievky. Kondenzátor je jedným koncom pripojený k výstupnému potrubiu kompresora a výparník je pripojený k vstupnému potrubiu. Konce cievok sú spojené a na križovatke medzi nimi je inštalovaný redukčný ventil. Výparník je v kontakte – priamo alebo nepriamo – so zdrojovým médiom a kondenzátor je v kontakte s vykurovacím alebo teplovodným systémom.
Princíp činnosti tepelného čerpadla
Prevádzka HP je založená na vzájomnej závislosti objemu plynu, tlaku a teploty. Tu je to, čo sa deje vo vnútri jednotky:
- Amoniak, freón alebo iné chladivo, ktoré sa pohybuje cez výparník, sa ohrieva zo zdrojového média, povedzme, na teplotu +5 stupňov.
- Po prechode cez výparník sa plyn dostane ku kompresoru, ktorý ho prečerpá do kondenzátora.
- Chladivo čerpané kompresorom je zadržiavané v kondenzátore redukčným ventilom, takže jeho tlak je tu vyšší ako vo výparníku. Ako je známe, so zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje teplota akéhokoľvek plynu. Presne to sa deje s chladivom – zohreje sa na 60 – 70 stupňov. Keďže kondenzátor je umývaný chladiacou kvapalinou cirkulujúcou vo vykurovacom systéme, tento sa tiež zahrieva.
- Cez redukčný ventil sa chladivo po malých častiach vypúšťa do výparníka, kde jeho tlak opäť klesne. Plyn sa rozpína a ochladzuje a keďže časť vnútornej energie stratil v dôsledku výmeny tepla v predchádzajúcom stupni, jeho teplota klesá pod pôvodných +5 stupňov. Po výparníku sa opäť ohrieva, potom sa kompresorom čerpá do kondenzátora - a tak ďalej v kruhu. Vedecky sa tento proces nazýva Carnotov cyklus.
Ale HP je stále veľmi ziskové: za každú spotrebovanú kWh elektriny môžete získať 3 až 5 kWh tepla.
Vplyv počiatočných údajov na výsledok výpočtu
Využime teraz matematický model skonštruovaný počas výpočtov, aby sme mohli sledovať vplyv rôznych počiatočných údajov na konečný výsledok výpočtu. Všimnime si, že výpočty vykonané v Exceli umožňujú vykonať takúto analýzu veľmi rýchlo.
Najprv sa pozrime na to, ako je veľkosť tepelného toku do VGT z pôdy ovplyvnená jeho tepelnou vodivosťou.
Tepelný výkon tepelného čerpadla vzduch-voda (TČ), inak množstvo obnoviteľného tepla odoberaného z prostredia, je priamo úmerný teplote vonkajšieho vzduchu. Čím je vzduch chladnejší, tým je získavanie tepla z neho drahšie. Konverzný faktor COP sa mení v závislosti od okolitých teplôt: čím nižšia je vonkajšia teplota, tým viac energie vzduchové tepelné čerpadlo spotrebuje.
Určenie výkonu a výber tepelného čerpadla je pomerne komplikovaná záležitosť. Reálne čísla a výkonové diagramy zvyčajne poskytujú závody na výrobu tepelných čerpadiel, ako aj špeciálny softvér na výpočet a výber zariadení. Tu zadávate údaje pre konkrétny objekt nachádzajúci sa v určitej teplotnej oblasti.
Tepelné čerpadlo: tepelný výkon na vykurovanie a prípravu teplej úžitkovej vody
Pozrime sa, aké faktory určujú výkon HP a podľa toho aj náklady na jednotky HP, ako aj efektivitu jeho prevádzky.
Radiátory alebo vyhrievané podlahy
Vykurovací systém s tepelným čerpadlom sa zvyčajne realizuje na báze radiátorového rozvodu a/alebo systému s vyhrievanými podlahami, stenami alebo systémom fancoilov. Zároveň sa teplota ohrevu chladiacej kvapaliny líši od 35-45 °C - pre vyhrievané podlahy, po 65-75 °C a vyššie - pre radiátorový systém, čo ovplyvňuje hodnotu výkonu tepelného čerpadla. Čím nižšia je teplota chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme, tým nižšia je spotreba energie, tým nižší je tepelný výkon a zariadenie je lacnejšie. Na modernizáciu vykurovacích systémov s radiátormi pri výmene drahých plynových kotlov je možné inštalovať vzduchové tepelné čerpadlá s vysokou teplotou na ohrev chladiacej kvapaliny až na 80 °C. Napríklad tepelné čerpadlá Hitachi YUTAKI S 80. Aj keď je chladiaca kvapalina zahriata na 65 stupňov a viac, takýto systém je niekoľkonásobne ekonomickejší ako plynový kotol.
Schéma realizácie: Len TČ, TČ + záložný kotol
TN. Ak funguje iba tepelné čerpadlo, musí úplne vyriešiť problémy s dodávkou tepla a ohrevom vody, pričom v špičkách pripája zabudovaný elektrický ohrievač.
HP+kotol. Ak bol predtým nainštalovaný plynový kotol alebo kotol na pelety, môže prevziať časť špičkového zaťaženia a znížiť celkovú spotrebu energie tepelného čerpadla.
Existujú rôzne schémy prevádzky vykurovacích telies, ktoré sa vyberajú individuálne pre každý objekt: monoenergetické (len elektrina), monovalentné (VT + vykurovacie teleso) alebo bivalentné (VT + kotol). Optimálna teplota, ktorá je ekonomicky výhodná pri prechode na záložný zdroj tepla, sa nazýva „bod bivalencie“. Pre mesto Kyjev a región je to -7 °C.
Tepelná izolácia budovy
Pri výbere tepelného čerpadla na vykurovanie domu by ste mali vedieť, že viac zateplený dom si vyžiada niekoľkonásobne menej tepla ako budova bez tepelných modernizačných prác. Hodnoty tepelných strát (merné tepelné zaťaženie) pre rôzne typy budov sú uvedené v tabuľke.
To ukazuje, že na kompenzáciu tepelných strát miestnosti s rozlohou 100 m2 v dobre izolovanom dome budete potrebovať:
Q H = 50 W/m2 x 100 m2 = 5000 W alebo 5 kW tepelný výkon.
Vypočítané hodnoty tepelných strát sú uvedené na základe vypočítanej minimálnej teploty, napríklad pre oblasť Kyjeva je to -22 °C.
Preto pre zle izolovaný dom dostaneme:
Q H = 200 W/m2 x 100 m2 = 20 000 W alebo 20 kW tepelného výkonu.
Tento rozdiel: 5 kW a 20 kW nás núti pristúpiť k opatreniam na tepelnú modernizáciu (zateplenie) objektu a následne zvoliť cenovo dostupnejšie a cenovo výhodnejšie tepelné čerpadlo.
Tepelné čerpadlá na vykurovanie a ohrev vody (TÚV)
Pri výbere tepelného čerpadla do privátu sa väčšinou berie do úvahy prevádzka tepelného čerpadla na ohrev vody do kuchyne, kúpeľne alebo sprchy. V tomto prípade sa berie do úvahy denné rozloženie zaťaženia. Najčastejšie používajú teplú vodu večer alebo ráno av zime sa tieto zaťaženia pridávajú k práci HP na vykurovanie. Pri systémoch tepelných čerpadiel majú zvyčajne vyššiu prioritu úlohy zásobovania teplou vodou a potom vykurovania; výpočet je založený na celkovom tepelnom zaťažení: na vykurovanie a zásobovanie teplou vodou.
Na určenie tepelného výkonu tepelného čerpadla na ohrev vody pre domáce potreby využívajú štandardné údaje o spotrebe vody pri určitej teplote a celkovej spotrebe tepla, a to na základe počtu osôb bývajúcich v dome.
Na jednu osobu akceptujeme normu 50 litrov vody s teplotou 45 °C, čo zodpovedá norme spotreby 0,25 kW tepelného výkonu.
Zistili sme, že pre štvorčlennú rodinu žijúcu v súkromnom dome s rozlohou 100 m2 je potrebný nasledujúci tepelný výkon:
Q W = 0,25 kW/osoba * 4 osoby. = 1,0 kW
Teraz je možné vykonať priemerný výpočet tepelného výkonu, berúc do úvahy celkové zaťaženie na ohrev chladiacej kvapaliny pre vykurovací systém a ohrev vody pre domáce potreby.
Celkový tepelný výkon na vykurovanie a dodávku teplej vody pre dobre izolovaný dom:
Q SUM = Q H + Q W = 5 kW + 1 kW = 6 kW.
Celkový tepelný výkon pre systém vykurovania a prípravy teplej vody pre zle izolovaný dom:
Q SUM = Q H + Q W = 20 kW + 1 kW = 21 kW.
A pre podmienky „bivalenčného bodu“, keď je vonku -7 ° C a je potrebné udržiavať +20 ° C vo vnútri domu s rozlohou 100 m2, budete potrebovať, berúc do úvahy teplotný rozdiel:
Q kalkul.. = 6 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 6 * 27 / 42 = 3,86 kW tepla z tepelného čerpadla.
A v druhom príklade pre budovu bez tepelnej izolácie je potrebné:
Q kalkul.. = 21 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 21 * 27 / 42 = 13,5 kW tepla z tepelného čerpadla.
Na základe týchto údajov, s prihliadnutím na teplotu „bodu bivalencie“ a s výkonovou rezervou sa z modelového radu vyberie podobná vyššia hodnota tepelného výkonu tepelného čerpadla.
Čo zohľadňuje výkonová rezerva?
- Zmeny teploty vstupnej vody. Každý vie, že voda z vodovodu je v zime oveľa chladnejšia a teplotný rozdiel medzi vstupnou a výstupnou vodou je v zime väčší.
- Potreba ohrievania vody na požadovanú teplotu v akumulačnej nádrži, ak sa dlhší čas nepoužíva.
- Zvýšená spotreba teplej vody a jej ohrev na vyššiu teplotu v zime.
Na základe tabuliek ponúkaných výrobcom sa na základe teploty výstupnej vody a teploty vonkajšieho vzduchu vyberá zostava vnútornej jednotky a príslušnej vonkajšej jednotky tepelného čerpadla na základe výkonu. Príkladom je tabuľka technických údajov pre vysokoúčinné tepelné čerpadlá vzduch-voda radu Hitachi Yutaki S. Pre vypočítané získané údaje je vhodný model s tepelným výkonom cca 5,0 kW.
Čo určuje cenu tepelného čerpadla?
Čím je tepelné čerpadlo výkonnejšie, tým je jeho cena vyššia.
Ako znížiť náklady na tepelné čerpadlo?
- Vykonajte výpočty a výber zariadenia správne a profesionálne.
- Zaizolujte budovu.
- Minimalizujte tepelné straty oknami a vetraním.
- Nainštalujte nízkoteplotné vyhrievané podlahy alebo fancoily alebo zmiešaný systém (radiátory + vyhrievané podlahy, fancoily + vyhrievané podlahy).
- Na zníženie zaťaženia TČ použite bivalentný okruh TČ + kotla.
- Zapojte sa do programu IQ energy a ušetrite až 35 % nákladov na vybavenie a inštaláciu.
Aby ste predišli zbytočným nákladom či stratám, je lepšie zveriť presnejší výber tepelného čerpadla do rúk profesionálov.
Pre výber správneho tepelného čerpadla, ktorého ceny a inštalačné služby by boli primerané a opodstatnené, sa obráťte na kompetentných skúsených odborníkov AKLIMA. Máme bohaté skúsenosti s implementáciou moderných systémov tepelných čerpadiel a ponúkame vysokokvalitné služby inštalácie a údržby takýchto zariadení po celej Ukrajine.
