» Методики проектирования теплонасосных систем с грунтовыми теплообменниками

Методики проектирования теплонасосных систем с горизонтальными грунтовыми теплообменниками 


С точки зрения специалиста по отоплению, грунт является неиссякаемым источником тепловой энергии. Отобрать геотермальное тепло (теплота грунта) можно лишь с помощью тепловых насосов. Тепловой насос - это аппарат, который позволяет передавать теплоту от холодного (низкотемпературного) источника к теплому (высокотемпературному) потребителю. Тепловые насосы, которые используют для отбора тепла грунта, иногда называют грунтовыми. Это понятие довольно условное, т.к. один и тот же тепловой насос может быть использован, как для отбора теплоты грунта, так для отбора теплоты от воды, да и из воздуха.

При отборе теплоты Земли используют ее верхний слои, находящиеся на глубине до 100 метров от поверхности. С точки зрения теплообмена этот слой грунта находится под воздействием лучистой энергии Солнца, радиогенного тепла из глубинных слоев Земли, конвективного теплообмена с атмосферным воздухом и теплопереноса за счет различных массообменных процессов (дождь, таяние снега, грунтовая вода и т.д.).

В зарубежной литературе существует несколько различных классификаций грунтов. Нас, в большей степени, интересует классификация грунтов по их теплопроводности. В нижеприведенной таблице 1 используется данные известного американского справочника ASHRAE [3 ].

Классификация грунта по [3]

Таблица 1

Класс грунта

l, Вт/(м*°С)

Тип грунта

Очень низкая теплопроводность

<1

Легкая глина (15% влажность)

Низкая теплопроводность

<1,5

Тяжелая глина (5% влажность)

Нормальная теплопроводность

<2

Тяжелая глина (15% влажность) Легкий песок (15% влажность)

Высокая влажность

<2,5

Тяжелый песок (5% влажность)

Очень высокая теплопроводность

Тяжелый песок (15% влажность)

В российских источниках нами обнаружены таблицы 3 СНиП 2.02.04-88 [4], на основе которой можно составить таблицу 2 по определению теплопроводности талого грунта - lth.

 

Классификация грунта по [4]

Таблица 2

Класс грунта

l, Вт/(м*°С)

Тип грунта

Очень низкая теплопроводность

<1

Заторфонные грунты и торфы

Низкая теплопроводность

<1,5

Суглинки и глины, супесь пылеватая, легкая супесь пылеватая

Нормальная теплопроводность

<2

Тяжелая супесь пылеватая

Легкий песок

Высокая влажность

<2,5

Тяжелый песок (5% влажность)

Очень высокая теплопроводность

Тяжелый песок (15% влажность)

 

Из сравнения таблиц 1 и 2 видно, что данные американских и российских справочников довольно адекватны. Для точного определения теплопроводности грунтов необходимо проводить экспериментальные исследования теплопроводности в месте предполагаемого строительства.

Отметим, что теплопроводность грунта не является величиной постоянной в течение года. Она зависит от влажности, агрегатного состояния влаги в грунте и температуры. Причем особенно сильно влажность меняется при замерзании грунта. Данные [4] говорят о том, что теплопроводность мерзлых грунтов lf составляет

lf =1.05…2.1*lth.

(1)

О температуре грунта на различной глубине у автора есть лишь данные из зарубежных источников (см. рис.1 [1]). Из этих данных можно сделать вывод, что на глубине более 8 метров температура практически постоянна в течение года (изменения составляют только 1/20 изменений на поверхности). За границей существует такое понятие, как температура грунта. Справочник ASHRAE [3] предлагает определять температуру грунта по температуре грунтовых вод в данной местности. Если исходить из температуры грунтовых вод, то она колеблется в пределах 8-10°С для условий Беларуси.

Значение количества радиогенной теплоты составляет (для зоны Центральной Европы) 0,05-0,12 Вт/м 2 [2]. Если оно не известно, то обычно принимается 0,1 Вт/м 2.

Рис. 1. Распределение температур грунта по глубине
Рис. 1. Распределение температур грунта по глубине

 

Существует два основных способа отбора геотермального тепла – с помощью открытых и закрытых контуров. Под открытым контуром понимают использование теплоты грунтовых вод, предусматривающих доставку этих вод на поверхность, использования их теплоты и возврат в пласт. Под закрытым контуром понимают использование теплоты грунта с помощью промежуточных теплообменников и теплоносителей. В свою очередь системы с закрытыми контурами различают по типу теплообменников – горизонтальные (рис. 2а) и вертикальные (рис.2в). Устройство закрытых контуров с вертикальными теплообменниками дороже, чем с горизонтальными теплообменниками. В тоже время контура с горизонтальными теплообменниками занимают большие площади, что может оказать в некоторых случаях весьма критичным условием.

A
B
   
 
C

Рис. 2. Разводка труб горизонтального (А), вертикального ( B) грунтовых теплообменников и варианты укладки горизонтального теплообменника в траншею (С) [6]

 

 

Трубы горизонтальных теплообменников размещают в траншеях. Размещение труб в траншее обычно выполняется двумя основными способами: прямые и свитые в спираль трубы. В жизни существуют и другие, иногда довольно экзотические, способы, например, трубопроводы, прикрывают сверху медными пластинками ( copper fins) – видимо для улучшения теплообмена.

В этой статье мы не смогли обойти вниманием такой вопрос, как выпор типа тепловых насосов. Рассмотрим здесь несколько важных характеристик тепловых насосов: теплопроизводительность, СОР – коэффициент трансформации, температура теплоносителя на входе в конденсатор (или же температуру конденсации, которая на 10°С выше) и температура антифриза на выходе из испарителя. Для стандартных условий все эти значения дает завод-изготовитель теплового насоса. Из всего ряда фирм выберем известную французскую фирму CIAT. В таблице представлены данные, взятые из справочника для теплового насоса LGN-100 Z этой фирмы. Тепловой насос LGN-100 Z использует в качестве хладагента R407 c. Из этой таблицы легко получить значение COP, которое равно

COP = Qh/N .

(2)


На рисунке 3 приведены графики зависимости коэффициента трансформации от температуры воды (антифриза) на выходе из испарителя.

Характеристики теплового насоса LGN 100 Z
(при температуре конденсации 55°С)

Таблица 3

Температура воды на выходе из испарителя,°С

Qc, кВт

N, кВт

Q h, кВт

COP

Водно-гликолевая смесь

-8

13,8

9

22,8

2,53

-4

16

9,1

25,1

2,76

2

20,4

9,4

29,9

3,18

Вода

5

23,2

9,5

32,7

3,44

7

25

9,5

34,6

3,64

12

30

9,6

39,6

4,16


Выбор теплового насоса на стадии проектирования не является простой задачей. Это связано с тем, что тепловой насос никогда не подбирают на полную пиковую отопительную нагрузку. Если это сделать, то капитальные затраты будут так велики, что окупаемость вашего решения не наступит никогда. Понятно, что выбрав тепловой насос не на пиковую нагрузку, необходимо будет предусмотреть специальный пиковый доводчик. В качестве последнего обычно применяют электрокотлы. И здесь возникает вопрос: «На какую нагрузку подбирать тепловые насосы?».

Рис.3. Тепловой насос CIAT марки LGP
Рис.3. Тепловой насос CIAT марки LGP

 

Моделирование работы теплового насоса вместе с грунтовым теплообменником может быть проведено с помощью программы по имитационному моделированию – МОДЭН, разработанной ОДО «Энерговент» [8]. На основание многочисленных компьютерных экспериментов и сравнения полученных данных с известными зарубежными методиками, а также учитывая опыт устройства теплонасосной установки с грунтовыми теплообменниками на водозаборе Мухавецкий (Брест), в ОДО «Энерговент» были подготовлены рекомендации по проектированию таких систем. В настоящей статье мы воспользуемся лишь некоторыми данными из этих рекомендаций.

Для наглядного показа этого факта рассмотрим как ведет себя горизонтальный теплообменник, состоящий из двух труб Dнар=32 мм уложенных в траншею длиной 100м. Зададимся начальной температурой грунта 10°С и температурой антифриза равной минус 10°С и начнем отбирать тепло грунта (теплопроводность грунта принята равной 3 Вт/(м*°С).

Еще один вопрос. Какой мощностью, как теплоисточник, обладает в процессе работы теплового насоса грунт? Для ответа на этот вопрос проведем компьютерный эксперимент.

На рисунке 4 приведены результаты компьютерного эксперимента, выполненного в рамках программы МОДЭН (версия 2.1). Начинается эксперимент 1 ноября и заканчивается 1 марта.

Рис. 4. Результаты компьютерного эксперимента, выполненного с помощью программы МОДЭН
Рис. 4. Результаты компьютерного эксперимента, выполненного с помощью программы МОДЭН


Проанализируем график. На первой стадии можно отобрать более 4000 Вт, но этот период длится недолго далее происходит падение до 1500 Вт, а затем опять начинается небольшой рост. Падение теплоотбора связано с охлаждением грунта (работа теплообменника и понижение температуры наружного воздуха), а рост обусловлен увеличением солнечной радиации и некоторым ростом температур наружного воздуха. Средний же отбор за расчетный период составит Qср =2232 Вт. Собственно этим расчетным отбором теплоты мы и обладаем. В какие-то часы его можно превысить, в какие-то наоборот, но средний отбор не должен превышать этой цифры. Для нахождения значения требуемой мощности теплового насоса воспользуемся довольно простой методикой очень распространенной в США.

Определяем число часов использования максимума тепловой мощности

 tmax = Qгод/Qmax.

(3)

Коэффициент загрузки

 Kзагр= tmax/tгод.

(4)

Расчетная мощность теплового насоса в зарубежной литературе предлагается определять по формуле

 Qтн=2*Qmax * Kзагр.

(5)

Коэффициент 2 в этой формуле учитывает тот факт, что продолжительность отопительного периода составляет, приблизительно, 50% всего года. Сейчас мы не будем ставить под сомнение эту формулу, хотя, несомненно, она нуждается в уточнении.

Мощность грунтового теплообменника рассчитывается по простой формуле

Qгт= Qтн* (COP-1)/СОР

(6)

Как уже было ранее сказано, трубопроводы горизонтального теплообменника укладывают в траншеи. Число труб в траншее может быть различным (1,2, 4, 6, 10 и т.д.), как и расстояние между траншеями. Почему бы не уложить все трубы в одну траншею? Заманчивость такого предположения ошибочна потому, что как между близко лежащими трубами, так и между траншеями может возникнуть интерференция, т.е. наложение температурных полей, приводящая к существенному снижению теплового потока от грунта к трубам. Поэтому, если предположить, что труб, уложенных в одиночную траншею с одной трубой необходимо Lтр1, то число труб в реальных условиях равно

Lтр= Lтр1*Kтр* Kтран,

(7)

здесь

Kтр – поправочный коэффициент, учитывающий число труб в траншее (см. табл. 4),

Kтран – поправочный коэффициент, учитывающий расстояние между траншеями, расчеты показывают, что если расстояние между траншеями более 2 м, то Kтран=1.

В общем случае

Lтр= F(Kтр, Kтран, Tгр , Тж, lth , Сгр, Dнар , l ст….)

(8)

Учесть все факторы путем введения коэффициентов (типа Kтр, и Kтран) не всегда представляется возможным. Наиболее предпочтительным является прямой расчет для соответствующих условий. В настоящее время такой прямой поверочный расчет может быть выполнен с помощью программ имитационного моделирования. Проведя ряд таких расчетов, мы хотим показать читателю статьи влияние отдельных параметров на величину теплоотбора теплообменником.

Влияние температуры грунта, теплопроводности грунта и температуры антифриза (теплоносителя циркулирующего через испаритель теплового насоса) может быть оценено с помощью таблицы 5. Из таблицы видно, что температура теплоносителя очень сильно влияет на величину теплоотбора, далее следует теплопроводность грунта и его температура, которая в наименьшей степени влияет на эту величину. Хотя полученные данные получены в результате численного расчета, автор не совсем четко понимает, почему так невелико влияние коэффициента теплопроводности? Я представлял, что это будет прямо пропорциональная зависимость, как в случае стационарной задачи теплопроводности. В просмотренных мной зарубежных источниках эта зависимость не обсуждается на численном уровне.

 

Поправочный коэффициент на число труб в одной траншее - Ктр

Таблица 4

Основание

Число труб в траншее

 

2

4

6

Расчет по программе МОДЭН

1,45

1,97

2,34

[5]

1,43

1,73

2,16

 

Теплоотдача горизонтального грунтового теплообменника из 2-х труб при длине траншеи 100 м

Таблица 5

Тгр, °С

lth, Вт/(м*°С)
при Тж=-10 °С

lth, Вт/(м*°С)
при Тж=-6 °С

lth, Вт/(м*°С)
при Тж=-2 °С

1,5

3

1,5

3

1,5

3

8

1839

2287

1307

1561

794

83 3

10

1951

2391

1428

1674

897

958


Пример. Рассчитать горизонтальный грунтовый теплообменник и подобрать тепловой насос для отопления здания расположенного в Минске. Расчетная нагрузка на систему отопления составляет 80 кВт, теплопроводность грунта равна 3 Вт/(м*°С).

  1. Для Минска при работе системы отопления при наружной температуре ниже +8°С, значение числа часов максимума равно 2320 (рассчитано в программе МОДЭН), при этом коэффициент загрузки равен 0,264. Определяем требуемую мощность тепловых насосов по формуле (5)

    Qтн=120*0,264*2=63,3кВт.

  2. Для того, чтобы принять наиболее эффективный вариант установки, проведем ряд расчетов на различные значения числа труб в траншее (1, 2 и 4) и температуры антифриза (-10, -6 и -2°С). Покажем как проводится один из расчетов: одна труба в траншее и температура антифриза -10°С
  3. Принимаем к установке тепловой насос фирмы CIAT марки LGN. Для таких теплонасосов по графику на рис. 3 выбираем СОР, который будет равен 2.35.Исходя из формулы (6) мощность грунтового теплообменника составит

    Qгт= 63,3*(2,35-1)/2,35=36,36 кВт.

  4. Как видно в таблице 5 нет данных по теплоотдаче в траншее с одиночной трубой. Поэтому берем аналогичную траншею, но с 2-мя трубами. Среднее значение отобранной теплоты со 100 м траншеи, за отопительный период равно 2391 Вт. На 100 м трубы теплосъем составит

    2391/2=1196 Вт/100м

  5. Если в траншее лежит не 2, а только одна труба, то теплосъем с учетом Ктр составит

    1196*1,45=1730 Вт/100м

  6. Общая длина труб и траншеи составит

    Lтр= Lтран=36360*100/1730=2098 м

  7. Результаты расчета заносим в таблицу 6.
  8. Расход электрической энергии определяем по формуле

    Nгод= Ny*2320*2

  9. Анализ результатов расчета показывает, наиболее экономичным, по статье капитальных затрат, являются варианты с температурой антифриза равной -10°С. Это варианты с минимальным количеством труб и большим типоразмером теплового насоса. Такие проекты наиболее популярны в Центральной Европе, что связано с недостатком площадей. Несмотря на большие капитальные затраты, вариант с температурой антифриза раной -2°С имеет меньшие эксплуатационные затраты, что связано с меньшим типоразмером теплового насоса. Большее количество труб требует значительных площадей для их размещения. Такие проекты наиболее популярны в США и Канаде. Сказать о том, какой вариант имеет безоговорочные преимущества, не представляется возможным. Отклонения между затратами вполне укладываются в рамки точности проведения вычислительного эксперимента.

Сводная таблица результатов расчета к примеру

Таблица 6

Параметры

 Размер
ность

1 труба в траншее

2 трубы в траншее

4 трубы в траншее

Температура антифриза

Температура антифриза

Температура антифриза

-10

-6

-2

-10

-6

-2

-10

-6

-2

Общая мощность котельной

кВт

120

120

120

120

120

120

120

120

120

Требуемая теплопроизводи-
тельность теплового насоса

кВт

63.30

63.30

63.30

63.30

63.30

63.30

63.30

63.30

63.30

Мощность пиковых электрокотлов

кВт

56.7

56.7

56.7

56.7

56.7

56.7

56.7

56.7

56.7

СОР

 

2.35

2.65

2.90

2.35

2.65

2.90

2.35

2.65

2.90

Мощность грунтового теплообменника

кВт

36.36

39.41

41.47

36.36

39.41

36.36

39.41

41.47

41.47

Отобранная теплота
на 100 м траншеи

кВт

1.73

1.20

0.65

2.39

1.66

0 .90

3.52

2.44

1.32

Длина траншеи

м

2097.74

3274.88

6355.93

1520.86

2374.29

4608.05

1033.14

1612.88

3130.29

Длина труб

м

2097.74

3274.88

6355.93

3041.73

4748.58

9216.09

4132.55

6451.52

12521.17

Марка теплонасоса

 

350z

300z

250z

350z

300z

2 50z

3 5 0z

30 0z

250z

Паспортная мощность ТН

 

125.00

107.00

90.00

125.00

107.00

90 .00

125 .00

107 .00

90.00

N

кВт

26.94

23.89

21.83

26.94

23.89

21.83

26.94

23.89

21.83

Стоимость ТН

$

18750.00

18190.00

17100.00

18750.00

18190.00

17100.0

18750.0

18190.0

17100.00

Стоимость труб

$

1048.87

1637.44

3177.96

1520.86

2374.29

4608.05

2066.28

3225.76

6260.59

Стоимость траншеи

$

559.4

873.3

1637.44

608.35

949.72

1843.22

619.88

967.73

1878.18

Стоимость пикового котла

$

1500

1500

1500

1500

1500

1500

1500

1500

1500

Прочие кап. затраты

$

8000

8000

8000

8000

8000

8000

8000

8000

8000

Итого капитальных затрат

$

29858

30200

3147.3

30379

31014

33051

31879

31014

33051

Экономия электрической энергии

кВт * час

0

14149

23703

0

14149

23703

0

14149

23703


Выводы

  1. В статье рассмотрены основные факторы, влияющие на работу горизонтальных грунтовых теплообменников: теплопроводность грунта, взаимодействие труб в траншее и траншей между собой, температура антифриза в контуре теплообменников.
  2. Представлены основные положения методики проектирования теплонасосных систем с горизонтальными грунтовыми теплообменниками. Методика составлена на основе компьютерных экспериментов, выполненных с помощью программы МОДЭН (версия 2.1).
  3. Приведен пример подбора теплонасосной установки с применением полученных результатов.

Условные обозначения

СОР- коэффициент трансформации теплового насоса,

Сгр – теплоемкость грунта, Дж/(м 3*°С),

Dнар – наружный диаметр трубопровода грунтового теплообменника, м,

Kзагр - коэффициент загрузки теплового насоса,

Kтран – коэффициент, учитывающий расстояние между траншеями,

Kтр – коэффициент, учитывающий число труб в траншее,

Lтран – длина траншеи для размещения горизонтального грунтового теплообменника, м,

Lтр – длина трубопроводов горизонтального грунтового теплообменника, м,

N – электрическая мощность привода теплового насоса, Вт,

Тгр – температура грунта, °С,

Тж – средняя температура антифриза (теплоносителя, проходящего через испаритель),°С,

Qгод- суммарный годовой расход тепловой энергии, Дж,

Qmax- максимальная тепловая нагрузка, Вт,

Qh – теплопроизводительность теплового насоса, Вт,

Qc – холодопроизводительность теплового насоса, Вт,

Qтн – требуемая теплопроизводительность теплового насоса, Вт,

Qгт – тепловая мощность грунтового теплообменника, Вт,

tmax- число часов использования максимума тепловой нагрузки, с (час),

tгод - продолжительность года,

l -теплопроводность, Вт/(м*°С),

lth -теплопроводность талого грунта, Вт/(м*°С),

lf -теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м*°С),

lст – теплопроводность стенки трубы, Вт/(м*°С).

» ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ- что это и как это работает?

 

Как работает тепловой насос?

Хладагент циркулирует по закрытому кругу, который проходит через теплообменник (испаритель), в котором также протекает, например, грунтовая вода с температурой 8-12?С. Даже низкая температура грунтовой воды заставляет хладагент испаряться, при этом он принимает её тепловую энергию. Компрессор втягивает этот пар и сжимает. Таким образом разогретый и находящийся под давлением хладагент, отдаёт во втором теплообменнике (конденсаторе), энергию циркуляционному кругу отопления и при этом конденсируется (становясь опять жидким). После прохождения расширителя, охлаждённый и под низким давлением теплоноситель, готов к новому кругу (смотри рисунок).

 

 

Принцип работы теплового насоса

Обогрев и охлаждение

 

          Тепловые насосы предлагают полноценное отопление зимой и кондиционирование воздуха летом.
          И все это без дополнительных систем или устройств, без шума кондиционера и с самыми незначительными энергозатратами. С одной стороны источники тепла (воздух, вода и грунтовые воды) приносят тепло, а с другой стороны служат источником охлаждения.


       Принцип охлаждения очень прост.

          В зимнее время тепловой насос «трансформирует» тепло из окружающей среды для использования в стандартной системе отопления. Летом, наоборот, «холод» из скважины (7-9oC) используется, чтобы создать необходимый климат в помещениях дома. Фанкойлы подключается к внешнему коллектору, а принцип работы системы холодоснабжения такой же, как и системы отопления, за исключением того, что вместо радиаторов используются фанкойлы.

  • Пассивное охлаждение.
    При пассивном охлаждении компрессор теплового насоса не работает, и теплоноситель просто циркулирует между скважиной и фанкойлами. Таким образом, холод из скважины напрямую поступает в систему кондиционирования. 
  • Активное охлаждение.
    Если пассивного охлаждения не достаточно, в системе кондиционирования используется холод, производимый тепловым насосом. При этом автоматически включается компрессор теплового насоса, и теплоноситель из скважины дополнительно охлаждается тепловым насосом.

» Виды источников энергии

Виды источников энергии

 

 

alt СКВАЖИНА, ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЗЕМЛЯНОЙ КОЛЛЕКТОР.

При использовании в качестве источника тепла скалистую породу - трубопровод опускается в скважину. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько не глубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину. 


 

 

 

 

 

 

  

alt ЗЕМЛЯНОЙ КОНТУР, ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ЗЕМЛЯНОЙ КОЛЛЕКТОР.

При использовании в качестве источника тепла участок земли - трубопровод зарывается в землю на глубину промерзания грунта (выбирается для конкретного региона). Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8..1,2 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Предпочтения к грунту – желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура.

   Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20..30 Вт.
  Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10кВт необходим земляной контур длинной 500..333 метра. Для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 600-400 кв. метров соответственно. При правильном расчете контур, уложенный в землю, не оказывает влияния на садовые насаждения, и участок может использоваться для выращивания культур точно также, как и при отсутствии внешнего коллектора.

 

 


alt ОЗЕРО, ПРУД, ВОДОЁМ, ВОДНЫЙ КОЛЛЕКТОР.

При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего водоема, реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения: короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Главное условие - водоем должен быть проточным и достаточным по размерам.
Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 30 Вт.

   Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 333 метра.

   Для того, чтобы трубопровод не всплывал, на 1 погонный метр трубопровода устанавливается около 5 кг груза.

 

 

 


alt

ВОЗДУШНЫЙ МЕТОД, ВОЗДУШНЫЙ КОЛЛЕКТОР.

 

 

 Вместо того, чтобы извлекать энергию из скважин, земли или водоема теплонасосная установка собирает энергию из окружающего воздуха. Если нет возможности разместить земляной коллектор, данная модель теплонасосной установки является наилучшим выбором.Теплонасосные установки дают тепло и горячую воду в дом и сокращает потребление энергии до 75%.
   Однако, в силу технических причин, теплонасосные установки с воздушным контуром имеют серьезное ограничение в применении: минимальная температура наружного воздуха -20градусов Цельсия. Причем, начиная с температуры наружного воздуха -10градусов, установка ступенями подключает электрические ТЭНы, т.к. коэффициент преобразования (КПД теплового насоса) снижается. И, таким образом, при температуре -20градусов и ниже, по сути, работает только электрический нагрев..


» Передовые системы отопления - ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ!

Задумайтесь над тем как много электроэнергии и прочей тепловой энергии мы выбрасываем на ветер!

 


  Строим мы дом или складское помещение - везде требуется отопительная система.
  Особенно жалко, когда проффесионалы, возводя складские охлаждаемые помещения, изначально планируют выбросить на ветер всю ту тепловую энергию холодильной машины, которая вырабатывается само собой по необходимости. Ведь можно же повернуть энергию конденсатора на отопление своих собственных служебных помещений...

 

  Мы отапливаем наши дома обычными дедовскими методами и не задумываемся, что источники эти невосстановимы.

А ведь наша планета Земля накапливает огромное количество тепловой энергии за теплые месяцы года, и мы должны научиться грамотно распоряжаться этими запасами и тем самым существенно сэкономить свои денежные средства.

   

   Строительные технологии становятся доступнее, а значит, есть возможность подумать об улучшении своих жилищных условий.

 

Задумайтесь об энергопотреблении Вашего дома и посчитайте, сколько средств улетает в трубу в прямом и переносном смысле в холодное время года. 

  Весь мир - Америка, Европа, Япония давно уже перешли на альтернативные источники энергоснабжения. Наша страна, богатая энергоресурсами нещадно тратит свои энергоресурсы. Из-за сравнительной дешевизны, в прямом и переносном смысле пускает богатства Земли в трубу и на ветер. Но технологии становятся все доступнее, и избежать рационального использования собственных энергоресурсов, а значит и финансовых средств не позволяют уже обстоятельства.

 

 

   Рынок России насыщается новыми технологиями энергообеспечения, теплоснабжения (отопления), горячего водоснабжения и водоподготовки.

» Источники тепла для ТН

 

 

Источники тепла для теплового насоса

 

Источником тепла для Теплового насосоа служит энергия накопленная в земле, воде, в воздухе и других потенциальных источниках тепловой энергии.

 Самыми распространнеными являются следующие источники тепла:

Вертикальный коллектор

Бурится так называемый энергетический колодец, и коллектором переностся тепло к теплонасосу. Шланг наполняется морозостойкой жидкостью, состоящей из 96% технического спирта, который смешан с водой таким образом, что точка замерзания достигает -15 ° C . Коллектор может быть полиэтиленовым шлангом или медной трубой.

Грунтовый коллектор

Коллектор укладывается в землю на глубину 0,5 - 1,5 м и с наименьшим расстоянием между витками 1,2м. В шланге циркулирует жидкость, которая переносит тепло к тепловому насосу, которое преобразуется последним в тепло для обогрева и горячего водоснабжение Вашего дома. Укладка должна производиться вручную и обеспечивать соприкосновение с увлажненной землей. Если длина шланга превышает 500 м, то такой шланг разрезается на несколько частей.

Коллектор в водоеме

Фунционирует так же, как и грунтовый коллетор, но в водоеме. Шланговая система закрепляется на дне с помощью груза. В шланге циркулирует жидкость, которая переносит тепло к теплонасосу.

 

  alt


Жидкость состоит из воды, смешанной с
антифризом, например; промышленным спиртом (денатуратом), точка замерзания которого –15 °С. Жидкость закачивается в коллектор, где она получает тепло от земли. Это тепло передается теплонасосом в теплосистему дома.

 

    Укладка коллектора может осуществляться на небольшой глубине в земле, в глубоком пробуренном колодце, прокладываться в озере и других водных системах.

В некоторых брошюрах незамерзающая смесь носит название теплоносителя.

 

Теплоноситель – это жидкость, которая переносит энергию, например, из земли, к тепловому насосу.

» Что такое Тепловой насос

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос - экологически чистая, экономичная,
энергосберегающая технология обогрева

Тепловая энергия существует вокруг нас, проблема в том, как ее извлечь, не затрачивая при этом значительных энергоресурсов.

Тепловой насос извлекает накопленную энергию из различных источников - грунтовых, артезианских и термальных вод - вод рек, озер, морей; очищенных промышленных и бытовых стоков; вентиляционных выбросов и дымовых газов; грунта и земных недр - переносит и превращает в энергию более высоких температур.

 

Выбор оптимального теплового источника зависит от многих факторов: размера энергетических потребностей Вашего дома, установленной отопительной системы, природных условий региона Вашего проживания.

 

alt

» Устройство и принцип работы Теплового насоса

Устройство и принцип работы теплового насоса

Теплонасос функционирует как холодильник, только наоборот. Холодильник переносит тепло изнутри во вне. Тепловой насос переносит тепло, накопленное в воздухе, почве, недрах или воде, в ваш дом.

  Тепловой насос состоит из 4 основных агрегатов:

·               испаритель,

·               конденсатор,

·               расширительный вентиль (разряжающий вентиль-дроссель, понижает давление),

·               компрессор (повышает давление).

  Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой – газ.

alt

Точка кипения для разных жидкостей меняется посредством давления, чем выше давление, тем выше точка кипения. Вода закипает при нормальном давлении при температуре +100 °С. При повышении давления вдвое, температура кипения воды достигает +120 °С, а при уменьшении давления в 2 раза, вода закипает при +80 °С. Хладагент в тепловом насосе имеет ту же тенденцию - его температура кипения изменяется при изменении давления. Точка кипения хладагента лежит низко, приблизительно - 40 °С при атмосферном давлении, поэтому может использоваться даже с низкотемпературным тепловым источником.

» Коэффициент преобразования тепла-экономическая эффективность ТН

Коэффициент преобразования тепла

  Эффективность определяется так называемым коэффициентом преобразования тепла или коэффициентом температурной трансформации, который представляет собой отношение количества энергии, генерируемой теплонасосом, к количеству энергии, затрачиваемой на процесс переноса тепла.

В большинстве случаев коэфициент температурной трансформации равен 3. Это означает, что тепловой насос поставляет в 3 раза больше энергии, чем потребляет. Другими словами, 2/3 получено «бесплатно» от теплоисточника. Чем выше энергопотребности Вашего жилища, тем больше вы экономите денежных средств.

Тепловые насосы наиболее эффективны в отопителных системах с низкотемпературными характеристиками, например, в системах напольного отопления.

 

alt

 

 При подборе теплонасоса к Вашей обогревательной системе невыгодно ориентировать мощностные показатели теплонасоса на максимальные требования к мощности (на покрытие энергорасходов в отопительном контуре в самый холодный день года).

  Опыт показывает, что теплонасос должен генерировать около 50-70% от этого максимума, тепловой насос должен покрывать 70-90% (в зависимости от теплоисточника) от общей годовой потребности в энергии для отопления и горячеговодоснабжения. При низких внешних температурах теплонасос применяется с имеющимся в наличии котельным оборудованием или пиковым доводчиком, которым укомплектован тепловой насос.

Подобрать для Вашего дома подходящую модель теплонасоса, предпочтительный теплоисточник, провести инвестиционый анализ мы сможем, имея в распоряжении заполненный Вами формуляр «Расчет экономической эффективности

 alt

 

 

» Бросовые источники тепла

”Бросовые” источники тепла

Кроме вышеперечисленных источников тепловой насос может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Данная комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшает проблемы с плесенью, сыростью, радоновой загазованностью

alt

» Водные теплоисточники

Водные теплоисточники

  Солнце нагревает воду в морях, озерах и других водных источниках. Солнечная энергия накапливается в воде и донных слоях. Редко температура снижается ниже +4 °С. Чем ближе к поверхности, тем температура больше варьируется в течение года, а в глубине - она относительно стабильна.

Тепловой насос с водным источником тепла

  Шланг для передачи тепла укладывается на дне или в грунте дна, где температура еще немного выше, чем температура воды. Важно, чтобы шланг снабжался отягощающим грузом для предотвращения всплытия шланга на поверхность. Чем ниже он залегает, тем меньше риск повреждения. Водный источник как источник тепла очень эффективен для зданий с отно сительно высокими потребностями в теп лоэнергии.

  Кроме вышеперечисленных источников теплонасосная установка может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Данная комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшает проблемы с плесенью, сыростью, радоновой загазованностью.

alt