Наземният източник на топлинна помпа осигурява по-ниски разходи за отопление в нашия климат в сравнение с въздушната помпа. Правилно проектираният и конструиран наземен топлообменник има основно въздействие върху ефективната му работа. РЪКОВОДСТВО: всичко, което трябва да знаете за термопомпата от заземен източник.

За кого термопомпа източник на земята

Когато инсталацията за отопление все още е във фаза на проектиране, няма проблем да я адаптира към параметрите на всяка термопомпа, а на парцел, който все още не е разработен, обикновено няма пречки, за да се направи обменника, необходим за събиране на топлина от земята. Трябва да знаете, че топлината в земята на дълбочина 1, 5 m идва почти изключително от атмосферните валежи и слънчевата енергия, така че повърхността над топлообменника трябва, доколкото е възможно, да бъде добре изложена на слънчева светлина и трябва да бъде пропусклива за вода. Не можете да засаждате растения над него, чиито корени биха могли да повредят тръбата в бъдеще. Трябва също да се има предвид, че работата на термопомпата намалява температурата на земята с няколко градуса, което нарушава растителността на растенията. Поради тази причина инсталирането на подземна термопомпа върху отдавна разработен парцел често е твърде тромаво.

Топлинна помпа на наземния източник в полския климат

Температурата на земята е много по-стабилна от въздуха, така че наземната термопомпа не трябва да работи в широк температурен диапазон на изпарителя и неговите компоненти могат да бъдат по-евтини от добрата въздушна помпа. На определена дълбочина под повърхността на земята, наречена дълбочина на замръзване, температурата винаги е по-висока от 0 o C. Полша е разделена на четири зони, в които тази дълбочина варира от 0, 8 m (в зона I) до 1, 4 m (през IV зона). Локално температурата на почвата може да се различава от тези стойности (почвата може да се охлади например от силни ветрове). Може да се каже обаче, че на дълбочина над 1, 5 м почвата винаги има положителна температура. Колкото по-дълбок е, толкова по-стабилна е температурата на земята - тя не се охлажда от студен въздух, но и се загрява по-малко поради слънчевата светлина.

Как работи земната термопомпа?

За отстраняване на топлината от земята е необходим заземен топлообменник. Това е просто тръба, поставена в земята, образуваща контур, в който циркулира течност, обикновено известна като саламура. Цикълът (на практика има няколко от тях) преминава през изпарителя на термопомпата, в който температурата на солевия разтвор намалява и става по-ниска от температурата на земята. Продължавайки тръбата в земята, саламурата постепенно се затопля. Накрая отива отново до изпарителя, където отделя топлина. По този начин той действа като посредник в обмена си между земята и изпарителя на помпата. Обменникът може да бъде хоризонтален или вертикален. Изборът на решение може да се определи от размера на парцела - за хоризонтален обменник са необходими няколкостотин квадратни метра, а за вертикални сонди са необходими няколко десетки. Важно е, че обемът на обменника е значителен - през целия отоплителен сезон помпата получава няколко мегават часа топлина от земята. Ако е твърде малък, той се охлажда прекомерно и като следствие помпата не може да работи правилно. Системата за контрол на наземната термопомпа обикновено я изключва, когато температурата на саламурата падне до -7 ° C, тъй като под тази стойност процесите в цикъла на компресора са неоснователно нарушени.

Топлинна помпа за заземяване с хоризонтален топлообменник

В случай на топлообменник, разположен хоризонтално, дълбочина от 0, 2-0, 5 m под точката на замръзване се приема за оптимална. Ако обаче има водоток на сравнително малка дълбочина, най-доброто решение е да поставите тръбите в него. След това термопомпата постига по-висока COP. Хоризонталните обменни тръби се полагат в предварително подготвен окоп с размери, съответстващи на необходимата повърхност на обменника. Те се провеждат под формата на намотка (меандри) по цялата повърхност на изкопа, с определено разстояние между съседни секции. Разстоянието не трябва да бъде по-малко от 0, 4 m или по-голямо от 1, 2 m - приспособено към вида на почвата, от която произтича способността му да "регенерира" (попълва топлина). Колкото по-дълго е замръзналата повърхност, толкова по-големи трябва да бъдат пропуските.

Трябва да се помни, че топлинната мощност на обменника не се дължи на дължината на тръбата, а от повърхността на земята, върху която е положена. По-малките разстояния не му позволяват да получава повече топлина от него, но изискват използването на по-дълга тръба. Това означава по-високи инвестиционни и експлоатационни разходи, тъй като е необходима по-голяма циркулационна помпа за мощност, за да се изпомпва саламура през по-дълга тръба. От друга страна, твърде голямото разстояние между тръбите означава, че топлината не се събира в предполагаемото количество, така че мощността на топлообменника е по-малка.

Топлинна помпа за заземяване с хоризонтален топлообменник

Изчисляване на повърхностния топлообменник на наземната термопомпа

Мощността, с която наземният топлообменник предава топлина, зависи от вида на почвата и точно от нейната влажност. В зависимост от изчислението на повърхността на хоризонталния обменник се приемат следните стойности на почвената топлинна ефективност q g (за полиетиленови тръби):

  • сух пясъчен - 10 W / m 2
  • влажен пясъчен - 15-20 W / m 2
  • суха глиня - 20-25 W / m 2
  • влажна глиня - 25-30 W / m 2
  • мокър (водоносен хоризонт) - 35-40 W / m 2 .

Разбира се, това са ориентировъчни стойности.

Трудно е да се прецени дали земята е една и съща в цялата площ, предназначена за обменника, докато бъде построена, следователно е по-безопасно да се изчисли по-малка стойност за изчислението. При правилно направена система компресорът на термопомпата работи от 1800 до 2400 часа годишно - по-ниската топлинна мощност на почвата води до по-дълго работно време.

Повърхността на топлообменника се изчислява по формулата: A = Q охлаждане / q g

Пример: потреблението на енергия за отопление на къщата е 14 kW и помпата трябва да ги задоволи напълно (трябва да работи в моновалентна система). Избраното устройство получава топлинна (отоплителна) мощност 14 kW за параметри B0 / W35, като същевременно постига COP от 4, 5 = 4, 5. Следователно капацитетът на охлаждане е Q Chł = (4, 5-1) / 4, 5 · 14 = 10, 9 kW, т.е. 10 900 W. Обменникът трябва да бъде направен в суха глинеста почва, така че повърхността му трябва да бъде A = 10 900 / 20 = 545 м 2 . Отбелязваме, че в случай на водоносен хоризонт, топлообменникът може да е близо до половината по-голям, но ако почвата е песъчлива, повърхността й ще заеме над 1000 м 2 . В тази ситуация е по-добре тръбите да се поставят вертикално - в кладенците.

Вертикален топлообменник

Топлинната помпа постига по-висок коефициент на ефективност на COP, когато обменните тръби се поставят вертикално в земята - в сондажи с дълбочина 40-150 м. Това се дължи на факта, че на дълбочина под 10 м температурата на земята е около 10 ° С през цялата година - т.е. през зимата близо десет повече, отколкото на дълбочина 1, 5 m.

Вертикалният обменник обаче е очевидно по-скъп от хоризонталния. Това са вертикалните участъци на тръбата, образуващи контур (тръбата тръгва надолу по кладенеца, обръща се назад и се издига нагоре). Те се наричат геотермални сонди. В този случай не се изчислява площта, а общата дължина на обменника, състояща се обикновено от повече от една сонда.

Една или две двойки тръби (U или двойни U сонди) се поставят във вертикалните ямки. Въвеждането на тръбата в кладенеца се улеснява от главата - елемент, свързващ вертикални тръби, който може да бъде адаптиран за използване на допълнителна пълнеща (изтласкваща) тръба. Главата и тръбите на обменника се изтласкват в пробития отвор. След това в отвора с тръба за пълнене се вкарва бетоново-циментова смес.

В U-тип обменник течността тече надолу към главата с едната тръба, а другата се връща от нея. В двоен U обменник - тече с две тръби надолу и две нагоре.

Разстоянието между кладенците до 50 м дълбочина не трябва да бъде по-малко от 5 м, а за по-дълбоките - от 8 до 15 м. Те трябва да бъдат разположени в линия, перпендикулярна на посоката на потока на подкожните води.

Изчисляване на дължината на вертикалния топлообменник на наземна термопомпа

В този случай е важно да се посочи как се променят свойствата на почвата с дълбочина. Тази информация може да бъде предоставена чрез геоложки карти и документация на сондажи, които преди това са били пробити. Въз основа на това е възможно да се оцени дебелината на отделните почвени слоеве и да се изчисли средната стойност на коефициента на топлопроводимост l за площта, в която трябва да бъдат разположени обменните тръби. Изчисленията обаче не са в състояние да вземат предвид всички движения на подземните води и на практика често се случва полученият резултат да се различава значително от реалността. За да сте сигурни, че вертикалният обменник ще работи правилно, тествайте почвата на мястото, където трябва да се направи. В този случай топлинната ефективност на почвата q g също зависи от вида му.

За тръбите PE80 е:

  • суха пясъчна почва - 10-12 W / m;
  • пясъчно влажна - 12-16 W / m;
  • средно глинеста суха - 16-18 W / m;
  • средно глинеста мокра - 19-21 W / m;
  • тежък сух глинест - 18-19 W / m;
  • тежка глинеста мокра - 20-22 W / m;
  • мокър (водоносен хоризонт) - 25-30 W / m

Разбира се, трябва да вземете предвид дебелината на отделните слоеве на определен тип почва и на тази основа да изчислите общия капацитет на всяка сонда.

Топлинната ефективност на почвата, в която има както сухи, така и водоносни хоризонти, използвайки двойни U сонди (четири тръби в кладенеца), е средно около 50 W / m. По този начин може да се предположи, че в случая на термопомпата, разгледана в примера за изчисляване на хоризонталния топлообменник (с капацитет на охлаждане 10, 9 кВт), са необходими кладенци с обща дължина L = 10 900/50 = 218 m, т.е. например четири 55 m всеки.

Термопомпа за заземен източник: по-малко мощност означава по-евтина инсталация

Инвестиционните разходи са пряко пропорционални на топлинната мощност на инсталацията. Следователно, въпреки факта, че коефициентът на полезна ефективност на наземната помпа не намалява с настъпването на силен студ, струва си да се обмисли използването на термопомпа в двувалентна система.
Най-лесно е да го оборудвате с електрически моментен бойлер (обикновено се предлага като аксесоар - за монтаж в корпуса на термопомпата). Тогава се определя двувалентната точка и се определя необходимата топлинна мощност на помпата. Ако помпата трябва да отоплява къщата в третата климатична зона и приемаме, че под външната температура -10 o C електрически нагревател може да я поддържа, то нейната топлинна мощност може да бъде с 25% по-ниска от проектното топлинно натоварване, изчислено в съответствие с PN-EN 12831 Цената за направата на заземен топлообменник също ще бъде по-малка.

В разглеждания пример вместо охлаждаща мощност от 10, 9 кВт е достатъчна 8, 2 кВт и следователно хоризонтален обменник може да има 410 м 2 вместо 545 м 2, а вертикален обменник 164 м вместо 218 м. В допълнение към по-ниската цена, следователно, необходимото по-малко количество място.

Кои тръби за наземния топлообменник?

Дължината на единичен контур (циркулация) е ограничена - тя произтича от мощността на циркулационната помпа, при която наземната термопомпа обикновено е оборудвана фабрично (ако не, дължината на тръбите и подходящата циркулационна помпа се избира от проектанта на инсталацията). Допустимата дължина на тръбата трябва да бъде прочетена от техническите данни на устройството. Зависи от диаметъра и вида на използвания работен флуид (саламура). В случай на термопомпи с мощност до няколко киловата, се използват от една до четири бримки от 100-400 м с диаметър на тръбата от DN25 до DN65 (в зависимост от останалите, от материала, от който е направена тръбата). За хоризонтални обменници най-често се използват полиетиленови тръби PE100 (ако няма камъни в земята) или PE100 RC, тръбите PE80 могат да се използват за вертикални. Наземните топлообменници също са изработени от PE-Xa, полибутилен (PB) и медни тръби в пластмасова обвивка.

Наземните топлообменни тръби трябва да бъдат напълнени с течност, която не замръзва при отрицателна температура, със сигурност се приема, че до -15 o C, въпреки че термопомпата има защита, която я изключва при -7 o C (тогава спира да охлажда земята). Тъй като атмосферният въздух е още по-студен, топлообменната тръба не трябва да бъде изложена на него навсякъде - тя трябва да бъде заровена в земята на дълбочина най-малко 0, 5 m, евентуално изолирана. В близост до преминаването на тръби през стената на сградата е необходима изолация, така че почвата да не замръзва на разстояние до 2 м от основата, което може да причини строително бедствие.

Работна течност в земната инсталация на термопомпата

В миналото разтворът на сол на NaCl се е използвал в инсталации, пренасящи топлина от земята, оттук и терминът - помпи за солен разтвор - който се използва до днес. Саламурата не се използва от дълго време. Най-популярният е воден разтвор на пропилен гликол, считан за екологичен. Като цяло се препоръчва да се запълни инсталацията - тя може да бъде закупена като готов работен флуид за такова приложение. Когато го избирате, човек трябва да се ръководи от препоръките на производителя на термопомпа, тъй като течността може да съдържа различни добавки на инхибитори, стабилизатори, антиоксиданти и антипени. Пропилен гликолът има не само достатъчно ниска точка на изливане, но също така не предизвиква корозия на метала, не разтваря пластмаси и не причинява жлъчене на помпи. Въпреки това, неговата плътност и вискозитет, което се превръща в количеството енергия, необходимо за изпомпване, са по-големи от водата, поради което се използва в не много висока концентрация (34%). Разбира се, има много течности, които не замръзват при -15 ° С. Разтворът на етилен гликол също често се използва, но се счита за вреден за околната среда, тъй като е отровен и не се разгражда биологично.

Етанолът също има добри свойства - най-голямото му предимство е ниският вискозитет и плътност, благодарение на което изпомпването му изразходва по-малко енергия. Употребата му не е популярна поради неговата запалимост, висока летливост, интензивна миризма и най-вече липсата на смазочни свойства, които могат да причинят изземване на циркулационната помпа. Ето защо някои производители забраняват използването му.

Категория:

Отопление