Calculul și proiectarea pompelor de căldură

Acasă> Articole> Cum să calculeze și să aleagă o pompă de căldură

Calculul și proiectarea pompelor de căldură

Cum să calculeze și să aleagă o pompă de căldură.

După cum se știe, pompe de căldură pot folosi gratuit, energie regenerabilă: căldură grad scăzut de aer, sol, ape subterane, rezervoare de apă cu gheață în aer liber, de canalizare și apă de defect și aer, precum și companiile de tehnologie de căldură deșeuri. Pentru aceasta pentru a colecta energia electrică consumată, dar raportul dintre energia termică rezultată la cantitatea de energie electrică consumată este de aproximativ 3-7 ori.

Dacă vorbim doar despre sursele de căldură de calitate inferioară din jur pentru a fi utilizate în scopuri de încălzire, este; Temperatura aerului exterior -3-15 ° C, retras din aerul camerei (15-25 ° C) subterană (4-10 ° C) și la sol (aproximativ 10 ° C), apa, lac și apă de râu (5-10 ° C), suprafața solului (sub punctul de îngheț) (3-9 ° C) și un teren de adâncime (mai mare de 6 m - 8 ° C).

Selectarea căldurii mediului (regiunea internă).

In evaporatorul mediul de lucru este pompat agent frigorific lichid la presiune joasă. nivel termic evaporator temperatura ambiantă, peste fluidul de lucru cu punct de fierbere corespunzător (agent frigorific este selectat astfel încât acesta se poate fierbe chiar si la temperaturi sub zero grade). Datorită acestei diferențe de temperatură apare din jurul mediului de transfer termic, mediul de lucru, care, la aceste temperaturi fierbe și se evaporă (transformată în abur). Necesar pentru această căldură este extrasă din orice sursă de căldură de mai sus enumerate de calitate inferioară.

Pentru mai multe detalii privind sursele de energie regenerabile

Dacă sursa de căldură este de ventilație a aerului atmosferic sau se aplică pompelor de căldură care funcționează în conformitate cu „aer-apă“. Pompa poate fi poziționată în interiorul sau exteriorul camerei, cu condensator intern sau extern. Aerul este suflat prin schimbătorul de căldură (evaporator) printr-un ventilator.

Tipuri de schimbătoare de căldură orizontale:

- țevi schimbătoare de căldură conectate în serie;
- un schimbător de căldură al conductelor conectat în paralel;
- colector orizontal, pus în șanț;
- un schimbător de căldură într-o buclă;
- un schimbător de căldură într-o formă de spirală, plasată orizontal (așa-numitul «slinky» colector);
- un schimbător de căldură într-o formă de spirală, dispuse vertical.

Sistemele deschise sunt mai des folosite pentru încălzirea sau răcirea clădirilor mari. cel mai mare sistem geotermal teplonanosnaya din lume folosește ca sursă de joasă potențială a apelor subterane de energie termică. Acest sistem este situat în orașul american Louisville (Louisville), Kentucky. Sistemul este folosit pentru încălzire și răcire a hotelului și de birou complexe; Capacitatea sa este de aproximativ 10 MW.

Ia-o altă sursă - buclă iaz poate fi prevăzută o țeavă de plastic la partea sa inferioară, circuitul „apă-apă / sistem închis.“ Prin circulant etilenglicol conductă (antigel), care prin schimbătorul de căldură (evaporator) transferă căldura pompă de căldură către agentul frigorific.

Primer are capacitatea de a acumula energie solară într-o lungă perioadă de timp, care asigură o temperatură relativ uniformă sursă de căldură pe tot parcursul anului, și, astfel, un coeficient ridicat de pompă de conversie termică. Temperatura în straturile superioare ale solului variază în funcție de sezon. Sub limita de îngheț aceste oscilații de temperatură sunt semnificativ reduse. Căldura acumulată în sol extras de montat orizontal sigilate schimbătoarele, numite rezervoare terestre sau prin schimbătoare de căldură așezate vertical, așa-numitele sonde geotermale. Căldura este transferată în mediu de apă și etilen glicol amestec (saramură sau mediu), temperatura de congelare a care ar trebui să fie de aproximativ -13 ° C (pentru a lua în considerare datele producătorului). Cu această soluție salină nu îngheață în timpul funcționării.

Prin urmare, există două posibilități obține căldură grad scăzut de la sol. tevi din plastic pozare orizontale în adâncimea șanțului 1,3-1,7 m, în funcție de condițiile climatice sau adâncimea verticală bine de 20-100 m. Stivuirea țevi în șanț, și pot fi produse sub formă de spirale, dar cu adâncimea de stivuire 2- 4 m, se va reduce foarte mult din lungimea totală a șanțurilor. sol maximă a suprafeței de transfer de căldură a variat intre 7 si 25 Watt rm cu geotermală lm watt 20-50 Potrivit companiilor de producție, durata de viață a tranșee și găuri este mai mult de 100 de ani.

Din 1986, în Elveția, în apropiere de Zurich, realizat sistemul de cercetare cu schimbătoare de căldură sol verticale. [4] Matricea a fost aranjată murdărie neasfaltat schimbător de căldură vertical adâncimea coaxial 105 m. Acest schimbător de căldură folosit ca o sursă de energie termică scăzută potențial pentru sistemul teplonanosnoy instalat în casă de locuit pentru o singură familie. schimbător de căldură sol verticală, o putere de vârf de aproximativ 70 de wați pe metru lungime, creând o sarcină termică semnificativă pe matricea solului din jur. Producția anuală de energie termică este de aproximativ 13 MW • h.

La o distanță de 0,5 până la 1 m de gaura de sondă principală au fost forate două suplimentare, în care o adâncime de 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 și 105 m senzorii de temperatură sunt instalate, după care godeurile au fost umplute cu amestec argilă-ciment. Temperatura a fost măsurată la fiecare treizeci de minute. De asemenea, a înregistrat temperatura solului și alți parametri: debitul agentului de răcire, consumul de energie al temperaturii aerului de antrenare a compresorului, etc ...

Modelele matematice ale proceselor au fost construite pe baza datelor experimentale, având loc într-un masiv teren, care a făcut prognoza pe termen lung a modificărilor temperaturii masei de sol.

Modelarea matematică a demonstrat că scăderea anuală a temperaturii va scădea treptat, iar volumul masei de sol în jurul schimbătorului de căldură, sensibile la scăderea temperaturii, în fiecare an va crește. La sfârșitul perioadei de funcționare a procesului de regenerare începe, temperatura solului începe să crească. Caracterul procesului de regenerare este similar cu caracterul „selecției“ de căldură: o creștere bruscă a temperaturii solului se produce în primii ani de funcționare, iar în anii următori, temperatura crește scade rata. Perioada „regenerare“ depinde de durata perioadei de funcționare. Aceste două cicluri sunt aproximativ aceleași. În acest caz, în timpul funcționării schimbătoarelor de căldură la sol sa ridicat la treizeci de ani, iar perioada de „recuperare“, este, de asemenea, în curs de evaluare în treizeci de ani

Astfel, sistemele de răcire ale clădirilor, care utilizează căldură grad scăzut al pământului termic și reprezintă o sursă sigură de energie care pot fi utilizate în mod universal. Această sursă poate fi folosită pentru o perioadă suficient de lungă de timp, poate fi reînnoită, la sfârșitul perioadei de funcționare.

Calcularea orizontală galeriei pompei de căldură

Distanța minimă dintre conductele existente ar trebui să fie de cel puțin 0,7-0,8 m. Lungimea unui șanț poate atinge între 30 150 m. Este important ca lungimile bucle conectate erau aproximativ egale. Soluția de etilenglicol se recomandă să se utilizeze (mediu), cu punctul de congelare ca agentul primar de răcire de aproximativ -13 ° C În calculele, trebuie remarcat faptul că căldura specifică a soluției la 0 ° C de 3,7 kJ / (kg · K) și densitate - 1,05 g / cm 3. Când utilizați mediul, pierderea de presiune în tuburi este de 1,5 ori mai mult decât pentru circulația apei. Pentru a calcula parametrii circuitului primar al instalației pompei de căldură este necesară pentru a determina viteza de curgere a mediului:

Vs = Qo · 3600 / (1,05 · 3,7 · .T),

în care .T - diferența de temperatură între tur și retur linii, care este adesea presupus a fi egal cu 3 aprox. Apoi Qo - puterea termică generată de sursa de joasă potențial (sol). Această din urmă valoare este calculată ca diferența dintre puterea totală a pompei de căldură și QWP puterea electrică consumată pe încălzirea lichidului de răcire a P:

Lungimea totală a țevilor colectoare L și suprafața totală L A calculat cu formula:

Aici q - specific (cu 1 m tub) îndepărtarea căldurii; da - distanța dintre țevile (stivuire pas).

Exemplu de calcul. Pompele de căldură.

Condiții inițiale: cererea de energie termică din zona cabana 120-240 m 2 (calculat ținând cont de infiltrarea pierderilor de căldură) - 13 kW; Temperatura apei în sistemul de încălzire luat egal cu 35 ° C (podpolovoy încălzire); Temperatura minimă a lichidului de răcire la ieșirea din vaporizator - 0 ° C. Pentru încălzirea unei clădiri este selectată capacitatea pompei de căldură de 14,5 kW Număr de echipamente tehnologice existente, luând în considerare pierderile în vâscozitatea mediului, selecția și transferul de energie termică din substratul este 3.22 kW. îndepărtarea căldurii din stratul superficial de sol (argilă uscată), q este egal cu 20 W / MP. În conformitate cu formulele calcula:

1) necesară încălzire capacitate Qo = colector 14.5-3.22 = 11,28 kW;

2) lungimea totală a conductelor L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 lm Pentru a organiza astfel de circuite colectoare necesare 6 100 m;

3) atunci când stivuire pas necesar 0,75 m suprafața de teren A = 600 x 0,75 = 450 m 2;

4) totală etilen glicol reumplerii Vs = 11,28 · 3600 / (1,05 · 3 · 3,7) = 3,51 m 3 într-un singur circuit este egal cu 0,58 m 3.

Pentru colector dispozitiv alege din plastic dimensiune 32h3 țeavă. Pierderi de presiune în ea se ridică la 45 Pa / MP.; o rezistență de circuit - aproximativ 7 kPa; Debitul de lichid de răcire - 0,3 m / s.

Atunci când se utilizează adâncimea verticală bine de 20 m la 100 sunt scufundate din plastic în formă de U (cu un diametru de 32 mm) țeavă. De regulă, un bine este inserat în două bucle, cu soluția de umplere suspensnym. Medie îndepărtarea căldurii specifice a sondei poate fi luată ca 50 W / MP. Puteți naviga, de asemenea, următoarele date privind îndepărtarea căldurii:

- sedimente uscate - 20 W / m;
- sol pietros și saturate cu apă roci sedimentare - 50 W / m;
- rocă de piatră cu conductivitate termică ridicată - 70 W / m;
- apelor subterane - 80 W / m.

Temperatura solului la o adâncime mai mare de 15 m este constantă și este de aproximativ 9 ° C Distanța dintre găuri trebuie să fie mai mare de 5 metri. În prezența curenților subsurface, puțuri trebuie amplasate pe o linie perpendiculară pe fluxul.

Selectarea diametrelor conductelor se realizează pe baza pierderii de presiune pentru debitul lichidului de răcire a dorit. Calculul Debitul poate fi efectuat pentru t = 5 ° C

Date de intrare - la fel ca și în colectorul orizontal de calcul de mai sus. Când sonda specifică de îndepărtare a căldurii de 50 W / m și au necesitat o capacitate 11.28 kW sonda lungimea L trebuie să se ridică la 225 m.

. Pentru colector dispozitiv trei sonde trebuie forate la o adâncime de 75 m, în locul fiecăruia dintre cele două bucle de țeavă 32h3 dimensiune; - 6 circuite de 150 m.

Debitul total de lichid de răcire la .T = 5 ° C va fi 2,1 m 3 / h; curge printr-o singură cale - 0,35 m3 / h. Contururile vor avea următoarele caracteristici hidraulice: pierderea de presiune în conducta - 96 Pa / m (apă de încălzire - 25 la suta etilenglicol); impedanța circuitului - 14,4 kPa; viteza de curgere - 0,3 m / s.

Deoarece temperatura lichidului de răcire poate varia (-5-20 ° C) în circuitul primar al instalației pompei de căldură necesită rezervor de expansiune hidraulic.

De asemenea, vă recomandăm încălzirea (condensator) a rezervorului de stocare linie de pompă de căldură: compresorul pompei de căldură funcționează în modul „on-off“. începe prea frecvente pot duce la uzura accelerată a părților sale. Rezervorul este, de asemenea, util ca un magazin de energie - pe pană de curent. Volumul său minim este primit de la rata de 20-30 de litri pe 1 kW de pompe de căldură.

Când utilizați bivalentsii, a doua sursă de energie (electrică, gaze, lichide sau cazan cu combustibil solid), acesta este conectat la circuitul prin rezervorul de stocare, care este de asemenea termogidroraspredelitelem, includerea cazanului este controlată de o pompă de căldură sau un sistem de automatizare nivel superior.

In cazul unor eventuale pierderi de memorie poate crește puterea pompei de căldură instalată la coeficientul calculat prin formula: f = 24 / (24 - t oprit) atunci când acestea nu t - durata unei întreruperi de curent.

În cazul unei posibile căderi de tensiune, timp de 4 ore, acest coeficient este egal cu 1,2.

Puterea pompei de căldură poate fi ales pe baza unui monovalent sau bivalent funcționarea acestuia. În primul caz, se presupune că pompa de căldură este utilizat ca singurul generator de energie termică.

În contextul regiunii centrale România pentru o evaluare a selecției unei pompe de căldură care funcționează într-un mod bivalentă poate fi ghidat de raportul 70/30: 70% din necesarul de căldură este acoperită de pompa de căldură, iar restul de 30 - sursa de căldură electrice sau. În regiunile sudice pot fi ghidate de raportul de putere al pompei de căldură și sursa de căldură suplimentare, utilizate în mod obișnuit în Europa de Vest: 50-50.

Pentru zona cabana de 200 m 2 până la 4 persoane cu pierderi de căldură de 70 W / m 2 (calculat la -28 ° C, temperatura aerului exterior) din necesarul de căldură va fi de 14 kW. La aceasta trebuie adăugat valoarea de 700 W pentru prepararea apei calde menajere. Ca urmare, puterea necesară a pompei de căldură va fi de 14,7 kW.

Dacă este posibil, eșecul de putere temporară este necesară pentru a crește acest număr cu factorul corespunzător. Să presupunem călătoria pe zi - 4 ore, atunci puterea pompei de căldură să fie de 17,6 kW (factor de multiplicare - 1.2). În cazul pompei de căldură mono-mode poate fi ales, cum ar fi „amorsarea apă“ putere 17,1 kW, consumând 6,0 ​​kilowați de putere.

Pentru un sistem bivalent cu un încălzitor electric suplimentar și temperatura rece de intrare a apei de 10 ° C pentru nevoia de apă caldă și un factor de siguranță, puterea pompei de căldură să fie 11,4 W, în timp ce un boiler electric - 6,2 kW (total - 17,6) . Consumul sistem electric capacitate maxima de 9,7 kW.

Costul aproximativ al energiei electrice consumate în sezonul, atunci când pompa de căldură în mono-mode va fi de 500 de ruble. Bivalentă și la o temperatură mai mică (-10 ° C) - 12 500. Costul energiei folosind numai cantitatea corespunzătoare a cazanului: putere - 42 000 de combustibil diesel - 25 000, iar gazul - aproximativ 8000 de ruble. (Dacă Însumarea țeavă și prețuri mici de gaz existente în România). În prezent, condițiile noastre de eficiență a pompei de căldură poate fi comparat doar cu cazanul de gaz din noua serie, precum și pentru costurile de exploatare, durabilitate, siguranță (camera cazanului nu este necesar), și respectarea mediului este superior tuturor celorlalte tipuri de producție de căldură.

Rețineți că, în timpul instalării pompelor de căldură ar trebui să ia mai întâi grijă de izolarea termică a clădirilor și instalarea de ferestre cu geamuri duble, cu conductivitate termică scăzută, ceea ce reduce pierderile de căldură a clădirii, și, prin urmare, costul lucrărilor și a echipamentelor.