Jakten på alternative kilder som gir energi til mange områder av menneskelig aktivitet har nylig blitt en presserende oppgave. Folk streber etter å mer aktivt bruke energien fra sol, vind og vannkilder for å redusere kostnadene ved å løse problemer knyttet til varmeforsyningen til bygninger. Samtidig er spørsmålet om økologi av ikke liten betydning, siden det er viktigere enn noen gang å redusere skadelige utslipp som forurenser atmosfæren.

Å skape gunstige og komfortable boforhold i boligsektoren i i fjor begynte å bruke vindgeneratorer, solfangere og økonomiske varmegeneratorer samtidig med implementeringen av tiltak som bidrar til å øke den termiske isolasjonen til et varmeforsyningsanlegg.

Ifølge fagfolk som jobber på dette feltet, anses bruken av geotermiske kilder til termisk energi - spesielle pumper - som et effektivt og økonomisk tiltak. Deres grunnleggende design gjør det mulig å hente varme fra miljø, transformer den og flytt den til søknadsstedet (flere detaljer: " ").

Energikildene for varmepumper er vann, luft og jord, og varmegenereringsprosessen skjer på grunn av bruken av de fysiske egenskapene til visse stoffer som kalles kjølemedier. De er i stand til å koke selv ved lave temperaturer.

Beregningsprosedyre for varmepumper

Resultatet av beregningene avhenger hovedsakelig av de individuelle egenskapene til den oppvarmede strukturen og består av flere stadier:

1. Først av alt bestemmes varmetap som oppstår gjennom bygningskonvolutten (disse inkluderer vinduer, dører, vegger, tak). For å gjøre dette, bruk følgende formel:
   
   Qok = Sx(tinn – tout)x(1 + Σ β) x n / Rt (W), hvorS – summen av arealene til alle omsluttende strukturer (m²);
   tinn – lufttemperatur inne i bygningen (°C);
   tout – utelufttemperatur (°C);
   
   n – koeffisient som gjenspeiler påvirkningen av det omkringliggende rommet på egenskapene til strukturen. Hvis rommet er i direkte kontakt med det ytre miljøet gjennom taket, er denne indikatoren lik 1. Når objektet har loftsgulv, er n lik 0,9. Hvis objektet er plassert over kjelleren, er koeffisienten 0,75 (flere detaljer: " ").
   β er koeffisienten for ekstra varmetap, avhengig av bygningstype og geografisk plassering. Denne indikatoren, når du beregner en varmepumpe, er i området fra 0,05 til 0,27;Rt er en indikator på termisk motstand, som bestemmes av følgende formel:Rt = 1/ α intern + Σ (δі / λі) + 1/ α ekstern (m²x°C / W), hvor:α intern – koeffisient som karakteriserer termisk absorpsjon av de indre overflatene til gjerdekonstruksjoner (W/m²x°C);
   δі / λі – er en beregnet indikator på den termiske ledningsevnen til materialer som brukes i konstruksjon;
   α nar – verdien av termisk spredning av ytre overflater av gjerdekonstruksjoner (W/m²x°C);
2. Deretter, for å beregne varmepumper, bruk formelen for å bestemmetotalt varmetap i bygningen:
   
   Qt.pot = Qok + Qi – Qbp, hvor:
   
   Qi - kostnaden for å varme opp luften som kommer inn gjennom naturlige utette steder;
   Qbp ​​- varmegenerering som et resultat av drift av husholdningsapparater og menneskelig aktivitet.
3. På dette stadiet beregnes den forbrukte termiske energien for hvert av objektene i løpet av året:Qår = 24x0,63xQt. pot.х((dх (tinn - tout.medi.)/ (tinn - tout.)) kW/time), hvor:
   tout.av er den aritmetiske middelverdien av temperaturene som registreres i uteluften gjennom hele oppvarmingsperioden;
   d – antall dager i fyringssesongen.
4. Deretter må du bestemme den termiske kraften som kreves for å varme opp vannet gjennom året, som uttrykket brukes for:
   
   Qgv = V x17 (kW/time per kalenderår), hvor
   V x17 – daglig vannmengde som varmes opp til 50 °C.
5. Det totale forbruket av termisk energi bestemmes av formelen:
   
   Q = Qgv + Qår (kW/time i ett år)

1,1 er en korreksjonsfaktor, siden når kritiske temperaturer oppstår kan belastningen på varmepumpen øke.

Når de nødvendige beregningene er gjort, er det enkelt å velge en varmepumpe som passer for et gitt rom, som vil gi et behagelig mikroklima i det for menneskene i rommet.

Hvordan beregne oppvarmingskostnader for et landsted?

Beregninger er gjort basert på følgende parametere:

Den første parameteren er driftskostnader. For å bestemme disse kostnadene, er det verdt å ta hensyn til kostnadene for drivstoffet som skal brukes til å generere varme. Denne posten inkluderer også vedlikeholdskostnader. Den mest lønnsomme med tanke på denne parameteren vil være oppvarming, hvis energibærer vil være den tilførte hovedgassen. Den nest mest effektive er VARMEPUMPEN.

Den andre parameteren er kostnadene ved å kjøpe utstyr og installere det. Det mest lønnsomme og økonomiske alternativet på anskaffelses- og installasjonsstadiet vil være å kjøpe en elektrisk kjele. Maksimale kostnader venter hvis du bestemmer deg for å kjøpe kjeler der energibærerne er flytende gass i gasstanker eller diesel. Også her er en VARMEPUMPE optimal.

Den tredje parameteren bør betraktes som bekvemmelighet ved bruk av varmeutstyr. Kjeler med fast brensel i dette tilfellet kan bemerkes som den mest krevende oppmerksomheten. De krever din tilstedeværelse og ekstra drivstoffbelastning, mens elektriske og de som drives av hovedgassforsyningen fungerer uavhengig. Derfor er gass- og elektriske kjeler de mest komfortable å bruke ved oppvarming av landhus. Og her har VARMEPUMPA en fordel. Klimakontroll er den mest komfortable egenskapen til varmepumper.

I dag har følgende prissituasjon utviklet seg i Moskva-regionen... Å koble gass til private hus koster omtrent 600 tusen rubler. Også nødvendig designarbeid og de tilsvarende godkjenningene, som noen ganger varer i årevis og også koster penger. Legg her til kostnadene for utstyret og den relativt korte perioden med slitasje (det er grunnen til at gasselskaper tilbyr kraftigere gasskjeler slik at slitasjen på kjelen tar lengre tid). Oppvarming med varmepumper er allerede sammenlignbar med ovennevnte pris, men krever ingen godkjenninger. En varmepumpe er et vanlig elektrisk husholdningsapparat som bruker 4 ganger mindre strøm enn en vanlig elektrisk kjele og er også en klimakontrollenhet, det vil si et klimaanlegg. Motorlevetiden til moderne varmepumper, og spesielt høykvalitets (premiumklasse), gjør at de kan fungere i mer enn 20 år.

Vi gir eksempler på beregning av varmepumper for ulike typer og størrelser hus.

Først må du bestemme varmetapet til bygningen din, avhengig av regionen der den ligger. Les mer i "Fulle nyheter"

Først av alt må du bestemme deg for kraften til varmepumpen eller kjelen, siden dette er en av de avgjørende tekniske egenskaper. Det velges basert på mengden varmetap i bygningen. Beregning av varmebalansen til et hus, under hensyntagen til funksjonene i dets design, bør utføres av en spesialist, men for et grovt estimat av denne parameteren, hvis huskonstruksjonen er designet under hensyntagen til byggestandarder, kan du bruk følgende formel:
Q = k V ΔT
1 kW/t = 860 kcal/t
Hvor
Q - varmetap, (kcal/t)
V er volumet av rommet (lengde × bredde × høyde), m3;
ΔT - maksimal forskjell mellom lufttemperaturen ute og inne i rommet om vinteren, °C;
k er den generaliserte varmeoverføringskoeffisienten til bygningen;
k = 3…4 - bygning laget av plater;
k = 2...3 - murvegger i ett lag;
k min-maks = 1…2 - standard murverk (murstein i to lag);

k = 0,6...1 - godt isolert bygg;

Et eksempel på beregning av kraften til en gasskjele for hjemmet ditt:

For en bygning med volum V = 10m × 10m × 3m = 300 m3;

Varmetap for en murbygning (k max= 2) vil være:
Q = 2 × 300 × 50 = 30 000 kcal/time = 30 000 / 860 = 35 kW
Dette vil være nødvendig minimum kjeleeffekt, beregnet til maksimum...

Vanligvis velges en 1,5-dobbel gangreserve, men faktorer som konstant løpende ventilasjon av rommet, åpne vinduer og dører, stort glassflate etc. bør tas i betraktning. Hvis du planlegger å bruke en dobbelkretskjele (oppvarming av rommet og tilførsel av varmt vann), bør kraften økes ytterligere med 10 - 40%. Tilsetningen avhenger av mengden varmtvannsstrøm.

Et eksempel på beregning av effekten til en varmepumpe for ditt hjem:

Ved ΔT = (Tvn - Tnar) = 20 - (-30) = 50°C;
Varmetap for en murbygning (k min= 1) vil være:
Q = 1 × 300 × 50 = 15000 kcal/time = 30000 / 860 = 17 kW
Dette vil være den nødvendige minimumseffekten til kjelen, beregnet til minimum, siden det ikke er utbrenning i varmepumpen og ressursen avhenger av motorens levetid og syklus i løpet av dagen... For å redusere antall på/av-sykluser av varmepumpen brukes varmeakkumulatortanker.

Altså: Du trenger at varmepumpen sykler 3-5 ganger i timen.
de. 17 kW/time -3 sykluser

Du trenger en buffertank - 3 sykluser - 30 l/kW; 5 slag - 20 l/kW.

17 kW*30l=500l lagringskapasitet!!! Beregningene er omtrentlige, her er et stort batteri bra, men i praksis bruker de 200 liter.

La oss nå beregne kostnadene for en varmepumpe og dens installasjon for hjemmet ditt:

Volumet av bygningen er det samme V = 10m × 10m × 3m = 300 m3;
Vi beregnet den omtrentlige effekten til -17 kW. Ulike produsenter har ulike kraftledninger, så velg varmepumpe basert på kvalitet og kostnad sammen med våre konsulenter. For eksempel har Waterkotte en 18 kW varmepumpe, men du kan også installere en 15 kW varmepumpe, siden hvis det ikke er nok effekt, er det en 6 kW topp nærmere i hver varmepumpe. Toppoppvarming skjer relativt raskt og det er derfor ikke nødvendig å betale for mye for en varmepumpe. Derfor kan du velge 15 kW, siden på kort sikt er 15+6=21 kW høyere enn ditt varmebehov.

La oss stoppe ved 18 kW. Sjekk prisen på varmepumpen med konsulenter, siden leveringsforholdene i dag er "mildt sagt" uforutsigbare. Derfor er fabrikkversjonen presentert på nettstedet.

Hvis du er i de sørlige regionene, vil varmetapet til hjemmet ditt basert på beregningene ovenfor være mindre, siden ΔT = (Tvn - Tnar) = 20 - (-10) = 30°C. eller ΔT = (Tvn - Tnar) = 20 - (-0) = 20°C. Du kan velge en varmepumpe med lavere effekt og også på luft-til-vann-driftsprinsippet. Våre luftvarmepumper fungerer effektivt ned til -25 grader og krever derfor ikke borearbeid.

I det sentrale Russland og Sibir er geotermiske varmepumper som opererer etter "vann-til-vann"-prinsippet mye mer effektive.

Boring etter et geotermisk felt vil koste forskjellig avhengig av region. I Moskva-regionen er kostnadsberegningen som følger:

Vi tar effekten av vår varmepumpe -18 kW. Strømforbruket til en slik jordvarmepumpe er ca 18/4 = 4,5 kW/time fra et uttak. Waterkotte har enda mindre (denne karakteristikken kalles COP. Waterkotte varmepumper har en COP på 5 eller mer). I henhold til loven om bevaring av kraft overføres elektrisk kraft til systemet, omdannet til termisk kraft Vi henter den manglende kraften fra en geotermisk kilde, det vil si fra sonder som skal bores. 18-4,5 = 13,5 kW fra jorden for eksempel (siden kilden i dette tilfellet kan være en horisontal samler, en dam, etc.).

Varmeoverføringen av jord på forskjellige steder, selv i Moskva-regionen, er forskjellig. I gjennomsnitt fra 30 til 60 W per 1 m.p., avhengig av jordfuktighet.

13,5 kW eller 13500 W fordelt på varmeoverføring. i snitt er det 50W så 13500/50=270 meter. Borearbeid koster i gjennomsnitt 1200 rubler/m.p. Vi får 270*1200=324000 rubler. nøkkelferdig med inngang til varmestasjonen.

Kostnaden for en økonomiklasse varmepumpe er 6-7 tusen dollar. de. 180-200 tusen rubler

Kostnad TOTALT 324 tusen + 180 tusen = 504 tusen rubler

Legg til kostnadene for installasjon og kostnadene for en varmeakkumulator, og du vil få litt mer enn 600 tusen rubler, som kan sammenlignes med kostnadene for å levere hovedgass. Q.E.D.

Bruk av lavgradig omgivelsesvarme til vannoppvarming og oppvarming blir økonomisk gunstig ved langvarig bruk av systemet. En hindring for utbredt bruk av slike enheter er de høye startkostnadene for utstyret og installasjonen. Derfor er komplett eller delvis installasjon av en varmepumpe med egne hender alltid relevant, slik at du kan spare betydelige penger.

Ris. 1 Vann-til-vann varmepumpe i huset

Når man lager varmepumper for oppvarming, brukes naturlig lavgradig varme av luftmasser, jord og vann. Akvatiske arter absorberer termisk energi fra brønner, brønner, dammer og andre åpne vannmasser. En varmepumpe fungerer som et kjøleskap, som tar varme fra kjølerommet og slipper den ut gjennom en ekstern radiator.

Under installasjonen plasseres den primære varmeveksleren med sirkulerende kjølevæske i en beholder med vann, hvorfra varme tas. Vann suges inn av en vannpumpe, passerer gjennom et rørsystem og kommer deretter inn i fordamperen - i enheten, når væsken varmes opp, fordamper den. I fordamperen overfører kjølevæsken varme til freon, for hvilken en liten positiv temperatur på 6 - 8 C er kokepunktet, og det gassformige kjølemediet kommer inn i kompressoren.

Der blir det komprimert, noe som fører til en økning i temperaturen på gassen, og videre tilførsel til kondensatoren. I en kondensator Termisk energi fra gass med en temperatur på 40 - 70 C overføres til vann i varmesystemet, den avkjølte gassen kondenserer og går inn i trykkreduksjonsventilen (gasspjeld). Trykket avtar - dette fører til større avkjøling av gassen til en flytende tilstand, der den igjen tilføres til fordamperen. Systemet opererer i en sirkulær lukket syklisk modus.

Varmepumpeberegning

For å designe et system med egne hender, må du først utføre en beregning som tar hensyn til behovene for termisk energi (pumper kan i tillegg brukes til å gi varmtvannsforsyning til huset) og mulige tap. Beregningsalgoritmen består av følgende operasjoner.

1. Arealet til det oppvarmede rommet beregnes.
2. Basert på de oppnådde verdiene, bestemmes den totale mengden energi som kreves for oppvarming basert på beregningen av 70 - 100 watt per kvadratmeter. Parameteren avhenger av takhøyden, produksjonsmaterialet og graden av varmeledningsevne til huset.
3. Ved tilførsel av varmtvann økes den oppnådde verdien med 15 - 20%.
4. Basert på den mottatte kraften velges en kompressor, og hovedkomponentene i systemet beregnes og utformes: rørledning, fordamper, kondensator, elektrisk pumpe og andre komponenter.

Komponenter til et varmesystem med varmepumpe når de produseres uavhengig

Det er ganske vanskelig for en vanlig huseier å konkurrere med industrielle varmepumper fra innenlandske og utenlandske produsenter, men installasjonen og produksjonen av individuelle komponenter er ikke en umulig oppgave. Hovedoppgaven når du installerer en varmepumpe forblir riktigheten av beregningene, fordi hvis det er en feil, kan systemet ha lav effektivitet og bli ineffektivt.

Kompressor

For installasjon trenger du en ny eller brukt. kompressoren er i fungerende tilstand med en ikke utløpt ressurs med passende kraft. Den vanlige kompressoreffekten skal være 20 - 30% av den beregnede; du kan bruke standard fabrikkenheter for kjøleskap eller spiralklimaanlegg, som har en høyere effektivitet sammenlignet med stempelenheter.

Fordamper og kondensator

For å avkjøle og varme væsker føres de vanligvis gjennom kobberrør plassert i en beholder med varmeveksler. For å øke kjøleområdet er kobberrøret anordnet i form av en spiral; den nødvendige lengden beregnes ved å bruke formelen for beregning av arealet delt på tverrsnittet. Volumet av varmevekslingstanken beregnes basert på implementeringen av effektiv varmeveksling, den vanlige gjennomsnittsverdien er omtrent 120 liter. For en varmepumpe er det rasjonelt å bruke rør til klimaanlegg, som i utgangspunktet har en spiralform og selges i spoler.

Ris. 3 Kobberrør og tank for varmeveksler

Mange produsenter av varmepumper har erstattet denne metoden for å designe varmevekslere med en mer kompakt, ved å bruke varmeveksling etter "rør-i-rør"-prinsippet. Standarddiameteren på plastrøret for fordamperen er 32 mm, et kobberrør med en diameter på 19 mm er plassert i det, fordamperen er termisk isolert, den totale lengden på varmeveksleren er ca. 10 - 12 m. For kondensator, kan du bruke 25 mm. metall-plastrør og 12,7 mm. kobber.

For å øke arealet og effektiviteten til varmeveksleren tvinner noen håndverkere en flette av flere kobberrør med liten diameter, dekker dem med tynn ledning og legger strukturen i plast. Dette lar deg oppnå et varmevekslingsområde på omtrent 1 kubikkmeter over et 10-meters segment.

Termostatisk ventil

En riktig valgt enhet regulerer fyllingsgraden av fordamperen og er i stor grad ansvarlig for ytelsen til hele systemet. For eksempel, hvis tilførselen av kjølemiddel er for stor, vil den ikke ha tid til å fordampe fullstendig, og væskedråper vil komme inn i kompressoren, noe som fører til forstyrrelse av driften og en reduksjon i utløpsgasstemperaturen. For lite freon i fordamperen etter å ha økt temperaturen i kompressoren vil ikke være nok til å varme opp det nødvendige volumet av vann.

Sensorer

For enkel bruk, overvåking av drift, avdekking av feil og oppsett av systemet er det nødvendig med innebygde temperatursensorer. Informasjon er viktig i alle stadier av systemets drift; bare med dens hjelp, ved hjelp av formler, kan man etablere den viktigste parameteren for det installerte utstyret for vannvarmepumper - COP-effektivitetsindikatoren.

Pumpeutstyr

Når varmepumper er i drift, tas vann og tilføres fra en brønn, brønn eller åpent reservoar ved hjelp av vannpumper. Nedsenkbare eller overflatetyper kan brukes, vanligvis er effekten lav, 100 - 200 W er nok til å levere vann. For å kontrollere driften og beskytte pumpene og systemet er det i tillegg installert filtre, en trykkmåler, vannmålere og enkel automatisering.

Å montere varmepumpeutstyr med egne hender gir ingen store vanskeligheter hvis du vet hvordan du skal håndtere et spesialverktøy for sveising og lodding av kobber. Det fullførte arbeidet vil bidra til å spare betydelige midler - kostnadene for komponenter vil være omtrent 600 USD. Det vil si at kjøp av industrielt utstyr vil koste 10 ganger mer (ca. 6000 USD). En selvmontert struktur, hvis den er riktig beregnet og konfigurert, har en effektivitet (COP) på ca. 4, som tilsvarer industrielle design.

Som du vet bruker varmepumper gratis, fornybare energikilder: lavgradig varme fra luft, jord, underjordiske, åpne, ikke-frysende reservoarer, avfall og avløpsvann og luft, samt spillvarme fra teknologiske virksomheter. For å samle dette brukes elektrisitet, men forholdet mellom mengden termisk energi som mottas og mengden elektrisk energi som forbrukes er omtrent 3-7 ganger.

Hvis vi bare snakker om kildene til lavgradig varme rundt oss for bruk til oppvarmingsformål, er dette; uteluft med en temperatur på -3 til +15 °C, luft ut av rommet (15-25 °C), undergrunn (4-10 °C) og grunnvann (ca. 10 °C), innsjø- og elvevann (5 -10 °C), bakkeoverflate (under frysepunktet) (3-9 °C) og bakken dyp (mer enn 6 m - 8 o C).

Varmeuttak fra miljøet (indre distrikt).

Et flytende arbeidsmedium, kjølemiddel, pumpes inn i fordamperen ved lavt trykk. Det termiske nivået på temperaturene rundt fordamperen er høyere enn det tilsvarende kokepunktet til arbeidsmediet (kjølemediet er valgt slik at det kan koke selv ved minusgrader). På grunn av denne temperaturforskjellen overføres varme til miljøet, arbeidsmiljøet, som ved disse temperaturene koker og fordamper (blir til damp). Varmen som kreves for dette, hentes fra hvilken som helst av de ovennevnte lavpotensialvarmekildene.

Lær mer om fornybare energikilder

Hvis atmosfærisk luft eller ventilasjonsluft velges som varmekilde, brukes varmepumper som opererer i henhold til luft-vann-ordningen. Pumpen kan plasseres innendørs eller utendørs, med innebygd eller ekstern kondensator. Luft blåses gjennom varmeveksleren (fordamperen) ved hjelp av en vifte.

Grunnvann med relativt lav temperatur eller jord fra overflatelagene på jorden kan brukes som en kilde til termisk energi med lavt potensial. Varmeinnholdet i jordmassen er generelt høyere. Jordens termiske regime i jordens overflatelag dannes under påvirkning av to hovedfaktorer - solstråling som faller inn på overflaten og strømmen av radiogen varme fra jordens indre. Sesongmessige og daglige endringer i intensiteten av solstråling og utelufttemperatur forårsaker svingninger i temperaturen i de øvre lagene av jorda. Penetrasjonsdybden for daglige svingninger i utelufttemperaturen og intensiteten av innfallende solstråling, avhengig av spesifikke jord- og klimatiske forhold, varierer fra flere titalls centimeter til halvannen meter. Dybden av penetrasjon av sesongmessige svingninger i utetemperaturen og intensiteten av innfallende solstråling overstiger som regel ikke 15-20 m.

Typer horisontale varmevekslere:

1. varmeveksler laget av seriekoblede rør;
2. varmeveksler laget av parallellkoblede rør;
3. horisontal samler lagt i en grøft;
4. sløyfeformet varmeveksler;
5. en varmeveksler i form av en spiral plassert horisontalt (den såkalte "slinky" samleren);
6. varmeveksler i form av en spiral plassert vertikalt.

Vann akkumulerer solvarme godt. Selv i den kalde vinterperioden har grunnvannet en konstant temperatur på +7 til +12°C. Dette er fordelen med denne varmekilden. På grunn av det konstante temperaturnivået har denne varmekilden høy konverteringsrate gjennom varmepumpen gjennom hele året. Grunnvann er dessverre ikke tilgjengelig i tilstrekkelige mengder overalt. Ved bruk av grunnvann som kilde, utføres forsyningen fra en brønn ved hjelp av en nedsenkbar pumpe til inngangen til varmeveksleren (fordamperen) til en varmepumpe som opererer i henhold til ordningen "vann-til-vann/åpent system"; fra utløpet av varmeveksleren, pumpes vann enten inn i en annen brønn, eller dumpes i et reservoar. Fordelen med åpne systemer er muligheten for å skaffe stor kvantitet termisk energi til relativt lave kostnader. Brønner krever imidlertid vedlikehold. I tillegg er bruk av slike systemer ikke mulig på alle områder. De viktigste kravene til jord og grunnvann er som følger:
- tilstrekkelig permeabilitet av jorda, slik at vannreservene kan fylles på;
- god kjemisk sammensetning av grunnvann (for eksempel lavt jerninnhold), som unngår problemer knyttet til dannelse av avleiringer på rørvegger og korrosjon.

Åpne systemer brukes oftere for å levere varme eller kjøling til store bygninger. Verdens største geotermiske varmeoverføringssystem bruker grunnvann som en kilde til lavkvalitets termisk energi. Dette systemet er lokalisert i USA i Louisville, Kentucky. Systemet brukes til varme- og kuldeforsyning av et hotell- og kontorkompleks; kraften er omtrent 10 MW.

La oss ta en annen kilde - et reservoar; løkker av plastrør kan legges på bunnen, en "vann-vann / lukket system"-ordning. En etylenglykolløsning (frostvæske) sirkulerer gjennom rørledningen, som overfører varme til kjølemediet gjennom varmeveksleren (fordamperen) til varmepumpen.
Jorden har evnen til å akkumulere solenergi over lang tid, noe som sikrer en relativt jevn temperatur på varmekilden gjennom hele året og dermed en høy konverteringskoeffisient på varmepumpen. Temperaturen i de øvre lagene av jorda varierer avhengig av årstid. Under fryselinjen er disse temperatursvingningene betydelig redusert. Varmen som er akkumulert i grunnen hentes ut gjennom horisontalt utlagte forseglede varmevekslere, også kalt jordkollektorer, eller gjennom vertikalt utlagte varmevekslere, såkalte geotermiske sonder. Omgivelsesvarmen overføres av en blanding av vann og etylenglykol (saltlake eller medium), hvis frysepunkt bør være ca. -13°C (ta hensyn til produsentens data). Takket være dette fryser ikke saltlaken under drift.
Dette betyr at det er to mulige alternativer for å få lavgradig varme fra bakken. Horisontal legging av plastrør i grøfter med en dybde på 1,3-1,7 m, avhengig av de klimatiske forholdene i området, eller vertikale brønner med en dybde på 20-100 m. Legging av rør i grøfter kan også gjøres i form av spiraler, men med en leggedybde på 2- 4 m vil dette redusere den totale lengden på skyttergravene betydelig. Maksimal varmeoverføring av overflatejord er fra 7 til 25 W per m.p., fra geotermisk 20-50 W per m.p. I følge produksjonsbedrifter er levetiden til grøfter og brønner mer enn 100 år.

Litt mer om vertikale jordvarmevekslere.

Siden 1986 har det blitt forsket på et system med vertikale jordvarmevekslere i Sveits, nær Zürich. I jordmassen ble det installert en vertikal koaksial type jordvarmeveksler med en dybde på 105 m. Denne varmeveksleren ble brukt som en kilde til lavkvalitets termisk energi for et varmeoverføringssystem installert i et enkeltleilighets boligbygg. Den vertikale jordvarmeveksleren ga en toppeffekt på ca. 70 W per meter lengde, og skapte en betydelig termisk belastning på den omkringliggende grunnmassen. Årlig produksjon av termisk energi er om lag 13 MWh.
I en avstand på 0,5 og 1 m fra hovedbrønnen ble det boret ytterligere to brønner, hvor temperatursensorer ble installert i en dybde på 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 og 105 m, hvoretter brønnene ble fylt leire-sementblanding. Temperaturene ble målt hvert 30. minutt. I tillegg til bakketemperaturen ble andre parametere registrert: kjølevæskens bevegelseshastighet, energiforbruket til kompressordriften, lufttemperatur, etc.

Den første observasjonsperioden varte fra 1986 til 1991. Målinger har vist at påvirkningen av varmen fra uteluften og solstråling observeres i overflatelaget av jord på en dybde på opptil 15 m. Under dette nivået dannes jordas termiske regime hovedsakelig på grunn av varmen av jordens indre. I løpet av de første 2-3 årene av driften falt temperaturen på jordmassen rundt den vertikale varmeveksleren kraftig, men hvert år avtok temperaturfallet, og etter noen år nådde systemet et regime nær konstant, når temperaturen på jordmassen rundt varmeveksleren ble 1 lavere enn den opprinnelige.-2 °C.

Høsten 1996, ti år etter at systemet ble tatt i bruk, ble målingene gjenopptatt. Disse målingene viste at bakketemperaturen ikke endret seg vesentlig. I de påfølgende årene ble det registrert små svingninger i grunntemperaturen innenfor 0,5 °C avhengig av den årlige varmebelastningen. Dermed nådde systemet en kvasi-stasjonær modus etter de første årene med drift.

Basert på eksperimentelle data ble det konstruert matematiske modeller av prosessene som skjer i jordmassen, som gjorde det mulig å lage en langtidsprognose for endringer i temperaturen i jordmassen.

Matematisk modellering viste at den årlige nedgangen i temperatur gradvis vil avta, og volumet av jordmassen rundt varmeveksleren, med forbehold om temperaturnedgang, vil øke hvert år. På slutten av driftsperioden begynner regenereringsprosessen: jordtemperaturen begynner å stige. Naturen til regenereringsprosessen er lik arten til "varmevalg"-prosessen: i de første driftsårene er det en kraftig økning i jordtemperaturen, og i de påfølgende årene avtar temperaturøkningshastigheten. Lengden på "regenereringsperioden" avhenger av lengden på driftsperioden. Disse to periodene er omtrent like. I det aktuelle tilfellet var driftsperioden for jordvarmeveksleren tretti år, og "regenereringsperioden" er også estimert til tretti år

Dermed representerer varme- og kjølesystemer for bygninger som bruker lavgradig varme fra jorden en pålitelig energikilde som kan brukes overalt. Denne kilden kan brukes i ganske lang tid og kan fornyes ved slutten av driftsperioden.

Beregning av en horisontal varmepumpekollektor

Varmefjerningen fra hver meter rør avhenger av mange parametere: leggedybde, tilstedeværelse av grunnvann, jordkvalitet, etc. Omtrent kan vi anta at det for horisontale samlere er 20 W.m.p. Mer presist: tørr sand - 10, tørr leire - 20, våt leire - 25, leire med høyt vanninnhold - 35 W.m.p. Forskjellen i kjølevæsketemperatur i sløyfens frem- og returledning i beregninger er vanligvis antatt å være 3 °C. På samlerplassen skal det ikke oppføres bygninger slik at jordvarmen, d.v.s. energikilden vår ble fylt opp med energi fra solstråling.

Minste avstand mellom utlagte rør skal være minst 0,7-0,8 m. Lengden på en grøft kan variere fra 30 til 150 m, det er viktig at lengdene på de tilkoblede kretsene er omtrent like. Det anbefales å bruke en etylenglykolløsning (medium) med et frysepunkt på omtrent -13 o C som primær kjølevæske. I beregninger bør det tas hensyn til at varmekapasiteten til løsningen ved en temperatur på 0 ° C. er 3,7 kJ/(kg K), og tettheten er 1,05 g/cm3. Ved bruk av medium er trykktapet i rørene 1,5 ganger større enn ved sirkulerende vann. For å beregne parametrene til primærkretsen til en varmepumpeinstallasjon, må du bestemme strømningshastigheten til mediet:

Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),
hvor t er temperaturforskjellen mellom tilførsels- og returledningen, som ofte tas lik 3 o K. Da er Qo den termiske kraften mottatt fra en lavpotensialkilde (jord). Sistnevnte verdi beregnes som differansen mellom den totale effekten til varmepumpen Qwp og den elektriske effekten brukt på oppvarming av kuldemediet P:

Qo = Qwp - P, kW.

Den totale lengden på samlerørene L og det totale arealet av området A for det beregnes ved å bruke formlene:

Her er q den spesifikke (fra 1 m rør) varmefjerning; da - avstand mellom rør (leggingsstigning).

Regneeksempel. Varmepumpe.
Opprinnelige forhold: varmebehov til en hytte med et areal på 120-240 m2 (basert på varmetap tatt i betraktning infiltrasjon) - 13 kW; Vanntemperaturen i varmesystemet antas å være 35 °C (gulvvarme); Minimum kjølevæsketemperatur ved utløpet til fordamperen er 0 °C. For å varme opp bygningen ble en varmepumpe med en kapasitet på 14,5 kW valgt fra det eksisterende tekniske utstyrsutvalget, tatt i betraktning tap på grunn av mediets viskositet, ved valg og overføring av termisk energi fra bakken, tilsvarende 3,22 kW. Varmefjerning fra overflatelaget av jord (tørr leire), q tilsvarer 20 W/m.p. I samsvar med formlene beregner vi:

1) nødvendig termisk effekt til kollektoren Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW;
2) total rørlengde L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 m.p. For å organisere en slik samler vil det være nødvendig med 6 kretser 100 m lange;
3) med et leggetrinn på 0,75 m, er det nødvendige området på stedet A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) total fylling av etylenglykolløsning Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,51 m3, i en krets er 0,58 m3.

For å installere samleren velger vi et plastrør i størrelse 32x3. Trykktapet i den vil være 45 Pa/m.p.; motstanden til en krets er omtrent 7 kPa; kjølevæskestrømhastighet - 0,3 m/s.

Sondeberegning

Ved bruk av vertikale brønner med en dybde på 20 til 100 m, senkes U-formede plastrør (med diameter fra 32 mm) ned i dem. Som regel settes to løkker inn i en brønn, fylt med en suspensjonsløsning. I gjennomsnitt kan den spesifikke varmefjerningen av en slik sonde tas lik 50 W/m.p. Du kan også fokusere på følgende data om varmefjerning:

• tørre sedimentære bergarter - 20 W/m;
• steinete jord og vannmettede sedimentære bergarter - 50 W/m;
• bergarter med høy termisk ledningsevne - 70 W/m;
• grunnvann - 80 W/m.

Jordtemperaturen ved en dybde på mer enn 15 m er konstant og er omtrent +9 °C. Avstanden mellom brønnene bør være mer enn 5 m. I nærvær av underjordiske strømmer, bør brønnene plasseres på en linje vinkelrett på strømmen.
Valg av rørdiametre utføres basert på trykktap for nødvendig kjølevæskestrøm. Beregning av væskestrøm kan utføres for t = 5 °C.

Regneeksempel.

De første dataene er de samme som i beregningen ovenfor for et horisontalt reservoar. Med en sondespesifikk varmefjerning på 50 W/m og en nødvendig effekt på 11,28 kW, bør sondelengden L være 225 m.
For å installere en samler, er det nødvendig å bore tre brønner med en dybde på 75 m. I hver av dem plasserer vi to rørløkker av standardstørrelse 32x3; totalt - 6 runder på 150 m hver.

Den totale strømningshastigheten for kjølevæsken ved t = 5 °C vil være 2,1 m3/t; strømningshastighet gjennom en krets er 0,35 m3/t. Kretsene vil ha følgende hydrauliske egenskaper: trykktap i røret - 96 Pa/m (kjølevæske - 25% etylenglykolløsning); kretsmotstand - 14,4 kPa; strømningshastighet - 0,3 m/s.

Utvalg av utstyr

Siden temperaturen på frostvæsken kan variere (fra -5 til +20 °C), er det nødvendig med en hydraulisk ekspansjonstank i primærkretsen til varmepumpeinstallasjonen.
Det anbefales også å installere en lagringstank på varmepumpens (kondensator) linje: varmepumpekompressoren fungerer i "på-av"-modus. For hyppige starter kan føre til akselerert slitasje på delene. Tanken er også nyttig som energilagringsenhet i tilfelle strømbrudd. Minimumsvolumet tas med en hastighet på 20-30 liter per 1 kW varmepumpeeffekt.

Når du bruker en bivalens, en andre energikilde (elektrisk, gass, flytende eller fast brenselkjele), kobles den til kretsen gjennom en batteritank, som også er en termisk hydraulisk fordeler; kjelens aktivering styres av en varmepumpe eller et automasjonssystem på øverste nivå.
Ved mulige strømbrudd kan du øke effekten til den installerte varmepumpen med en faktor beregnet av formelen: f = 24/(24 - t av), hvor t av er varigheten av strømbruddet.

Ved mulig strømbrudd i 4 timer vil denne koeffisienten være lik 1,2.
Kraften til varmepumpen kan velges basert på den monovalente eller bivalente driftsmodusen. I det første tilfellet antas det at varmepumpen brukes som eneste generator av termisk energi.

Det bør tas i betraktning: selv i vårt land er varigheten av perioder med lave lufttemperaturer en liten del av fyringssesongen. For eksempel for Sentral region I Russland er tiden når temperaturen synker under -10 °C bare 900 timer (38 dager), mens varigheten av selve sesongen er 5112 timer, og gjennomsnittstemperaturen i januar er omtrent -10 °C. Derfor er det mest hensiktsmessig å bruke varmepumpen i bivalent modus, som innebærer å slå på en ekstra kilde i perioder når lufttemperaturen faller under et visst nivå: -5 °C i de sørlige delene av Russland, -10 °C i de sentrale regionene. Dette lar deg redusere kostnadene for varmepumpen og spesielt installasjonen av primærkretsen (legging av grøfter, borebrønner, etc.), som øker kraftig med økende installasjonseffekt.

Under forholdene i den sentrale regionen i Russland, for et grovt estimat når du velger en varmepumpe som opererer i bivalent modus, kan du fokusere på forholdet 70/30: 70% av varmebehovet dekkes av en varmepumpe, og resterende 30 % av en elektrisk eller annen termisk energikilde. I de sørlige regionene kan du bli styrt av forholdet mellom kraften til varmepumpen og den ekstra varmekilden, ofte brukt i Vest-Europa: 50 til 50.

For en hytte med et areal på 200 m2 for 4 personer med varmetap på 70 W/m2 (beregnet ved -28 °C utelufttemperatur) vil varmebehovet være 14 kW. Til denne verdien bør legges 700 W for tilberedning av sanitært varmtvann. Som et resultat vil nødvendig varmepumpeeffekt være 14,7 kW.

Hvis det er en mulighet for et midlertidig strømbrudd, må du øke dette tallet med riktig faktor. La oss si at den daglige avstengingstiden er 4 timer, da bør effekten til varmepumpen være 17,6 kW (økende faktor - 1,2). Ved monovalent modus kan du velge en grunnvannsvarmepumpe med en effekt på 17,1 kW, som bruker 6,0 kW strøm.

For et bivalent system med en ekstra elektrisk varmeovn og en tilførselstemperatur for kaldt vann på 10 ° C for behovet for varmtvann og sikkerhetsfaktor, bør effekten til varmepumpen være 11,4 W, og den elektriske kjelen - 6,2 kW (totalt - 17.6). Den maksimale elektriske effekten som forbrukes av systemet vil være 9,7 kW.

Den omtrentlige kostnaden for forbruk av elektrisitet per sesong når varmepumpen fungerer i monovalent modus vil være 500 rubler, og i bivalent modus ved temperaturer under (-10C) - 12 500. Energikostnaden ved bruk av bare riktig kjele vil være: elektrisitet - 42 000, diesel - 25 000, og gass - omtrent 8 000 rubler. (i nærvær av et levert rør og lave gasspriser som eksisterer i Russland). Foreløpig, for våre forhold, når det gjelder driftseffektivitet, kan en varmepumpe bare sammenlignes med en gasskjel av ny serie, og når det gjelder driftskostnader, holdbarhet, sikkerhet (ikke nødvendig fyrrom) og miljøvennlighet overgår den alle andre typer termisk energiproduksjon.

Merk at når du installerer varmepumper, bør du først og fremst sørge for å isolere bygningen og installere doble vinduer med lav varmeledningsevne, noe som vil redusere varmetapene til bygningen, og dermed kostnadene for arbeid og utstyr.

Med tanke på det faktum at en varmepumpe er utstyr som krever ganske betydelige kostnader for anskaffelse og installasjon, bør spørsmålet om valg av den behandles spesielt nøye. Det første en potensiell kjøper må gjøre er å gjøre minst en omtrentlig beregning av kraften til utstyret som er egnet for effektiv drift under spesifikke forhold. Selvfølgelig kan du henvende deg til spesialister for å utarbeide en varmepumpedesign, men for å estimere omtrentlige kostnader kan du gjøre noen innledende beregninger selv.

En varmepumpe, hvis design er en ganske kompleks virksomhet, velges avhengig av husets areal, isolasjonsgraden og gjennomsnittlige temperaturverdier i den kalde årstiden. I tillegg til å beregne den nødvendige kraften, innebærer det komplette prosjektet å bestemme parametrene til jordreservoaret for den geotermiske pumpen, beregne antall og diameter på rør for brønnen i tilfelle av et vann-vannsystem. Riktig beregning av en varmepumpe innebærer å ta hensyn til mange faktorer: fra egenskapene til jorda på stedet til materialet som huset er bygget fra.

Utvikling av varmesystem basert på varmepumpe

Hvis du er seriøst interessert i en så progressiv metode for oppvarming av hjemmet som varmepumper, er det best å foretrekke tjenestene til spesialister med spesialisert utdanning og lang erfaring med å jobbe med slikt utstyr. Dette er fordi riktig utvikling av en varmepumpe og hele varmesystemet for hjemmet vil tillate deg å glemme varmeproblemer i mange år, og nyte stabil effektivt arbeid utstyr.

Først av alt er det verdt å bestemme seg for varmekilden som skal omdannes til energi for kjølevæsken i varmesystemet. Om det er jord, vann eller luft bestemmer både produksjonen av varmepumper (eller rettere sagt, produksjonsteknologien), samt produktiviteten og prisen på selve utstyret og installasjonsarbeidet. Et av de mest effektive systemene er vann-til-vann, men det krever tilstedeværelse av et reservoar i nærheten av huset eller en tilstrekkelig mengde grunnvann på stedet.

Det er verdt å vurdere at varmepumpen er mer brukt til lavtemperatur varmekilder, ideelt kombinert med et "varmt gulv" system, men kombinasjon med tradisjonelle generatorer er også mulig. Når du velger varmepumper, utføres deres termiske beregning på en slik måte at de tar hensyn til om den er i stand til å varme opp rommet selv i den mest ekstreme kulden, eller om det er nødvendig å gi en ekstra varmekilde i systemet for eksempel en elektrisk kjele. Den termodynamiske beregningen tar hensyn til minimumstemperaturene som kan nås om vinteren.

Det er også nødvendig å ta hensyn til behovet for varmtvannsforsyning hjemme; hvis slik funksjonalitet er nødvendig, er ytterligere 20% inkludert i den nødvendige kraften.

Eksempel på varmepumpeberegning

Så vi har en to-etasjers bygning med et areal på 250 kvm. med en takhøyde på 2,7 m. La oss anta at temperaturen i rommet er +20°C og ute -26°C. Deretter beregner vi kraften til varmepumpen for oppvarming av huset:

0,434*250*2,7*(20-(-26)) = 13475,7 kW - maksimal nødvendig varmeeffekt i henhold til SP 50.13330-2012

Denne beregningen innebærer ikke store tap. Tap i dette tilfellet kan være enda mindre enn 13475,7 kW.

Mer nøyaktige termiske beregninger kan gjøres individuelt. Det vil ta hensyn til alle materialer av vegger, vinduer, tak, etc.

Beregning av varmepumpekretsen, som skal brukes til oppvarming og kjøling av rommet, er mer kompleks og utføres av spesialister.