Тепловые насосы - опасные ошибки и способы их избежать. Размерность на коллекторе

приложения для расчета слишком высокого коэффициента теплопроводности грунта λ (Вт / (мК)) или несоблюдения минимальных расстояний отдельных контуров коллектора грунта .Использование слишком маленьких теплообменников и длительная работа

Смотрите статью в формате PDF

в режиме полной нагрузки они могут привести к относительно низким температурам источников тепла в течение относительно короткого периода времени, пока не будет достигнут нижний температурный предел теплового насоса, и тепловой насос не будет заблокирован. Кроме того, слишком большая нагрузка на нижний источник, вызванная его недостаточным размером, может вызвать длительное снижение температуры источника тепла в последующие периоды нагрева, если не обеспечена недостаточная регенерация нижнего источника тепла.

Правильные размеры В Польше средняя температура воздуха у поверхности земли составляет примерно 7-9 ° C. Аналогичное среднее значение температуры распространяется на область так называемого Нейтральный пояс на глубине 10-25 м ниже поверхности. Это является результатом влияния многих факторов, в том числе солнечное излучение, излучение энергии из земли, воздействие геотермальной энергии. Из-за относительно небольшой доли теплового потока, идущего изнутри земли (от 0,04 Вт / м2 до 0,11 Вт / м2 по отношению к солнечной радиации 1000 Вт / м2), его доля в энергетическом балансе у поверхности земли мала.

Тепло, хранящееся в почве, передается в циркуляцию теплового насоса непосредственно путем испарения среды в трубах, проложенных непосредственно в земле, или косвенно через вертикальный или горизонтальный теплообменник, который является наиболее часто используемым решением. Наземный коллектор обычно изготавливают из полиэтиленовых труб диаметром 32-40 мм в различных конфигурациях, как горизонтальные (последовательные, спиральные, спиральные) или вертикальные трубы. В случае почв с низкой влажностью (сухой, песчаный грунт) спиральные системы могут вызвать значительное охлаждение почвы и замерзание испарителя в тепловом насосе, поэтому гораздо безопаснее использовать плоские системы или вертикальные коллекторы. Горизонтальные коллекторы в виде петель труб одинаковой длины расположены на расстоянии не менее 0,5-1,0 м друг от друга, на глубине 30-40 см ниже уровня грунтового замерзания, что составляет 1,2-2,0 м в зависимости от региона. Вертикальный заземляющий коллектор выполнен в виде скважин длиной до 150 м, в которых U-образные изгибающие трубы, составляющие силовой и обратный проводники, находятся на расстоянии не менее 6 м. Отдельные заземляющие коллекторные трубы обычно соединяются посредством коллектора в коллекторной скважине. или реже в здании (для небольшого количества цепей).

Длина наземного коллектора может быть определена с помощью математических формул или с помощью компьютерных программ для определения размеров нижних источников и выбора тепловых насосов, разработанных производителями этих устройств. Все методы определения размеров горизонтального и вертикального наземного коллектора основаны на одних и тех же допущениях. Предполагается, что из одного квадратного метра земли для горизонтального коллектора можно получить мощность 10-40 Вт, а из одного метра глубины зонда - 30-70 Вт. Значения из данного диапазона выбираются в зависимости от степени влажности и когезии грунта (im чем влажнее и плотнее грунт, тем выше коэффициент теплопроводности). При проектировании и первоначальных предложениях, не основанных на полном геологическом распознавании, рекомендуется, чтобы вертикальный теплообменник имел рекомендованную мощность охлаждения 40 Вт / мб, а для горизонтального теплообменника 20 Вт / м2 (для параметров днища B0 / W35 и времени работы компрессора до 2000 ч). ). При определении правильной охлаждающей способности, получаемой с помощью вертикального или наземного теплообменника, рекомендуется выполнить геологическое распознавание по геологическим картам и рассчитать среднее значение коэффициента теплопередачи l как средневзвешенное значение для различных слоев почвы, в которых планируется сделать вертикальный коллектор. На основании этого параметра мы можем определить правильное значение охлаждающей способности данного грунта. В таблице 2 представлены термодинамические свойства почв, горных пород и заливок скважин, встречающихся при установке тепловых насосов.

Зная значение мощности, получаемой от земли (q), и мощность охлаждения (Qch) теплового насоса, выбранного для данного объекта, мы можем рассчитать теоретическую площадь горизонтального коллектора (A) и активную длину вертикального коллектора почвы (D), используя упрощенные схемы:

A = Qch / q;

D = Qch / q.

Разделив требуемую площадь горизонтального коллектора (А) на расстояние между проводами коллектора в диапазоне 0,5-1,0 м, мы можем рассчитать необходимую длину горизонтальных коллекторных труб (L):

L = A / s.

Рассчитанная активная длина вертикального наземного коллектора разделена на несколько секций, и мы делаем несколько скважин до максимальной, экономически выгодной длины около 80-100 мб (более глубокие сверла обычно имеют гораздо более высокую цену по сравнению с блоками до 100 мб). Если по каким-либо причинам невозможно пробурить до 100 мб (например, оборудование или геологические ограничения) и необходимо сделать более короткие скважины или, из-за высокой потребности в теплопроизводительности, мы проектируем большое количество скважин, рекомендуется добавить 8- 10 мб, поскольку активная длина наземного коллектора - это длина, рассчитанная для стабильных температурных условий, преобладающих в грунте ниже 10 м над землей. Кроме того, вертикальные коллекторы обычно проходят через несколько разных слоев материалов. В результате на практике наиболее часто используемыми методами являются оценки тепловых возможностей скважин. Следует помнить, что теоретические расчеты и принятые параметры должны быть проверены на основе информации о геологическом субстрате, предоставленной буровыми геологами и первых скважин / раскопок, которые могут служить в качестве контроля. Для систем с высокой мощностью нагрева будет экономически эффективным измерение теплопроводности грунта для точного определения необходимой длины заземляющего коллектора (стоимость теста составляет приблизительно 5000 злотых).

Правильное определение размеров облегчает использование программ моделирования для выбора теплообменников, которые учитывают безопасные значения коэффициентов теплопроводности, однако, если рабочее время превышено на 2000 ч / год, размер теплообменника должен быть пропорционально увеличен. Следует также помнить, что в случае вертикальных коллекторов программа рассчитывает активную глубину скважин, и в каждую скважину следует добавлять 8-10 мб из-за переменной температуры верхнего слоя почвы.

Выбор мощности обогрева Вторая ошибка, также имеющая серьезные последствия, заключается в неправильном выборе мощности обогрева теплового насоса в соответствии с фактической потребностью в тепле здания. Следовательно, низкая мощность теплового насоса по отношению к потребности в тепле может привести к увеличению счетов за электроэнергию в результате слишком частой активации электрического нагревателя, встроенного в тепловой насос, который вместо роли пика нагрева и перегрева воды Legionella берет на себя роль основного источника тепла в здании. С другой стороны, слишком высокая мощность нагрева теплового насоса приводит к снижению его срока службы, поскольку устройство в таких случаях активируется на короткие периоды времени. Оба случая могут привести к повреждению теплового насоса и более высоким эксплуатационным расходам по сравнению с правильно выбранной мощностью устройства. При выборе мощности тепловых насосов очень важно правильно рассчитать фактическую потребность в отоплении здания и производство горячей воды, принимая во внимание индивидуальные предпочтения пользователя, состояние здания, конструктивные изменения относительно проектных предположений, изоляцию и т. Д. В случае использования тепловых насосов типа рассол-вода следует избегать Ошибка возможна при выборе мощности устройства на уровне 90-100% от тепловой потребности здания. В связи с сильным влиянием погодных условий на производительность тепловых насосов типа воздух-вода и суровым климатом, преобладающим в нашей стране, и мощностью нагрева этих устройств, обычно управляемой при температуре +7 / 35oC, это оптимально немного увеличенный тепловой насос по отношению к потребности в тепле. в здании. Приведенные выше зависимости показывают расчеты, которые я подготовил, используя компьютерную программу для выбора тепловых насосов Nibe VP DIM. Расчеты были выполнены для тех же параметров расчета, которые были выбраны для здания, расположенного в третьей климатической зоне, площадью ок. пригодный для использования 200 м2, где потребность в тепле составляет 50 Вт / м2 (10 кВт), с системой отопления с параметрами 35 / 25oC, но для наземного и воздушного теплового насоса с различной мощностью нагрева. В каждом случае установки я предполагал, что установлен погружной нагреватель мощностью 9 кВт (3 x 3 кВт).

Глядя на полученные результаты (таблица 2), мы видим, что ежегодные затраты на отопление являются самыми низкими для теплового насоса, выбранного для покрытия 91% теплопроизводительности в здании, и в этом случае устройство генерирует наибольшую экономию энергии. Важным фактором, который также необходимо учитывать, является время работы теплового насоса. Пессимистически оценивая срок службы компрессора в 60000 ч, принятый мной тепловой насос мощностью 6 кВт выдержит 15 лет, а 10 кВт будет работать в течение 22 лет.

Принимая во внимание все эти аспекты, а также увеличение цены на электроэнергию, я бы посоветовал инвестору / проектировщику выбрать тепловой насос мощностью 10 кВт, который дает большую экономию энергии при относительно низком потреблении энергии от дополнительного источника тепла (это электрический нагреватель в установке) и стоимости. реализация наземного коллектора.

Хотя эти соображения выполняются на основе компьютерного расчета, фактические условия не будут сильно отличаться от анализируемой ситуации. На основании этого примера вывод очевиден: тепловой насос не следует выбирать для 100% потребности и, конечно, не для мощности устройства, потому что мы будем без необходимости увеличивать инвестиционные затраты.

Глядя на полученные результаты (таблица 3), мы видим, что ежегодные затраты на отопление являются самыми низкими для теплового насоса мощностью 16 кВт (при A7 / W35), и в этом случае устройство приносит наибольшую экономию энергии. Время работы теплового насоса, выбранного таким образом, также является наиболее выгодным в этом случае.

Доктор Инь. Малгожата Смучиньска

Карта теплового потока на территории Польши.

Похожие