Isı pompalarının hesaplanması: Isı pompaları ve enerji tasarruf sistemleri: GK Informtech

Isı pompası tasarım türleri

Isı pompasının tipi genellikle ısıtma sisteminin kaynak ortamını ve ısı taşıyıcısını gösteren bir cümle ile belirtilir.
Aşağıdaki çeşitler vardır:

• ТН "hava - hava";
• ТН "hava - su";
• TN "toprak - su";
• TH "su - su".

İlk seçenek, ısıtma modunda çalışan geleneksel bir split sistemdir. Evaporatör dış mekana monte edilir ve evin içine kondansatörlü bir ünite monte edilir. İkincisi, odaya sıcak bir hava kütlesinin verildiği için bir fan tarafından üflenir.

Böyle bir sistem, nozullu özel bir ısı eşanjörü ile donatılmışsa, HP tipi "hava-su" elde edilecektir. Su ısıtma sistemine bağlıdır.

"Havadan havaya" veya "havadan suya" türündeki HP buharlaştırıcı dış mekana değil egzoz havalandırma kanalına yerleştirilebilir (zorlanmalıdır). Bu durumda, ısı pompasının verimi birkaç kez artacaktır.

"Sudan suya" ve "topraktan suya" tipteki ısı pompaları, ısıyı çıkarmak için harici bir ısı eşanjörü veya aynı zamanda bir kollektör olarak da adlandırılır.

Isı pompasının şematik diyagramı

Bu, buharlaştırıcı etrafında sıvı bir ortamın dolaştığı, genellikle plastik olan uzun ilmekli bir tüptür. Her iki tip ısı pompası da aynı cihazı temsil eder: bir durumda, toplayıcı bir yüzey rezervuarının dibine ve ikincisinde - zemine daldırılır. Böyle bir ısı pompasının kondansatörü, sıcak su ısıtma sistemine bağlı bir ısı eşanjöründe bulunur.

Isı pompalarının "su - su" şemasına göre bağlanması, toprak işlerinin yapılmasına gerek olmadığı için "toprak - su" dan çok daha az zahmetlidir. Rezervuarın dibine boru spiral şeklinde döşenmiştir. Tabii ki, bu şema için, sadece kışın dibe kadar donmayan bir rezervuar uygundur.

Ortamın özelliklerine göre ısı pompalarının sınıflandırılması

Isı pompalarının sınıflandırılması oldukça hacimlidir. Cihazlar, çalışma akışkanının türüne, fiziksel durumunu değiştirme ilkesine, dönüştürme cihazlarının kullanımına, işlem için gerekli olan enerji taşıyıcısının doğasına göre bölünmüştür. Piyasada çeşitli sınıflandırma kriterleri kombinasyonuna sahip modeller olduğu düşünüldüğünde, her şeyi listelemenin oldukça zor olduğu ortaya çıkıyor. Bununla birlikte, grup bölünmesinin temel ilkelerini düşünebilirsiniz.

Isı pompasının kurulumu, tasarımı ve nihai özellikleri, ısı kaynağı ve alıcı ortamın parametrelerine bağlıdır. Bugün çeşitli mühendislik çözümleri sunulmaktadır.

Havadan havaya

Havadan havaya ısı pompaları en yaygın cihazlardır. Yeterince kompakt ve basitler. Isıtma moduna sahip ev klimaları bu tip mekaniklerle çalışır. Çalışma prensibi basittir:

• bir dış mekan ısı eşanjörü hava sıcaklığının altında soğutulur ve ısıyı uzaklaştırır;
• gelen freonun radyatöre sıkıştırılmasından sonra sıcaklığı büyük ölçüde artar;
• oda içindeki fan, ısı eşanjörüne üfleyerek odayı ısıtır.

Çevreden enerji çıkarılması mutlaka harici bir ısı eşanjörü tarafından gerçekleştirilmez. Bu amaçla, odada bulunan bir üniteye hava üflenebilir. Bazı kanal sistemleri bu şekilde çalışır.

Freon bir klimada sıkıştırılır ve genişletilirse, vorteks ısı pompalarında basit hava kullanılır. İşin mekaniği benzerdir: dahili ısı değiştiriciye girmeden önce gaz sıkıştırılır ve enerjiden vazgeçtikten sonra yoğun bir akışla ısı çıkarma odasına üflenir.

Vorteks ısı pompası, yalnızca ortam sıcaklığı yüksek olduğunda verimli bir şekilde çalışan büyük, devasa bir kurulumdur. Bu nedenle bu tür sistemler endüstriyel atölyelerde kurulur, ısı kaynağı olarak fırınların egzoz gazlarını veya ana klima sisteminin sıcak havasını kullanırlar.

Su su

Sudan suya ısı pompası, diğer kurulumlarla aynı prensipte çalışır. Yalnızca aktarım ortamı farklıdır. Ekipman, sert bir kış mevsiminde bile pozitif bir sıcaklıkla yeraltı suyu ufkuna ulaşmak için dalgıç problarla donatılmıştır.

Isıtma ihtiyaçlarına bağlı olarak, sudan suya ısı pompası sistemleri tamamen farklı boyutlarda olabilir. Örneğin, özel bir evin etrafına açılan birkaç kuyudan başlayarak, doğrudan akiferde bulunan ve binanın inşaat aşamasında döşenen geniş alanlı ısı eşanjörleri ile sona erer.

Sudan suya ısı pompaları, daha yüksek üretkenlik ve etkili çıkış gücü ile öne çıkıyor... Nedeni, sıvının artan ısı kapasitesidir. Sondanın veya ısı eşanjörünün bulunduğu su tabakası hızlı bir şekilde enerji açığa çıkarır ve devasa hacmi nedeniyle, sistemin kararlı çalışmasına katkıda bulunarak özelliklerini biraz azaltır. Ayrıca, su-su ekipmanı artan verimlilik ile karakterizedir.

Tavsiye! Belirli koşullar altında, su-su devresi, ısıtma ağı için depolama tankları şeklinde ara düğümler olmadan yapabilir. Mevcut iklim koşullarının doğru bir şekilde değerlendirilmesi ve tesisatın gücünün seçilmesi, eve ısı pompalı bir su ısıtıcısı takılır ve etkili bir yerden ısıtma sistemi düzenlenir.

Su-hava, hava-su

Kombine sistemler özel bir dikkatle seçilmelidir. Aynı zamanda mevcut iklim koşulları da dikkatlice değerlendirilir. Örneğin, sudan havaya ısı pompası döngüsü, şiddetli donların olduğu bölgelerde iyi ısıtma verimliliğine sahiptir. Sıcak bir zemin ve ikincil ısıtma için bir depolama kazanı ile birlikte hava-su sistemi, hava sıcaklığının nadiren -5 ... -10 derecenin altına düştüğü alanlarda maksimum tasarruf sağlayabilir.

Eriyik (tuzlu su) -su

Bu sınıftaki bir ısı pompası bir tür evrenseldir. Kelimenin tam anlamıyla her yerde kullanılabilir. Kullanışlı ısı çıkışının göstergeleri sabit ve kararlıdır. Tuzlu su cihazının çalışma prensibi, her şeyden önce normal nem değerlerine sahip veya su ile tıkanmış topraktan ısının çıkarılmasına dayanır.

Sistemin kurulumu kolaydır: harici ısı eşanjörlerini yerleştirmek için onları belirli bir derinliğe kadar gömmek yeterlidir. Ayrıca gazlı veya sıvı çalışma sıvısı olan ekipman seçeneklerinden birini de seçebilirsiniz.

Tuzlu su sınıfı bir ısı pompasının hesaplanması, ısıtma için enerji talebi seviyesine göre yapılır. Kantitatif tayini için birçok yöntem vardır. Evin duvarlarının malzemesini, pencerelerin yapısını, toprağın yapısını, ağırlıklı ortalama hava sıcaklığını ve çok daha fazlasını dikkate alarak en doğru hesaplamayı yapabilirsiniz.

Tuzlu su sistemleri üreticileri, dönüştürme ünitesinin güç tüketimi, harici ısı eşanjörlerinin tasarımı ve boyutları ve çıkış devresinin parametrelerinde farklılık gösteren modeller için çeşitli seçenekler sunar. Önceden oluşturulmuş gereksinimler listesine göre en uygun ısı pompasını seçmek zor değildir.

Yabancı deneyimi önemli ölçüde inceleme zamanı

Hemen hemen herkes, binaları ısıtmak için çevreden ısı çekebilen ısı pompalarını biliyor ve çok uzun zaman önce olmasa da, potansiyel bir müşteri genellikle şaşkın bir şekilde "bu nasıl mümkün olabilir?" Sorusunu sordu, Şimdi sorusu "nasıl doğrudur? ? "

Bu sorunun cevabı kolay değil.

Isı pompalı ısıtma sistemlerini tasarlamaya çalışırken kaçınılmaz olarak ortaya çıkan sayısız soruya cevap ararken, zemin ısı eşanjörleri üzerindeki ısı pompalarının uzun süredir kullanıldığı ülkelerdeki uzmanların deneyimlerine dönülmesi tavsiye edilir.

Esas olarak zemin ısı eşanjörleri için mühendislik hesaplama yöntemleri hakkında bilgi edinmek amacıyla gerçekleştirilen Amerikan sergisi AHR EXPO-2008'e bir ziyaret * bu yönde doğrudan sonuç getirmedi, ancak ASHRAE fuarında bir kitap satıldı. bazı hükümleri bu yayınlara temel teşkil eden stand.

Amerikan metodolojisinin yerli toprağa aktarılmasının kolay bir iş olmadığı hemen söylenmelidir. Amerikalılar için işler Avrupa'dakilerle aynı değil. Sadece onlar zamanı bizim yaptığımızla aynı birimlerde ölçer. Diğer tüm ölçü birimleri tamamen Amerikan veya daha doğrusu İngiliz. Amerikalılar, hem zaman birimi başına İngiliz termal birimleri hem de muhtemelen Amerika'da icat edilmiş olan tonlarca soğutma ile ölçülebilen ısı akışı konusunda özellikle şanssızdı.

Bununla birlikte, asıl sorun, Amerika Birleşik Devletleri'nde benimsenen ve zamanla alışılabilecek ölçü birimlerini yeniden hesaplamanın teknik rahatsızlığı değil, söz konusu kitapta bir hesaplama oluşturmak için açık bir metodolojik temelin olmamasıydı. algoritması. Rutin ve iyi bilinen hesaplama yöntemlerine çok fazla yer verilirken, bazı önemli hükümler tamamen açıklanmamıştır.

Özellikle, ısı eşanjöründe dolaşan sıvının sıcaklığı ve ısı pompasının dönüştürme faktörü gibi dikey yer ısı değiştiricilerini hesaplamak için fiziksel olarak ilgili bu tür başlangıç ​​verileri, rastgele ayarlanamaz ve kararsız ısı ile ilgili hesaplamalara geçilmeden önce zeminde transfer, bu parametreleri birbirine bağlayan ilişkileri belirlemek gerekir.

Bir ısı pompasının verimliliği için kriter, değeri termal gücünün kompresör elektrik sürücüsünün gücüne oranıyla belirlenen dönüşüm katsayısı α'dır. Bu değer, buharlaştırıcıdaki kaynama noktalarının tk ve yoğuşmanın tk fonksiyonudur ve sudan suya ısı pompaları ile ilgili olarak, evaporatör çıkışındaki t2I ve çıkıştaki sıvı sıcaklıklarından bahsedebiliriz. kondansatör t2K:

? =? (t2И, t2K). (bir)

Seri soğutma makinelerinin ve sudan suya ısı pompalarının katalog özelliklerinin analizi, bu işlevi bir şema şeklinde göstermeyi mümkün kılmıştır (Şekil 1).

Şemayı kullanarak, tasarımın ilk aşamalarında ısı pompasının parametrelerini belirlemek kolaydır. Örneğin, ısı pompasına bağlı ısıtma sistemi 50 ° C akış sıcaklığına sahip bir ısıtma ortamı sağlamak üzere tasarlanmışsa, ısı pompasının mümkün olan maksimum dönüştürme faktörünün yaklaşık 3,5 olacağı açıktır. Aynı zamanda, evaporatör çıkışındaki glikolün sıcaklığı + 3 ° C'den düşük olmamalıdır, bu da pahalı bir yer tipi ısı eşanjörünün gerekli olacağı anlamına gelir.

Aynı zamanda, ev sıcak bir zemin ile ısıtılırsa, 35 ° C sıcaklığa sahip bir ısı taşıyıcı, ısı pompasının kondansatöründen ısıtma sistemine girecektir. Bu durumda, evaporatörde soğutulan glikolün sıcaklığı yaklaşık –2 ° C ise, ısı pompası daha verimli çalışabilir, örneğin 4.3 dönüştürme faktörü ile.

Excel elektronik tablolarını kullanarak, fonksiyonu (1) bir denklem olarak ifade edebilirsiniz:

? = 0,1729 • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)

Bir ısı pompası ile çalıştırılan ısıtma sistemindeki soğutma sıvısının istenen dönüşüm faktöründe ve belirli bir sıcaklık değerinde, evaporatörde soğutulan sıvının sıcaklığının belirlenmesi gerekiyorsa, denklem (2) gösterilebilir. gibi:

(3)

Aşağıdaki formülü kullanarak, ısı pompasının dönüşüm katsayısının ve evaporatör çıkışındaki sıvının sıcaklığının verilen değerlerinde ısıtma sistemindeki soğutucunun sıcaklığını seçebilirsiniz:

(4)

Formüllerde (2) ... (4) sıcaklıklar Santigrat derece olarak ifade edilir.

Bu bağımlılıkları belirledikten sonra, şimdi doğrudan Amerikan deneyimine gidebiliriz.

Isı pompalarını hesaplama yöntemi

Tabii ki, bir ısı pompasını seçme ve hesaplama süreci teknik olarak çok karmaşık bir işlemdir ve nesnenin bireysel özelliklerine bağlıdır, ancak kabaca aşağıdaki aşamalara indirgenebilir:

Bina zarfından (duvarlar, tavanlar, pencereler, kapılar) ısı kayıpları belirlenir. Bu, aşağıdaki oran uygulanarak yapılabilir:

Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) burada

tnar - dış hava sıcaklığı (° С);

tvn - iç hava sıcaklığı (° С);

S, tüm kapalı yapıların toplam alanıdır (m2);

n - çevrenin nesnenin özellikleri üzerindeki etkisini gösteren katsayı. Dış çevre ile doğrudan temas halinde olan odalar için tavanlardan n = 1; çatı katı olan nesneler için n = 0.9; nesne bodrumun üstünde bulunuyorsa n = 0.75;

β yapının tipine ve coğrafi konumuna bağlı olan ek ısı kaybı katsayısıdır β 0,05 ile 0,27 arasında değişebilir;

RT - termal direnç, aşağıdaki ifade ile belirlenir:

Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W), burada:

δі / λі, inşaatta kullanılan malzemelerin ısıl iletkenliğinin hesaplanmış bir göstergesidir.

αout, çevreleyen yapıların dış yüzeylerinin termal dağılım katsayısıdır (W / m2 * оС);

αin - çevreleyen yapıların iç yüzeylerinin ısıl absorpsiyon katsayısı (W / m2 * оС);

- Yapının toplam ısı kaybı aşağıdaki formülle hesaplanır:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, burada:

Qi - odaya giren havayı doğal sızıntılarla ısıtmak için enerji tüketimi;

Qbp ​​- ev aletlerinin işleyişi ve insan faaliyetlerinden kaynaklanan ısı salınımı.

2. Elde edilen verilere dayanarak, her bir nesne için yıllık ısı enerjisi tüketimi hesaplanır:

Qyear = 24 * 0.63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / saat / yıl.) burada:

tвн - önerilen iç hava sıcaklığı;

tnar - dış hava sıcaklığı;

tout.av - tüm ısıtma sezonu için dış hava sıcaklığının aritmetik ortalama değeri;

d, ısıtma süresinin gün sayısıdır.

3. Tam bir analiz için, suyu ısıtmak için gereken termal güç seviyesini de hesaplamanız gerekecektir:

Qgv = V * 17 (kW / saat / yıl.) Burada:

V, 50 ° C'ye kadar günlük su ısıtma hacmidir.

Daha sonra toplam ısı enerjisi tüketimi aşağıdaki formülle belirlenecektir:

Q = Qgv + Qyear (kW / saat / yıl.)

Elde edilen veriler dikkate alındığında, ısıtma ve sıcak su temini için en uygun ısı pompasını seçmek zor olmayacaktır. Ayrıca hesaplanan güç olarak belirlenecektir. Qtn = 1.1 * Q, burada:

Qtn = 1.1 * Q, burada:

1.1, kritik sıcaklıklar döneminde ısı pompası üzerindeki yükün artma olasılığını gösteren bir düzeltme faktörüdür.

Isı pompalarını hesapladıktan sonra her türlü teknik özelliğe sahip odalarda gerekli mikro iklim parametrelerini sağlayabilecek en uygun ısı pompasını seçebilirsiniz. Ve bu sistemi bir klima ünitesi ile entegre etme imkanı göz önüne alındığında, sıcak bir zemin sadece işlevselliği ile değil aynı zamanda yüksek estetik maliyeti ile de not edilebilir.

DIY ısı pompası nasıl yapılır?

Bir ısı pompasının maliyeti, onu kuracak bir uzmanın hizmetleri için ödemeyi hesaba katmasanız bile oldukça yüksektir. Herkeste yok yeterli mali kapasitebu tür ekipmanların kurulumunu derhal ödemek. Bu bağlamda, birçoğu soruyu sormaya başlıyor, hurda malzemelerden kendi ellerinizle bir ısı pompası yapmak mümkün mü? Bu oldukça mümkün. Ayrıca çalışma sırasında yeni değil, kullanılmış yedek parçaları kullanabilirsiniz.
Öyleyse, kendi ellerinizle bir ısı pompası oluşturmaya karar verirseniz, işe başlamadan önce şunları yapmalısınız:

• evinizdeki kabloların durumunu kontrol edin;
• Elektrik sayacının çalıştığından emin olun ve bu cihazın gücünün en az 40 amper olduğunu kontrol edin.

İlk adım, bir kompresör satın al... Özel şirketlerden veya bir soğutma ekipmanı tamirhanesine başvurarak satın alabilirsiniz. Orada bir klimadan bir kompresör satın alabilirsiniz. Bir ısı pompası oluşturmak için oldukça uygundur. Daha sonra, L-300 braketleri kullanılarak duvara sabitlenmelidir.

Şimdi bir sonraki aşamaya geçebilirsiniz - kapasitörün üretimi. Bunu yapmak için, 120 litreye kadar hacme sahip su için paslanmaz çelik bir tank bulmanız gerekir. İkiye bölünür ve içine bir bobin yerleştirilir. Buzdolabından bir bakır boru kullanarak kendiniz yapabilirsiniz. Alternatif olarak, küçük çaplı bir bakır borudan da oluşturabilirsiniz.

Bataryanın imalatında sorun yaşamamak için normal bir gaz silindiri almak ve etrafına bakır tel sarmak... Bu çalışma sırasında, aynı olması gereken dönüşler arasındaki mesafeye dikkat etmek gerekir. Boruyu bu pozisyonda sabitlemek için, macunun köşelerini korumak için kullanılan alüminyum delikli bir köşe kullanmalısınız. Bobinler kullanılarak tüpler, telin bobinleri köşedeki deliklerin karşısına gelecek şekilde konumlandırılmalıdır. Bu, aynı dönüş perdesini sağlayacaktır ve bunun yanı sıra, yapı oldukça güçlü olacaktır.

Bobin takıldığında hazırlanan tankın iki yarısı kaynakla birbirine bağlanır. Bu durumda, dişli bağlantıların kaynatılmasına dikkat edilmelidir.

Evaporatörü oluşturmak için, toplam hacmi 60-80 litre olan plastik su kapları kullanabilirsiniz. Bobin, ¾ "çapında bir borudan buna monte edilir. Suyu dağıtmak ve boşaltmak için sıradan su boruları kullanılabilir.

İstenilen boyutta L-braket kullanılarak duvarda evaporatörün sabitlenmesi.

Tüm işler tamamlandığında geriye kalan tek şey bir soğutma uzmanını davet etmektir. Sistemi monte edecek, bakır boruları kaynaklayacak ve freonda pompalayacak.

Isı pompası türleri

Isı pompaları, düşük dereceli enerji kaynağına göre üç ana türe ayrılır:

• Hava.
• Hazırlama.
• Su - Kaynak, yeraltı suyu ve yüzey suyu kütleleri olabilir.

Daha yaygın olan su ısıtma sistemleri için aşağıdaki ısı pompası türleri kullanılır:

Havadan suya, bir binayı bir dış ünite vasıtasıyla dışarıdan hava çekerek ısıtan hava tipi bir ısı pompasıdır. Klima prensibine göre çalışır, ancak tam tersi, hava enerjisini ısıya dönüştürür. Böyle bir ısı pompası, büyük kurulum maliyetleri gerektirmez, bunun için bir arsa tahsis etmek ve ayrıca bir kuyu açmak gerekli değildir. Bununla birlikte, düşük sıcaklıklarda (-25 ° C) çalışma verimliliği azalır ve ek bir termal enerji kaynağı gerekir.

Cihaz "yer altı suyu" jeotermal anlamına gelir ve zeminin donma noktasının altına yerleştirilmiş bir kolektör kullanarak yerden ısı üretir. Ayrıca, kollektör yatay olarak yerleştirilmişse, sitenin alanına ve peyzaja bağımlılık vardır. Dikey yerleştirme için bir kuyu açmanız gerekecektir.

Yakınlarda bir su kütlesi veya yeraltı suyu bulunan yerlerde "Sudan suya" kurulur. İlk durumda, rezervuar rezervuarın dibine döşenir, ikincisinde, sitenin alanı izin veriyorsa bir veya birkaç kuyu açılır.Bazen yeraltı suyunun derinliği çok derindir, bu nedenle böyle bir ısı pompası kurmanın maliyeti çok yüksek olabilir.

Bina rezervuardan uzaksa veya yeraltı suyu çok derinse, her ısı pompası türünün kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır, bu durumda "sudan suya" çalışmayacaktır. "Hava-su" yalnızca, soğuk mevsimde hava sıcaklığının -25 ° C'nin altına düşmediği nispeten sıcak bölgelerde geçerli olacaktır.

DIY ısı pompası kurulumu

Artık sistemin ana kısmı hazır olduğuna göre, onu ısının alınması ve dağıtılması için cihazlara bağlamaya devam ediyor. Bu işi kendiniz yapabilirsiniz. Bu zor değil. Bir ısı giriş cihazının kurulum süreci farklı olabilir ve büyük ölçüde ısıtma sisteminin bir parçası olarak kullanılacak pompa tipine bağlıdır.

Dikey pompa tipi yer altı suyu

Burada da belirli maliyetler gerekli olacaktır, çünkü böyle bir pompayı kurarken, bir sondaj kulesi kullanmadan yapamazsınız. Tüm çalışmalar, derinliği olması gereken bir kuyunun oluşturulmasıyla başlar. 50-150 metre... Daha sonra jeotermal sonda indirilir ve ardından pompaya bağlanır.

Yatay pompa tipi toprak suyu

Böyle bir pompa kurulduğunda, bir boru sisteminden oluşan bir manifoldun kullanılması gerekir. Toprak donma seviyesinin altına yerleştirilmelidir. Kolektör yerleştirmenin doğruluğu ve derinliği büyük ölçüde iklim bölgesine bağlıdır. Önce toprak tabakası kaldırılır. Sonra borular döşenir ve ardından toprakla doldurulur.
Başka bir yol kullanabilirsin - bireysel boruların döşenmesi önceden kazılmış bir siperdeki su için. Kullanmaya karar verdikten sonra, önce derinliğin donma seviyesinin altında olması gereken hendekleri kazmanız gerekir.

Bir ısı pompasının gücünü hesaplama yöntemi

Optimum enerji kaynağının belirlenmesine ek olarak, ısıtma için gerekli olan ısı pompası gücünün hesaplanması gerekecektir. Binadaki ısı kaybı miktarına bağlıdır. Belirli bir örnek kullanarak bir evi ısıtmak için bir ısı pompasının gücünü hesaplayalım.

Bunun için Q = k * V * ∆T formülünü kullanıyoruz, burada

• Q, ısı kaybıdır (kcal / saat). 1 kWh = 860 kcal / saat;
• V, m3 cinsinden evin hacmidir (alan tavanların yüksekliğiyle çarpılır);
• ∆Т, yılın en soğuk dönemi olan ° С'da tesis içi ve dışı minimum sıcaklıkların oranıdır. Dışını iç tº'dan çıkarın;
• k, binanın genelleştirilmiş ısı transfer katsayısıdır. İki katmanlı duvarlı bir tuğla bina için k = 1; iyi yalıtılmış bir bina için k = 0.6.

Böylece, 100 metrekarelik bir tuğla evi ve 2,5 m tavan yüksekliğini ısıtmak için ısı pompasının gücünün hesaplanması, dışarısı -30º ile + 20º arası ttº farkı aşağıdaki gibi olacaktır:

Q = (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / saat

12500/860 = 14,53 kW. Yani, 100 m alana sahip standart bir tuğla ev için 14 kilovatlık bir cihaza ihtiyaç duyulacaktır.

Tüketici, bir dizi koşula göre ısı pompasının tipi ve gücünün seçimini kabul eder:

• bölgenin coğrafi özellikleri (su kütlelerine yakınlık, yeraltı suyunun varlığı, bir toplayıcı için boş alan);
• iklimin özellikleri (sıcaklık);
• odanın tipi ve iç hacmi;
• finansal fırsatlar.

Yukarıdaki tüm hususları göz önünde bulundurarak, en iyi ekipman seçimini yapabileceksiniz. Bir ısı pompasının daha verimli ve doğru seçimi için uzmanlarla iletişime geçmek daha iyidir, daha detaylı hesaplamalar yapabilecek ve ekipmanın kurulumunun ekonomik fizibilitesini sağlayabileceklerdir.

Evsel ve endüstriyel buzdolaplarında ve klimalarda uzun süredir ve çok başarılı bir şekilde ısı pompaları kullanılmaktadır.

Bugün, bu cihazlar, zıt nitelikteki bir işlevi yerine getirmek için - soğuk havalarda bir konutu ısıtmak için kullanılmaya başlandı.

Özel evleri ısıtmak için ısı pompalarının nasıl kullanıldığına ve tüm bileşenlerini doğru bir şekilde hesaplamak için bilmeniz gerekenlere bir göz atalım.

Isı pompası nedir, kapsamı

Bir ısı pompasının teknik tanımı, işinin verimliliğini artırırken, enerjiyi bir alandan diğerine aktarmak için kullanılan bir cihazdır. Bu mekaniği açıklamak zor değil. Bir kova soğuk su ve bir bardak sıcak su düşünelim. Onları belirli bir ısı işaretinden ısıtmak için aynı miktarda enerji harcanır. Bununla birlikte, uygulamasının etkinliği farklıdır. Aynı zamanda kova su sıcaklığını 1 derece düşürürse, elde edilen termal enerji camdaki sıvıyı neredeyse kaynamaya getirebilir.

Bu mekaniğe göre, havuzu ısıtabileceğiniz veya bir kır evi için tamamen ısıtma sağlayabileceğiniz ısı pompasının çalışması. Tesisat ısıyı bir alandan diğerine, genellikle odanın dışından içeriye aktarır. Bu teknik için birçok uygulama var.

1. Bir ısı pompasının belirli bir güç derecesi ile, bir evi ısıtmak ucuz ve verimli hale gelir.
2. Yeniden ısıtma kazanları kullanarak bir ısı pompası ile DHW yapmak kolaydır.
3. Biraz çaba ve uygun tasarımla, güneş panelleriyle çalışan tamamen otonom bir ısıtma sistemi oluşturmak mümkündür.
4. Çoğu ısı pompası modeli, ısıtma devresi olarak kullanılan yerden ısıtma için kabul edilebilir bir seçenektir.

Uygun bir sistemi seçmek ve satın almak için, her şeyden önce, karşı karşıya olduğu görevi doğru bir şekilde ayarlamalısınız. Ve ancak bundan sonra, güç gereksinimlerini ortaya koyun ve tüm ihtiyaçları karşılamak için tek tek tip ısı kazanlarının kabul edilebilirliğini değerlendirin.

Isı pompası hesaplama örneği

Toplam 70 m2 alana sahip tek katlı bir evin ısıtma sistemi için bir ısı pompası seçeceğiz. Standart tavan yüksekliği (2,5 m), rasyonel mimari ve modern bina kodlarının gereksinimlerini karşılayan kapalı yapıların ısı yalıtımı ile m. 1. çeyreği ısıtmak için. Böyle bir nesnenin m, genel kabul görmüş standartlara göre, 100 W ısı harcamak gerekir. Böylece, tüm evi ısıtmak için ihtiyacınız olacak:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW termal enerji.

W = 7,7 kW termal güce sahip "TeploDarom" markalı (model L-024-WLC) bir ısı pompası seçiyoruz. Ünitenin kompresörü N = 2,5 kW elektrik tüketir.

Rezervuar hesaplama

Kollektör yapımı için ayrılan sahadaki toprak killi, yeraltı suyu seviyesi yüksek (kalorifik değeri p = 35 W / m alıyoruz).

Toplayıcı gücü aşağıdaki formüle göre belirlenir:

Qk = W - N = 7,7 - 2,5 = 5,2 kW.

L = 5200/35 = 148,5 m (yaklaşık).

Aşırı yüksek hidrolik direnç nedeniyle 100 m'den daha uzun bir devre döşemenin mantıksız olduğu gerçeğine dayanarak, aşağıdakileri kabul ediyoruz: ısı pompası manifoldu iki devreden oluşacaktır - 100 m ve 50 m uzunluğunda.

Toplayıcıya tahsis edilmesi gereken sitenin alanı aşağıdaki formülle belirlenir:

S = L x A,

Burada A, konturun bitişik bölümleri arasındaki adımdır. Kabul ediyoruz: A = 0,8 m.

O zaman S = 150 x 0.8 = 120 sq. m.

Verimlilik ve COP

Ücretsiz kaynaklardan aldığımız enerjinin ¾'ünü açıkça gösterir. (Büyütmek için tıklayın)

İlk olarak, terimlerle tanımlayalım:

• Verimlilik - verimlilik katsayısı, yani sistemin çalışması için harcanan enerjinin yüzdesi olarak ne kadar yararlı enerji elde edildiği;
• COP - performans katsayısı.

Verimlilik gibi bir gösterge genellikle reklam amaçlı kullanılır: "Pompamızın verimliliği% 500!" Gerçeği söylüyor gibi görünüyorlar - 1 kW tüketilen enerji için (tüm sistemlerin ve ünitelerin tam olarak çalışması için) 5 kW termal enerji ürettiler.

Bununla birlikte, verimliliğin% 100'ü geçmediğini unutmayın (bu gösterge kapalı sistemler için hesaplanır), bu nedenle kullanılan enerjinin dönüşüm faktörünü yararlı hale getiren COP göstergesini (açık sistemleri hesaplamak için kullanılır) kullanmak daha mantıklı olacaktır. enerji.

COP genellikle 1'den 7'ye kadar sayılarla ölçülür. Sayı ne kadar yüksekse, ısı pompası o kadar verimli olur. Yukarıdaki örnekte (% 500 verimlilikte), COP 5'tir.

Isı pompası geri ödeme

Bir kişinin bir şeye yatırdığı parayı iade etmesi ne kadar sürdüğüne gelince, yatırımın kendisinin ne kadar karlı olduğu anlamına gelir. Isıtma alanında her şey oldukça zor çünkü kendimize konfor ve ısı sağladığımız ve tüm sistemler pahalı ancak bu durumda kullanım sırasında maliyetleri düşürerek harcanan parayı geri getirecek böyle bir seçenek arayabilirsiniz. Ve uygun bir çözüm aramaya başladığınızda, her şeyi karşılaştırırsınız: bir gaz kazanı, bir ısı pompası veya bir elektrikli kazan. Hangi sistemin daha hızlı ve daha verimli ödeme yapacağını analiz edeceğiz.

Geri ödeme kavramı, bu durumda, mevcut ısı tedarik sistemini modernize etmek için bir ısı pompasının piyasaya sürülmesi, basitçe ifade etmek gerekirse, şu şekilde açıklanabilir:

Tek bir sistem var - özerk ısıtma ve sıcak su temini sağlayan ayrı bir gaz kazanı. Bir odaya soğuk hava sağlayan split sistem klima bulunmaktadır. Farklı odalara 3 split sistem kurdu.

Ve daha ekonomik bir ileri teknoloji var - evleri ısıtacak / soğutacak ve bir ev veya apartman için doğru miktarlarda suyu ısıtacak bir ısı pompası. Toplam ekipman maliyetinin ve başlangıç ​​maliyetlerinin ne kadar değiştiğini belirlemek ve ayrıca seçilen ekipman türlerinin yıllık işletme maliyetlerinin ne kadar azaldığını tahmin etmek gerekir. Ve sonuçta elde edilen tasarrufla kaç yıl içinde daha pahalı ekipmanların karşılığını alacağını belirlemek için. İdeal olarak, önerilen birkaç tasarım çözümü karşılaştırılır ve en uygun maliyetli olan seçilir.

Ukrayna'da bir ısı pompasının geri ödeme süresi nedir, hesaplamayı ve vyyaski'yi yapacağız

Belirli bir örneği ele alalım

• Ev 2 katlıdır, iyi yalıtımlıdır ve toplam alanı 150 m2'dir.
• Isı / ısıtma dağıtım sistemi: devre 1 - yerden ısıtma, devre 2 - radyatörler (veya fan coil üniteleri).
• Isıtma ve sıcak su temini (DHW) için, örneğin 24kW, çift devreli bir gaz kazanı kuruldu.
• Evin 3 odası için split sistemlerden klima sistemi.

Isıtma ve su ısıtmanın yıllık maliyetleri

Maks. Alan sayısı ısıtma için ısı pompasının ısıtma kapasitesi, kW	19993,59
Maks. Alan sayısı ısıtma için çalışırken ısı pompasının güç tüketimi, kW	7283,18

Maks. Alan sayısı sıcak su temini için ısı pompasının ısıtma kapasitesi, kW	2133,46
Maks. Alan sayısı sıcak su beslemesinde çalışma sırasında ısı pompasının güç tüketimi, kW	866,12

1. 24 kW gaz kazanına sahip bir kazan dairesinin yaklaşık maliyeti (kazan, boru tesisatı, kablolama, tank, sayaç, kurulum) yaklaşık 1000 Euro'dur. Böyle bir ev için bir klima sistemi (bir bölme sistemi) yaklaşık 800 avroya mal olacak. Toplamda kazan dairesi düzenlemesi, tasarım çalışmaları, gaz boru hattı şebekesine bağlantı ve montaj işleri - 6100 euro.

1. Ek fan coil sistemi, montaj işi ve şebekeye bağlantısı olan Mycond ısı pompasının yaklaşık maliyeti 6.650 Euro'dur.

1. Yatırım büyümesi: К2-К1 = 6650 - 6100 = 550 euro (veya yaklaşık 16500 UAH)
2. İşletme maliyetlerinin düşürülmesi: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Geri ödeme süresi Tocup. = 16500/19608 = 0,84 yıl!

Isı pompasının kullanım kolaylığı

Isı pompaları, bir evi, daireyi, ofisi veya ticari tesisi ısıtmak için en çok yönlü, çok işlevli ve enerji verimli ekipmanlardır.

Haftalık veya günlük programlama, mevsimsel ayarların otomatik olarak değiştirilmesi, evdeki sıcaklığın korunması, ekonomi modları, bir yardımcı kazanı, kazanı, sirkülasyon pompalarını kontrol etme, iki ısıtma devresinde sıcaklık kontrolü ile akıllı bir kontrol sistemi en gelişmiş ve en gelişmiş sistemdir. Kompresör, fan, pompaların çalışmasının inverter kontrolü maksimum enerji tasarrufu sağlar.

Isı pompalarının faydaları ve kurulumlarının fizibilitesi

Reklamda da belirtildiği gibi, ısı pompalarının temel avantajı ısıtmanın verimliliğidir. Bir dereceye kadar, böyle işliyor. Isı pompası optimum sıcaklığı sağlayan bir enerji çekme ortamına sahipse, tesisat verimli çalışır, ısıtma maliyetleri yaklaşık% 70-80 oranında azalır. Bununla birlikte, bir ısı pompasının para kaybı olabileceği durumlar her zaman vardır.

Bir ısı pompasının verimliliği aşağıdaki teknolojik özelliklerle belirlenir:

• çalışma sıvısı tarafından sıcaklığı düşürmek için sınır sınırının parametresi;
• harici eşanjör ile ısı ekstraksiyonunun son derece küçük olduğu ortam arasındaki minimum sıcaklık farkı;
• enerji tüketimi seviyesi ve faydalı ısı çıkışı.

Bir ısı pompası kullanmanın fizibilitesi birkaç faktöre bağlıdır.

1. Bu tür ekipmanların iyi sonuç vermediği alanlar soğuk kışların ve düşük ortalama günlük sıcaklıkların olduğu bölgelerdir. Bu durumda, ısı pompası, sıfır verimlilik bölgesine yaklaşarak, çevreden yeterince ısıyı alamaz. Her şeyden önce, bu havadan havaya sistemler için geçerlidir.
2. Isıtılmış alan hacmindeki artışla, ısı pompasının teknolojik parametreleri neredeyse katlanarak artar. Isı eşanjörleri büyüyor, suya veya toprağa daldırma problarının boyutu ve sayısı artıyor. Belirli bir noktada, ısıtma için bir ısı pompasının maliyeti, kurulumu ve bakımı için gerekli harcamalar ve tüketilen enerjinin ödenmesi basitçe mantıksız yatırımlar haline gelir. Bir kazan ile klasik bir gaz ısıtma şeması oluşturmak çok daha ucuzdur.
3. Sistem ne kadar karmaşıksa, arıza durumunda onu onarmak o kadar pahalı ve sorunlu olur. Bu, ısıtılan alanın büyüklüğüne ve iklim bölgesinin özelliklerine olumsuz bir eklemedir.

Tavsiye! Genel olarak, bir ev için tek ısı kaynağı olarak bir ısı pompası kullanmak, yalnızca sınırlı sayıda durumda düşünülebilir. Kapsamlı bir destek sistemi kullanmak her zaman akıllıca olacaktır. Burada, olası kombinasyonların sayısı yalnızca mevcut enerji kaynakları ve mal sahibinin mali imkanları ile sınırlıdır.

Klasik, birlikte çalışan bir ısı pompası ve bir gaz / katı yakıt kazanıdır. Fikir basit: yakıt yanma ürünleri geniş bir borudan boşaltılır. Isı pompası eşanjörünü barındırır. Isıtma ve sıcak su tedarik sistemine depolama tankları ve dolaylı bir ısıtma kazanı monte edilmiştir. Dağıtım şebekesindeki sıvının sıcaklığı düştüğünde ekipman (kazan ve pompa) aynı anda devreye girer. Çiftler halinde çalışarak, yanan yakıtın enerjisini neredeyse tamamen kullanırlar ve maksimuma yakın verimlilik göstergeleri gösterirler.

Ortam özelliklerine uyum sağlayan sistem, bir termal pompa, bir fan bloğu, herhangi bir sınıftaki bir ısı tabancasına dayanmaktadır. Dışarıda yeterince yüksek hava sıcaklığında (-5 ... -10 santigrat dereceye kadar), ısı pompası normal şekilde çalışır ve ısıtma için yeterli güç çıkışı sağlar. Sistemin tasarım özelliği, harici ısı eşanjörünün ayrı bir havalandırma kanalında yer almasıdır. Dış ortam sıcaklığı optimum seviyenin altına düştüğünde, beslenen hava bir ısı tabancası (dizel, elektrik veya gaz) ile ısıtılır.

Özellikle belirtmek gerekir: Hava sıcaklığına uyum sağlayan veya ısı pompasının çalışma parametrelerini stabilize eden şemaların çoğu havadan havaya ve havadan suya cihazlara uygulanır. Yerde veya suda izole edilmiş harici ısı eşanjörleri nedeniyle diğer sistemler, bu tür "sera" çalışma koşullarının oluşmasına izin vermez.

Yeraltı suyu düzenine göre çalışırken ısı pompası çalışması

Kollektör üç şekilde gömülebilir.

Yatay seçenek

Borular, toprak donma derinliğini aşan bir derinliğe kadar bir yılan gibi hendeklere döşenir (ortalama olarak - 1 ila 1,5 m).
Böyle bir toplayıcı, yeterince geniş bir alana sahip bir arsaya ihtiyaç duyacaktır, ancak herhangi bir ev sahibi onu inşa edebilir - kürekle çalışma yeteneği dışında hiçbir beceriye ihtiyaç yoktur.

Bununla birlikte, bir ısı eşanjörünün elle yapımının oldukça zahmetli bir süreç olduğu dikkate alınmalıdır.

Dikey seçenek

“U” harfli ilmek şeklindeki rezervuar boruları 20-100 m derinlikteki kuyulara daldırılır, gerekirse bu tür birkaç kuyu yapılabilir. Boruları döşedikten sonra kuyular çimento harcı ile doldurulur.

Dikey kollektörün avantajı, yapımı için çok küçük bir alana ihtiyaç duyulmasıdır. Bununla birlikte, kendi başınıza 20 metreden daha derin kuyuları açmanın bir yolu yoktur - bir sondaj ekibi tutmanız gerekecektir.

Kombine seçenek

Bu kollektör bir tür yatay olarak düşünülebilir, ancak yapımı için çok daha az alan gerekir.
Sahada 2 m derinliğinde yuvarlak bir kuyu açılmıştır.

Isı eşanjörü boruları, devre dikey olarak yerleştirilmiş bir yay gibi olacak şekilde spiral şeklinde döşenmiştir.

Montaj işinin tamamlanmasının ardından kuyu doldurulur. Yatay bir ısı eşanjöründe olduğu gibi, gerekli tüm iş miktarı elle yapılabilir.

Kolektör, antifriz - antifriz veya etilen glikol solüsyonu ile doldurulur. Sirkülasyonunu sağlamak için devreye özel bir pompa kesilir. Toprağın ısısını emen antifriz, buharlaştırıcıya gider ve burada soğutucu ile soğutucu arasında ısı alışverişi gerçekleşir.

Unutulmamalıdır ki topraktan sınırsız ısı çekilmesi, özellikle kollektör dikey olarak konumlandırıldığında, sahanın jeolojisi ve ekolojisi için istenmeyen sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle, yaz döneminde, "toprak - su" tipi ısı pompasının ters modda - iklimlendirmede çalıştırılması son derece arzu edilir.

Gazlı ısıtma sisteminin birçok avantajı vardır ve en önemlilerinden biri düşük gaz maliyetidir. Ev ısıtmasının gazla nasıl donatılacağı, özel bir evin ısıtma şeması tarafından bir gaz kazanı ile istenecektir. Isıtma sistemi tasarımını ve değiştirme gereksinimlerini göz önünde bulundurun.

Bu konuda ev ısıtması için güneş paneli seçmenin özellikleri hakkında bilgi edinin.

Bir ısı pompası nasıl hesaplanır ve seçilir

Isı pompalarının hesaplanması ve tasarımı

Bir ısı pompası nasıl hesaplanır ve seçilir.

Bildiğiniz gibi, ısı pompaları ücretsiz, yenilenebilir enerji kaynakları kullanır: düşük dereceli hava, toprak, yer altı ısısı, donmayan açık su kütleleri, atık ve atık su ve hava ile teknolojik işletmelerden gelen atık ısı. Bunu toplamak için elektrik tüketilir ancak alınan ısı enerjisi miktarının tüketilen elektrik miktarına oranı yaklaşık 3–7 katıdır.

Sadece ısınma amacıyla çevremizdeki düşük dereceli ısı kaynaklarından bahsedecek olursak, bu; –3 ila +15 ° С sıcaklıkta dış hava, odadan (15–25 ° С), alt topraktan (4–10 ° С) ve yer altı (yaklaşık 10 ° C) sulardan, göl ve nehir suyundan ( 5–10 ° С), zemin yüzeyi (donma noktasının altında) (3–9 ° С) ve derin zemin (6 m - 8 ° C'den fazla).

Çevreden (iç mahalle) ısı çekilmesi.

Evaporatöre düşük basınçta sıvı bir soğutucu akışkan pompalanır. Buharlaştırıcıyı çevreleyen termal sıcaklık seviyesi, çalışma ortamının karşılık gelen kaynama noktasından daha yüksektir (soğutucu, sıfırın altındaki sıcaklıklarda bile kaynayabilecek şekilde seçilir). Bu sıcaklık farkından dolayı ısı, ortama, çalışma ortamına aktarılır ve bu sıcaklıklarda kaynayarak buharlaşır (buhara dönüşür). Bunun için gereken ısı, yukarıda listelenen düşük dereceli ısı kaynaklarından alınır.

Yenilenebilir enerji kaynakları hakkında daha fazla bilgi edinin

Isı kaynağı olarak atmosferik hava veya havalandırma havası seçilirse, "hava-su" şemasına göre çalışan ısı pompaları kullanılır. Pompa, yerleşik veya uzak kondansatör ile iç veya dış mekana yerleştirilebilir. Bir fan kullanılarak ısı eşanjöründen (buharlaştırıcı) hava üflenir.

Düşük dereceli bir termal enerji kaynağı olarak, nispeten düşük sıcaklığa sahip yeraltı suyu veya yeryüzünün yüzey katmanlarının toprağı kullanılabilir. Toprak kütlesinin ısı içeriği genellikle daha yüksektir. Yeryüzünün yüzey katmanlarının toprağının termal rejimi, iki ana faktörün etkisi altında oluşur - yüzeye düşen güneş radyasyonu ve dünyanın içinden radyojenik ısı akışı. Güneş ışınımının yoğunluğundaki mevsimsel ve günlük değişimler ve dışarıdaki havanın sıcaklığı, toprağın üst katmanlarının sıcaklıklarında dalgalanmalara neden olur. Dış hava sıcaklığındaki günlük dalgalanmaların penetrasyon derinliği ve gelen güneş radyasyonunun yoğunluğu, belirli toprak ve iklim koşullarına bağlı olarak birkaç on santimetreden bir buçuk metreye kadar değişmektedir. Dış hava sıcaklığındaki mevsimsel dalgalanmaların penetrasyon derinliği ve gelen güneş radyasyonunun yoğunluğu, kural olarak 15–20 m'yi aşmaz.

Yatay ısı eşanjörü türleri:

- seri bağlanmış borulardan yapılmış bir ısı eşanjörü; - paralel bağlı borulardan yapılmış bir ısı eşanjörü; - bir siper içine yerleştirilmiş yatay toplayıcı; - döngü şeklinde bir ısı eşanjörü; - yatay olarak yerleştirilmiş bir spiral şeklinde bir ısı eşanjörü (sözde "daracık" toplayıcı); - dikey olarak yerleştirilmiş spiral şeklinde bir ısı eşanjörü.

Su, güneş ısısını iyi biriktirir. Soğuk kış döneminde bile yeraltı suyu sabit +7 ila + 12 ° C sıcaklığa sahiptir. Bu, bu ısı kaynağının avantajıdır. Sabit sıcaklık seviyesi nedeniyle, bu ısı kaynağı tüm yıl boyunca ısı pompası aracılığıyla yüksek bir dönüşüm oranına sahiptir. Maalesef her yerde yeterince yeraltı suyu yok. Yeraltı suyu kaynağı olarak kullanıldığında “sudan suya / açık sisteme göre çalışan ısı pompasının ısı eşanjörüne (evaporatör) girişine dalgıç pompa yardımı ile kuyudan temin edilir. ”Şemasında, ısı eşanjörünün çıkışından su ya başka bir kuyuya pompalanır ya da bir su kütlesine boşaltılır. Açık sistemlerin avantajı, nispeten düşük maliyetlerle büyük miktarda termal enerji elde edebilmesidir. Ancak kuyular bakım gerektirir. Ayrıca bu tür sistemlerin kullanımı her alanda mümkün değildir. Toprak ve yeraltı suyu için temel gereksinimler aşağıdaki gibidir:

- toprağın yeterli su geçirgenliği, su kaynaklarının ikmaline izin verilmesi; - boru duvarlarında tortu oluşumu ve korozyon ile ilişkili sorunları önlemek için yeraltı suyunun iyi kimyasal bileşimi (örneğin düşük demir içeriği)

Açık sistemler daha çok büyük binaları ısıtmak veya soğutmak için kullanılır. Dünyanın en büyük jeotermal ısı transfer sistemi, düşük dereceli termal enerji kaynağı olarak yeraltı suyunu kullanır. Bu sistem Louisville, Kentucky, ABD'de bulunmaktadır. Sistem, otel ve ofis kompleksinin sıcak ve soğuk temini için kullanılır; kapasitesi yaklaşık 10 MW'tır.

Başka bir kaynağı ele alalım - bir rezervuar, dibinde plastik bir borudan döngüler yerleştirebilirsiniz, "su-su / kapalı sistem" şeması. Bir etilen glikol çözeltisi (antifriz), ısı pompasının ısı eşanjörü (buharlaştırıcı) yoluyla soğutucuya ısı aktaran boru hattı boyunca dolaşır.

Toprak, uzun bir süre boyunca güneş enerjisi biriktirme kabiliyetine sahiptir, bu da yıl boyunca ısı kaynağının nispeten eşit bir sıcaklığını ve dolayısıyla ısı pompasının yüksek bir dönüşüm faktörünü garanti eder.Üst topraktaki sıcaklık mevsime göre değişir. Donma noktasının altında bu sıcaklık dalgalanmaları önemli ölçüde azaltılır. Zeminde biriken ısı, aynı zamanda yer toplayıcıları olarak da adlandırılan yatay olarak yerleştirilmiş sızdırmaz ısı eşanjörleri veya jeotermal sondalar olarak adlandırılan dikey yerleştirilmiş ısı eşanjörleri aracılığıyla geri kazanılır. Ortamın ısısı, donma noktası yaklaşık -13 ° C olan bir su ve etilen glikol (tuzlu su veya ortam) karışımı ile aktarılır (üreticinin verilerini dikkate alın). Bu sayede tuzlu su çalışma sırasında donmaz.

Bu, topraktan düşük dereceli ısı elde etmek için iki seçenek olduğu anlamına gelir. Bölgenin iklim koşullarına bağlı olarak 1,3-1,7 m derinliğindeki hendeklerde veya 20-100 m derinliğindeki dikey kuyularda plastik boruların yatay döşenmesi Borular, hendeklere spiral şeklinde, ancak döşeme derinliği 2 olacak şekilde döşenebilir. - 4 m, bu, siperlerin toplam uzunluğunu önemli ölçüde azaltacaktır. Yüzey toprağının maksimum ısı transferi, l.p.'de 7 ila 25 W, jeotermalden 20-50 W, l.p. İmalat şirketlerine göre, hendek ve kuyuların hizmet ömrü 100 yıldan fazladır.

Dikey zemin ısı eşanjörleri hakkında biraz daha.

1986'dan beri, Zürih yakınlarındaki İsviçre'de, dikey zemin ısı eşanjörlerine sahip bir sistem üzerinde çalışmalar yürütülmektedir [4]. Toprak masifine 105 m derinliğe sahip dikey zemin koaksiyel ısı eşanjörü kuruldu.Bu ısı eşanjörü, tek ailelik bir konut binasına kurulan bir ısı transfer sistemi için düşük dereceli bir termal enerji kaynağı olarak kullanıldı. Dikey zemin ısı eşanjörü, çevredeki toprak kütlesi üzerinde önemli bir termal yük oluşturan metre uzunluk başına yaklaşık 70 watt'lık bir tepe güç sağladı. Yıllık ısı üretimi yaklaşık 13 MWh'dir.

Ana kuyudan 0,5 ve 1 m mesafede, sıcaklık sensörlerinin 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 ve 105 m derinliğe yerleştirildiği iki ek kuyu açıldı, daha sonra kuyular kil-çimento karışımı ile doldurulmuştur. Sıcaklık her otuz dakikada bir ölçüldü. Toprak sıcaklığına ek olarak, başka parametreler de kaydedildi: soğutucunun hareket hızı, kompresör sürücüsünün enerji tüketimi, hava sıcaklığı vb.

İlk gözlem dönemi 1986'dan 1991'e kadar sürdü. Ölçümler, dış havanın ısısının ve güneş ışınımının etkisinin, 15 m derinlikte toprağın yüzey tabakasında gözlemlendiğini göstermiştir.Bu seviyenin altında, toprağın ısıl rejimi esas olarak dünyanın içi. İlk 2-3 yıllık çalışma sırasında, dikey ısı eşanjörünü çevreleyen toprak kütlesinin sıcaklığı keskin bir şekilde düştü, ancak her yıl sıcaklık düşüşü azaldı ve birkaç yıl sonra, sistem, sabit değere yakın bir moda girdi. ısı eşanjörünün etrafındaki toprak kütlesi 1-2 ° C oldu.

1996 sonbaharında, sistemin çalışmaya başlamasından on yıl sonra, ölçümler yeniden başlatıldı. Bu ölçümler, toprak sıcaklığının önemli ölçüde değişmediğini gösterdi. Sonraki yıllarda, yıllık ısıtma yüküne bağlı olarak 0,5 ° C aralığında zemin sıcaklığında hafif dalgalanmalar kaydedildi. Böylece, ilk birkaç yıllık faaliyetten sonra sistem yarı durağan bir rejime ulaştı.

Deneysel verilere dayanarak, toprak masifinde meydana gelen süreçlerin matematiksel modelleri oluşturuldu ve bu da toprak kütlesinin sıcaklığındaki değişikliklerin uzun vadeli bir tahminini yapmayı mümkün kıldı.

Matematiksel modelleme, sıcaklıktaki yıllık düşüşün kademeli olarak azalacağını ve sıcaklıkta düşüşe bağlı olarak ısı değiştirici etrafındaki toprak kütlesinin hacminin her yıl artacağını göstermiştir.Çalışma süresinin sonunda rejenerasyon süreci başlar: toprak sıcaklığı yükselmeye başlar. Rejenerasyon sürecinin doğası, ısının "ekstraksiyonu" sürecinin doğasına benzerdir: operasyonun ilk yıllarında toprağın sıcaklığında keskin bir artış ve sonraki yıllarda sıcaklıkta artış hızı vardır. azalır. "Rejenerasyon" süresinin uzunluğu, işletim süresinin uzunluğuna bağlıdır. Bu iki dönem yaklaşık olarak aynıdır. Bu durumda, zemin ısı eşanjörünün çalışma süresi otuz yıldır ve "rejenerasyon" süresinin de otuz yıl olduğu tahmin edilmektedir.

Bu nedenle, topraktan gelen düşük dereceli ısıyı kullanan binalar için ısıtma ve soğutma sistemleri, her yerde kullanılabilecek güvenilir bir enerji kaynağıdır. Bu kaynak yeterince uzun bir süre kullanılabilir ve işletme süresi sonunda yenilenebilir.

Yatay ısı pompası toplayıcısının hesaplanması

Borunun her metresinden ısının uzaklaştırılması birçok parametreye bağlıdır: döşeme derinliği, yeraltı suyunun mevcudiyeti, toprağın kalitesi vb. Kabaca yatay kollektörler için 20 W.m.p. Daha doğrusu: kuru kum - 10, kuru kil - 20, ıslak kil - 25, yüksek su içerikli kil - 35 W.m.p. Hesaplamalarda döngünün direk ve dönüş hatlarındaki soğutucunun sıcaklık farkı genellikle 3 ° C olarak alınır. Kollektör sahasında, binalar, yeryüzünün ısısını, ör. enerji kaynağımız güneş radyasyonundan gelen enerji ile yenilendi.

Döşenen borular arasındaki minimum mesafe en az 0,7–0,8 m olmalıdır Bir hendeğin uzunluğu 30 ila 150 m arasında değişebilir.Bağlı devrelerin uzunluklarının yaklaşık olarak aynı olması önemlidir. Birincil devrede ısıtma ortamı olarak donma noktası yaklaşık -13 ° C olan bir etilen glikol solüsyonunun (ortam) kullanılması önerilir. Hesaplamalarda çözeltinin 0 ° C sıcaklıktaki ısı kapasitesinin 3,7 kJ / (kg K) ve yoğunluğun 1,05 g / cm3 olduğu dikkate alınmalıdır. Bir ortam kullanıldığında, borulardaki basınç kaybı su sirkülasyonuna göre 1,5 kat daha fazladır. Isı pompası kurulumunun birincil devresinin parametrelerini hesaplamak için, ortamın akış oranını belirlemeniz gerekecektir:

Vs = Qo 3600 / (1.05 3.7 .t),

Nerede .t - Besleme ve dönüş hatları arasındaki, genellikle 3 oK olduğu varsayılan sıcaklık farkı. Sonra Qo - düşük potansiyelli bir kaynaktan (toprak) alınan termal güç. İkinci değer, ısı pompası Qwp'nin toplam gücü ile soğutucuyu ısıtmak için harcanan elektrik gücü arasındaki fark olarak hesaplanır. P:

Qo = Qwp - P, kW.

Toplam kollektör boru uzunluğu L ve bunun için sitenin toplam alanı Bir formüllerle hesaplanır:

L = Qo / q,

A = L da.

Buraya q - özel (1 m borudan) ısı giderme; da - borular arasındaki mesafe (döşeme adımı).

Hesaplama örneği. Isı pompası.

Başlangıç ​​koşulları: 120–240 m2 alana sahip bir kulübenin ısı talebi (sızmayı hesaba katan ısı kayıplarına göre) - 13 kW; ısıtma sistemindeki su sıcaklığı 35 ° C (yerden ısıtma) olarak alınır; evaporatöre giden çıkıştaki soğutucunun minimum sıcaklığı 0 ° C'dir. Binayı ısıtmak için, yerden ısı enerjisi çekilirken ve aktarılırken ortamın viskozitesindeki kayıplar dikkate alınarak, mevcut teknik ekipmandan 14,5 kW'lık bir ısı pompası seçildi, 3,22 kW. Toprağın yüzey tabakasından ısı uzaklaştırma (kuru kil), q 20 W / m.p.'ye eşittir. Formüllere göre şunları hesaplıyoruz:

1) kollektörün gerekli ısı çıkışı Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;

2) toplam boru uzunluğu L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 l.p. Böyle bir toplayıcı düzenlemek için 100 m uzunluğunda 6 devreye ihtiyacınız olacak;

3) 0.75 m'lik bir döşeme adımı ile sahanın gerekli alanı A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) genel etilen glikol çözeltisi yükü Vs = 11,28 3600 / (1,05 3,7 3) = 3,51 m3bir devrede 0,58 m3'e eşittir.

Kolektör cihazı için standart 32x3 boyutunda bir plastik boru seçiyoruz. İçindeki basınç kaybı 45 Pa / m.p olacaktır; bir devrenin direnci yaklaşık 7 kPa'dır; soğutma sıvısı akış hızı - 0,3 m / s.

Prob hesaplama

20 ila 100 m derinliğe sahip dikey kuyular kullanıldığında, U şeklindeki plastik borular (32 mm çaplı) bunlara daldırılır. Kural olarak, iki halka, bir süspansiyon çözeltisi ile doldurulmuş bir kuyuya yerleştirilir. Ortalama olarak, böyle bir probun özgül ısı çıkışı 50 W / m.p.'ye eşit alınabilir. Isı çıkışı ile ilgili aşağıdaki verilere de odaklanabilirsiniz:

- kuru tortul kayaçlar - 20 W / m; - taşlı toprak ve suya doymuş tortul kayaçlar - 50 W / m; - yüksek ısı iletkenliğine sahip kayalar - 70 W / m; - yeraltı suyu - 80 W / m.

15 m'den fazla derinlikte toprak sıcaklığı sabittir ve yaklaşık +9 ° C'dir. Kuyular arası mesafe 5 m'den fazla olmalı, yer altı akıntıları varsa kuyular akıntıya dik bir hat üzerine yerleştirilmelidir.

Boru çaplarının seçimi, gerekli soğutucu akış hızı için basınç kaybına göre yapılır. Sıvı akış hızının hesaplanması t = 5 ° С için yapılabilir.

Hesaplama örneği.

İlk veriler, yukarıdaki yatay rezervuar hesaplamasındaki ile aynıdır. Probun spesifik ısı çıkışı 50 W / m ve gerekli güç 11.28 kW ile prob uzunluğu L 225 m olmalıdır.

Bir toplayıcı kurmak için 75 m derinliğe sahip üç kuyu delmek gerekir.Her birine 32x3 borudan iki halka yerleştiririz; toplamda - 6 devre, her biri 150 m.

Soğutucunun .t = 5 ° C'de toplam akış hızı 2,1 m3 / sa olacaktır; bir devreden akış hızı - 0,35 m3 / sa. Devreler aşağıdaki hidrolik özelliklere sahip olacaktır: borudaki basınç kaybı - 96 Pa / m (ısı taşıyıcı -% 25 etilen glikol solüsyonu); döngü direnci - 14,4 kPa; akış hızı - 0,3 m / s.

Ekipman seçimi

Antifriz sıcaklığı değişebileceğinden (–5 ila +20 ° C), ısı pompası ünitesinin birincil devresinde bir hidrolik genleşme tankı gereklidir.

Isı pompasının ısıtma (yoğuşma) hattına bir depolama tankı kurulması da tavsiye edilir: ısı pompasının kompresörü açma-kapama modunda çalışır. Çok sık çalıştırma, parçalarının daha hızlı aşınmasına neden olabilir. Depo aynı zamanda bir elektrik kesintisi durumunda bir enerji akümülatörü olarak da kullanışlıdır. Minimum hacmi, 1 kW ısı pompası gücü başına 20-30 litre oranında alınır.

İkinci bir enerji kaynağı (elektrik, gaz, sıvı veya katı yakıt kazanı) olan iki değerlikli kullanıldığında, aynı zamanda bir termohidrodistribütör olan bir akümülatör tankı vasıtasıyla devreye bağlanır, kazanın aktivasyonu bir ısı pompası ile kontrol edilir veya otomasyon sisteminin üst seviyesi.

Olası elektrik kesintileri durumunda, kurulu ısı pompasının gücü aşağıdaki formülle hesaplanan bir katsayı ile artırılabilir: f = 24 / (24 - t kapalı), burada t off, elektrik kesintisinin süresidir.

4 saatlik olası bir elektrik kesintisi durumunda bu katsayı 1,2 olacaktır.

Isı pompasının gücü, çalışmasının tek değerlikli veya iki değerli moduna göre seçilebilir. İlk durumda, ısı pompasının tek ısı enerjisi üreteci olarak kullanıldığı varsayılır.

Unutulmamalıdır: Ülkemizde bile, düşük hava sıcaklıklarının olduğu dönemlerin süresi, ısıtma mevsiminin küçük bir parçasıdır. Örneğin, Rusya'nın Orta bölgesi için, sıcaklığın –10 ° С'nin altına düştüğü zaman sadece 900 saat (38 gün) iken, sezonun süresi 5112 saattir ve ortalama Ocak sıcaklığı yaklaşık -10'dur. ° С. Bu nedenle, en uygun olan, ısı pompasının iki değerlikli bir modda çalıştırılmasıdır ve hava sıcaklığının belirli bir sıcaklığın altına düştüğü dönemlerde ek bir kaynağın dahil edilmesini sağlar: –5 ° С - Rusya'nın güney bölgelerinde, - 10 ° С - merkezi olanlarda. Bu, ısı pompasının maliyetini ve özellikle, tesisin artan kapasitesiyle büyük ölçüde artan birincil devrenin (hendeklerin döşenmesi, sondaj kuyuları vb.) Kurulumundaki işin maliyetini düşürmeyi mümkün kılar.

Rusya'nın Orta bölgesinde, iki değerlikli modda çalışan bir ısı pompası seçerken kabaca bir tahmin için, ısı talebinin% 70/30 oranına odaklanabilir:% 70 ısı pompası tarafından karşılanır ve kalan 30 - elektrik veya başka bir ısı enerjisi kaynağı. Güney bölgelerde, genellikle Batı Avrupa'da kullanılan ısı pompasının ve ek ısı kaynağının güç oranı yönlendirilebilir: 50 ila 50.

Isı kaybı 70 W / m2 (–28 ° C dış hava sıcaklığı için hesaplanmıştır) olan 4 kişilik 200 m2 alana sahip bir yazlık için ısı talebi 14 kW olacaktır. Bu değere, kullanım sıcak suyunun hazırlanması için 700 W ekleyin. Sonuç olarak, ısı pompasının gerekli gücü 14,7 kW olacaktır.

Geçici bir elektrik kesintisi olasılığı varsa, bu sayıyı uygun faktör kadar artırmanız gerekir. Günlük kapatma süresinin 4 saat olduğunu varsayalım, ardından ısı pompası gücü 17,6 kW olmalıdır (çarpma faktörü 1,2'dir). Tek değerlikli mod durumunda, 6,0 kW elektrik tüketen 17,1 kW kapasiteli bir yerden suya ısı pompası seçebilirsiniz.

Sıcak su ve güvenlik faktörü elde etme ihtiyacı için ek bir elektrikli ısıtıcı ve 10 ° C soğuk su besleme sıcaklığına sahip iki değerlikli bir sistem için, ısı pompasının gücü 11,4 W olmalı ve elektrikli kazanın gücü - 6,2 kW (toplam - 17,6) ... Sistem tarafından tüketilen en yüksek elektrik gücü 9,7 kW olacaktır.

Isı pompası tek değerlikli modda çalışırken, mevsim başına tüketilen yaklaşık elektrik maliyeti 500 ruble ve (-10 ° C) - 12.500 altındaki sıcaklıklarda iki değerlikli modda olacaktır. uygun kazan: elektrik - 42.000, dizel yakıt - 25.000 ve gaz - yaklaşık 8.000 ruble olacaktır. (Rusya'da tedarik edilen bir boru ve düşük gaz fiyatları varlığında). Şu anda, bizim koşullarımız için, iş verimliliği açısından, bir ısı pompası sadece yeni seri bir gaz kazanı ile karşılaştırılabilir ve işletme maliyetleri, dayanıklılık, güvenlik (kazan dairesi gerekmez) ve çevre dostu, diğer tüm ısı enerjisi üretim türlerini geride bırakır.

Isı pompalarını kurarken, her şeyden önce, binanın ısı kaybını ve dolayısıyla iş ve ekipman maliyetini azaltacak olan düşük ısı iletkenliğine sahip çift camlı pencereler ve yalıtım inşa etmeye özen göstermeniz gerektiğini unutmayın.

https://www.patlah.ru

© "Teknoloji ve Teknikler Ansiklopedisi" Patlakh V.V. 1993-2007

Yatay ısı pompası toplayıcısının hesaplanması

Yatay bir kolektörün verimliliği, içine daldırıldığı ortamın sıcaklığına, termal iletkenliğine ve boru yüzeyi ile temas alanına bağlıdır. Hesaplama yöntemi oldukça karmaşıktır, bu nedenle çoğu durumda ortalama veriler kullanılır.

Isı eşanjörünün her bir metresinin HP'ye aşağıdaki ısı çıkışını sağladığına inanılmaktadır:

• 10 W - kuru kumlu veya kayalık toprağa gömüldüğünde;
• 20 W - kuru killi toprakta;
• 25 W - ıslak killi toprakta;
• 35 W - çok nemli killi topraklarda.

Bu nedenle, toplayıcının (L) uzunluğunu hesaplamak için, gerekli termal güç (Q), toprağın kalori değerine (p) bölünmelidir:

L = Q / p.

Verilen değerler ancak aşağıdaki koşullar karşılanırsa geçerli kabul edilebilir:

• Kollektörün üzerindeki arazi arsası inşa edilmemiştir, gölgelenmemiştir veya ağaç veya çalılarla dikilmemiştir.
• Spiralin bitişik dönüşleri veya "yılan" ın bölümleri arasındaki mesafe en az 0,7 m'dir.

Isı pompaları nasıl çalışır?

Herhangi bir ısı pompasının soğutucu adı verilen bir çalışma ortamı vardır. Genellikle freon bu kapasitede hareket eder, daha az sıklıkla amonyaktır. Cihazın kendisi yalnızca üç bileşenden oluşur:

Evaporatör ve kondansatör, uzun kavisli borulara benzeyen iki tanktır - bobinler.Kondansatör bir uçtan kompresörün çıkışına ve evaporatör girişe bağlanır. Bobinlerin uçları birleştirilir ve aralarındaki bağlantı noktasına bir basınç düşürme valfi takılır. Evaporatör doğrudan veya dolaylı olarak kaynak ortam ile temas halindedir ve kondenser ısıtma veya DHW sistemi ile temas halindedir.

Isı pompası nasıl çalışır?

HP işlemi, gaz hacmi, basıncı ve sıcaklığının birbirine bağımlı olmasına dayanır. Ünitenin içinde olanlar:

1. Buharlaştırıcı boyunca hareket eden amonyak, freon veya diğer soğutucu akışkan, örneğin kaynak ortamdan +5 dereceye kadar ısınır.
2. Gaz, evaporatörden geçtikten sonra kompresöre ulaşır ve onu kondensere pompalar.
3. Kompresör tarafından boşaltılan soğutucu akışkan, bir basınç düşürme valfi ile kondansatörde tutulur, bu nedenle basıncı burada buharlaştırıcıdakinden daha yüksektir. Bildiğiniz gibi, artan basınçla, herhangi bir gazın sıcaklığı artar. Soğutucu akışkanla olan tam olarak budur - 60-70 dereceye kadar ısınır. Kondenser, ısıtma sisteminde dolaşan soğutma sıvısı tarafından yıkandığından, ikincisi de ısınır.
4. Soğutucu akışkan, basınç düşürme vanası aracılığıyla küçük porsiyonlar halinde buharlaştırıcıya boşaltılır ve burada basıncı tekrar düşer. Gaz genişler ve soğur ve önceki aşamadaki ısı değişimi sonucu iç enerjisinin bir kısmı kaybolduğu için sıcaklığı başlangıçtaki +5 derecenin altına düşer. Evaporatörün ardından tekrar ısınır, ardından kompresör tarafından kondensere pompalanır - ve bu şekilde bir daire şeklinde. Bilimsel olarak, bu sürece Carnot döngüsü denir.

Ancak ısı pompası hala çok karlı: harcanan her bir kW * saat elektrik için 3 ila 5 kW * saat arasında ısı elde etmek mümkündür.

Enerji tasarrufu

Günümüzde alternatif enerji kaynaklarının kullanımı, modern insan faaliyetinin hemen hemen tüm alanları için öncelikli bir görevdir. Rüzgar, su, güneş enerjisinin aktif kullanımı, her türlü teknolojik işlemin uygulanmasında yalnızca finansal kaynakların maliyetini önemli ölçüde düşürmekle kalmaz, aynı zamanda çevrenin durumu üzerinde de yararlı bir etkiye sahiptir (emisyonlardaki düşüşle bağlantılı olarak) atmosfere kirleticiler).

Uygun yaşam koşulları yaratmak için güneş kollektörleri, rüzgar jeneratörleri, ekonomik ısı jeneratörlerinin giderek daha fazla kullanıldığı ve tüm elemanların ısı yalıtım seviyesinin artırılmasına yönelik tedbirlerin alındığı göz önüne alındığında, konut sektöründe de benzer bir eğilim görülebilir. yapının.

Ekonomik açıdan çok etkili bir önlem, ısı pompalarının - jeotermal enerji kaynaklarının kullanılmasıdır. Prensip olarak, ısı pompaları, kelimenin tam anlamıyla ortamdan azar azar ısıyı çıkarabilecekleri ve ancak o zaman onu dönüştürüp doğrudan kullanım yerine yönlendirebilecekleri şekilde tasarlanmıştır. Hava, su, toprak bir ısı pompası için enerji kaynağı görevi görebilirken, bazı maddelerin (soğutucu akışkanların) fiziksel özelliklerinden dolayı düşük sıcaklıklarda kaynama işleminin tamamı gerçekleşmektedir.

Bu nedenle, sunulan ısı jeneratörünün performansı için geleneksel kaynakların maliyetleri, yalnızca enerjinin taşınmasıyla ilişkilendirilirken, ana kısmı dışarıdan işlenir. Isı pompalarının temel özellikleri nedeniyle performans katsayısı 3-5 birime ulaşabilir, yani ısı pompasının çalışması için 100 W elektrik enerjisi harcayarak 0,5 kW'a kadar termal güç elde edebilirsiniz.