Термопомпа със земен източник осигурява по-ниски разходи за отопление от въздушна помпа. Добре проектираният и изработен земен топлообменник оказва влияние върху ефективната работа на помпата. РЪКОВОДСТВО: всичко, което трябва да знаете за земна термопомпа.

Термопомпата земя е напълно автоматично отоплително устройство, което може да се използва за отопление на вашия дом и производство на битова гореща вода, както и за охлаждане на дома ви през лятото. Една добре подбрана земна термопомпа ще работи в такова приложение, без да се налага да инвестирате в друг отоплителен уред, който да я поддържа през зимата при много ниски температури.Необходимостта от инсталиране на допълнителен отоплителен уред не само би оскъпила отоплителната система, но и би наложила удължаване и усложняване на инсталацията. Земната термопомпа черпи енергия от земята, чиято температура на определена дълбочина, дори през зимата при силни студове, е постоянна и винаги положителна. Земната термопомпа е екологична – използва възобновяема енергия, натрупана в почвата и не отделя никакви замърсители в атмосферата. Земна термопомпа може да се монтира във всяка къща, нова или модернизирана, особено там, където няма достъп до газова или отоплителна мрежа. Въпреки че инвестицията в земна термопомпа е скъпа, устройството ви позволява да получавате топлинна енергия евтино. Най-добър ефект се постига чрез захранване на земната термопомпа с електричество от фотоволтаична инсталация. Защо разходите за инвестиция в земна термопомпа са високи? Тъй като е необходимо извършването на т.нар долен източник, който може да бъде хоризонтален колектор, положен на дълбочина 1,5 m.Изграждането на вертикален колектор е много по-скъпо от хоризонталния, тъй като изисква сондажи, дълбоки дори над 50 м.

Съдържание

  1. За кого е предназначена земната термопомпа
  2. Подземна термопомпа в полски климат
  3. Термопомпа земя-земя - имам ли нужда от разрешение за строеж или уведомление?
  4. Как работи термопомпа със земен източник
  5. Компресор за земна термопомпа
  6. Наземна термопомпа с хоризонтален топлообменник
  7. Какъв размер земен топлообменник?
  8. Изчисляване на площта на хоризонтален топлообменник на земна термопомпа
  9. Вертикален топлообменник на земната термопомпа
  10. Изчисляване на дължината на вертикален топлообменник на земна термопомпа
  11. Грунтна термопомпа - по-малко мощност означава по-евтин монтаж
  12. Кои тръби за обменника на земната термопомпа?
  13. Работна течност в термопомпена инсталация на земен източник
  14. Цена на земна термопомпа

За кого е предназначена земната термопомпа

Когато отоплителната инсталация е още в процес на проектиране, няма проблем тя да се адаптира към параметрите на всяка термопомпа, а на незастроен парцел обикновено няма пречки за изграждането на топлообменник, необходим за получаване на топлина от земята. Трябва да знаете, че топлината в земята на дълбочина 1,5 m идва почти изключително от валежите и слънчевата енергия, така че повърхността над топлообменника трябва да бъде добре изложена на слънчева светлина и трябва да е водопропусклива. Невъзможно е да се засаждат растения над него, чиито корени могат да повредят тръбата в бъдеще. Трябва също така да се има предвид, че работата на термопомпата намалява температурата на земята с няколко градуса, което нарушава вегетацията на растенията. Поради тази причина инсталирането на земна термопомпа на отдавна застроен парцел често е твърде обезпокоително.

Предимства от термопомпа със земен източник:

  • има по-голяма ефективност в сравнение с въздуха, оперативните му разходи са много ниски
  • е най-ефективният източник на топлина
  • стабилна работа дори в най-студения период, благодарение на постоянната температура на земята
  • без поддръжка
  • също така може да осигури евтино охлаждане през лятото
  • не вдига шум навън
  • ще получите най-високата субсидия за покупката му - проверете текущите субсидии за термопомпи

Дефекти на земната термопомпа:

  • висока цена на покупка
  • трябва да имате място на парцела за неговия земен топлообменник
  • сглобяването му е по-трудно от въздушната помпа, поради необходимостта да се направи долен източник

Подземна термопомпа в полски климат

Температурата на земята е много по-стабилна от тази на въздуха, така че земната термопомпа не трябва да работи в широк диапазон от температури на изпарителя и следователно нейните компоненти могат да бъдат по-евтини от въздушна помпа с добри параметри. На определена дълбочина под земната повърхност, наречена дълбочина на замръзване, температурата винаги е над 0oC. Полша е разделена на четири зони, където дълбочината варира от 0,8 m (в зона I) до 1,4 m (в зона IV). На местно ниво температурата на земята може да се различава от тези стойности (земята може да се охлади, например от силен вятър). Въпреки това може да се каже, че на дълбочина над 1,5 м земята винаги има положителна температура. Колкото по-дълбоко навлизате, толкова по-стабилна е температурата на земята - тя не се охлажда от студения въздух, но и се нагрява по-малко поради слънчевата светлина.

Термопомпа земя-земя - имам ли нужда от разрешение за строеж или уведомление?

Сред работите, изброени в приложимия Закон за строителството, които не изискват разрешение за строеж или уведомление, е инсталирането на термопомпа.За земен топлообменник обаче не се споменава. Въпреки това, тъй като индивидуалните пречиствателни станции и медийните връзки, които изискват подобни земни работи като за изграждането на хоризонтален наземен топлообменник, са освободени от изискването за разрешително, на практика може да не се изисква разрешение за строеж (най-добре е да попитате окръжните власти) . Тогава е достатъчно да заявите намерение за строеж и да изчакате 30 дни за т. нар. мълчаливо съгласие.

Земните работи, свързани с устройството на такава инсталация, могат да бъдат предмет на ограничения, произтичащи от Закона за водите, ако решението за установяване на защитната зона на водовземане съдържа разпоредба, забраняваща извършването им.

Въпреки това изграждането на вертикален топлообменник е предмет на разпоредбите на Закона за геоложки и минни дейности. В такъв случай е необходимо да се изготви геоложки работен план, който трябва да бъде представен на компетентния орган на геоложката администрация не по-късно от осем седмици преди планираната начална дата на работата.Те могат да бъдат присъединени, ако в 30-дневен срок от датата на подаване на проекта старостата не повдигне възражение с решение. Намерението за извършване на сондажни работи трябва да бъде докладвано на компетентния геоложки административен орган, органа за минен надзор и общинския ръководител, кмет или президент, компетентен за мястото на работа - най-малко две седмици преди планираната начална дата. Пробиването може да се извършва само от лица с подходяща квалификация. В рамките на шест месеца след завършване на работите, „Документацията за геоложките работи, извършени с цел използване на топлината на земята“ трябва да бъде предадена на органа на геоложката администрация, съдържащ преглед и резюме на извършените работи и изследвания.

Прочетете също:

  • Разходи за отопление с термопомпа
  • Кога да инвестирате в термопомпа със земен източник и кога в термопомпа с въздушен източник
  • Ефективност на термопомпата - какво е това, как се измерва?
  • Смяна на котел на въглища с термопомпа - какви могат да бъдат проблемите?

Как работи термопомпа със земен източник

Необходим е земен топлообменник за получаване на топлина от земята. Това е просто тръба, поставена в земята, създаваща контур, в който циркулира течност, обикновено наричана саламура. Контурът (на практика те са няколко) минава през изпарителя на земната термопомпа, в който температурата на саламура намалява и става по-ниска от температурата на земята. Продължавайки да тече през тръбата в земята, саламурата постепенно се затопля. Накрая се връща обратно в изпарителя, където отделя топлина. По този начин той посредничи в обмена му между земята и изпарителя на помпата. Топлообменникът може да бъде хоризонтален или вертикален. Изборът на решение може да се определи от големината на парцела - за хоризонтален топлообменник са необходими няколкостотин квадратни метра, а за вертикални сонди са достатъчни няколко десетки. В момента най-често се монтират земни термопомпи с вертикален топлообменник.Важно е топлообменникът да не е твърде малък - през целия отоплителен сезон помпата получава няколко мегаватчаса топлина от земята. Ако е твърде малък, ще се преохлади и следователно земната помпа не може да работи правилно. Системата за управление на земна термопомпа обикновено я изключва, когато температурата на солевия разтвор падне до -7oC, тъй като под тази стойност процесите в компресорния цикъл са прекомерно нарушени.

Компресор за земна термопомпа

Компресорът е сърцето на всяка термопомпа. Заедно с разширителния вентил, той се използва за компресиране и разширяване на хладилния агент и генериране на топлообмен в кондензатора и изпарителя. Повечето земни термопомпи използват спираловидни спирални компресори, които обикновено имат фиксиран капацитет. Но компресорът може да бъде оборудван с инвертор с плавен, променлив капацитет. Това ви позволява да модулирате мощността на земната термопомпа, т.е. да настроите по-добре работните й параметри (топлинна мощност) към нуждите на сградата в даден момент.Когато се използва с инверторен компресор, термопомпата има по-добър COP и работи по-рядко, така че струва по-малко за работа.

Наземна термопомпа с хоризонтален топлообменник

В случай на хоризонтален тръбен топлообменник, оптималната дълбочина е 0,2-0,5 m под линията на замръзване. Ако обаче има водно течение на относително малка дълбочина, тогава най-доброто решение е да поставите тръбите в него. Земната термопомпа тогава постига по-висок COP. Тръбите на хоризонталния топлообменник се поставят в предварително подготвен изкоп с размери, съответстващи на необходимата повърхност на топлообменника. Те се изпълняват под формата на намотка (меандри) по цялата повърхност на изкопа, с определени интервали между съседните участъци. Разстоянието не трябва да бъде по-малко от 0,4 m или повече от 1,2 m - съобразено с типа на почвата, което определя способността й за "регенерация" (възстановяване на топлина).Колкото по-дълго земната повърхност е замръзнала, толкова по-голямо трябва да бъде разстоянието.

Имайте предвид, че топлинната мощност на топлообменника не зависи от дължината на тръбата, а от повърхността на земята, върху която е положена. По-малкото разстояние не позволява да се отнеме повече топлина от него, но изисква по-дълга тръба. Това води до по-високи инвестиционни и експлоатационни разходи, тъй като е необходима по-мощна циркулационна помпа за изпомпване на солевия разтвор през по-дълга тръба. От друга страна, твърде голямото разстояние между тръбите означава, че топлината не се получава в предвиденото количество, така че мощността на топлообменника е по-ниска.

Хоризонтална земна термопомпа - работна схема (фиг. по-долу)

Изчисляване на площта на хоризонтален топлообменник на земна термопомпа

Мощността, с която земният топлообменник пренася топлина, зависи от вида на почвата и по-специално от нейното съдържание на влага. В зависимост от това се използват следните стойности на топлинна ефективност на земята qg (за полиетиленови тръби) за изчисляване на повърхността на хоризонталния топлообменник:

  • пясъчно сухо - 10 W/m2
  • пясъчно мокро - 15-20 W/m2
  • суха глина - 20-25 W/m2
  • влажна глина - 25-30 W/m2
  • мокро (водоносен хоризонт) - 35-40 W/m2.

Разбира се, това са приблизителни стойности.

Трудно е да се прецени дали почвата е една и съща в цялата площ на топлообменника до началото на строителството, така че е по-безопасно да се използва по-ниската стойност за изчислението. При правилно направена система компресорът на термопомпата работи от 1800 до 2400 часа годишно - по-ниската топлинна ефективност на земята води до по-дълги работни часове.

Площта на обменника се изчислява по следната формула: A=Qchł/qg

Пример: потребността на къщата от енергия за отопление е 14 kW и помпата трябва да я задоволи изцяло (трябва да работи в моновалентна система).Избраният уред постига топлинна (отоплителна) мощност от 14 kW при параметри B0/W35, като постига коефициент на полезно действие COP=4,5. Охлаждащата мощност следователно е Qchch=(4,5-1)/4,5 14=10,9 kW, т.е. 10 900 W. Топлообменникът трябва да бъде направен в суха глинеста почва, така че неговата площ трябва да бъде A=10 900/20=545 m2Обърнете внимание, че в случай на водоносен хоризонт топлообменникът може да бъде почти наполовина по-малък, но ако земята е пясъчна, площта му над 1000 m2 В тази ситуация е по-добре да поставите тръбите вертикално - в сондажите.

Вертикален топлообменник на земната термопомпа

Термопомпата постига по-висок COP, когато топлообменните тръби са поставени вертикално в земята - в сондажи с дълбочина 40-150 м. Това е така, защото под 10 м температурата на земята е около 10°C през цялата годинаoC - т.е. през зимата с близо десет повече, отколкото на дълбочина 1,5 m.

Направата на вертикален топлообменник обаче е очевидно по-скъпа от хоризонтален. Това са вертикални сегменти от тръбата, образуващи примка (тръбата се спуска надолу по кладенеца, обръща се на дъното и се извежда нагоре). Те се наричат геотермални сонди. В този случай не се изчислява площта, а общата дължина на топлообменника, обикновено състоящ се от повече от една сонда.

Във вертикалните кладенци се поставят една или две двойки тръби (U-тип или двойно-U сонди). Вкарването на тръбата в сондажа се улеснява от главата - елемент, свързващ вертикални тръби, който може да бъде адаптиран за използване на допълнителна тръба за пълнене (тласкане). Главата се пъха в пробития отвор, а с нея и тръбите на топлообменника. След това бетонно-циментова смес се вкарва в отвора през тръба за пълнене.

В U-образния топлообменник течността тече надолу към главата през едната тръба и се връща от нея през другата. В топлообменник тип двоен U - тече през две тръби надолу и две нагоре.

Разстоянието между кладенците с дълбочина до 50 м не трябва да е по-малко от 5 м, а при по-дълбоките от 8 до 15 м. Те трябва да са разположени в линия, перпендикулярна на посоката на оттичане на подпочвените води. .

Изчисляване на дължината на вертикален топлообменник на земна термопомпа

В този случай е важно да разберете как свойствата на земята се променят с дълбочината. Тази информация може да бъде предоставена от геоложки карти и документация на сондажи, пробити преди това в близост. Въз основа на това е възможно да се оцени дебелината на отделните слоеве почва и да се изчисли средната стойност на коефициента на топлопроводимост l за зоната, където ще бъдат разположени тръбите на топлообменника. Изчисленията обаче не са в състояние да отчетат 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 топлообменник ще работи правилно, е необходимо да се направи почвен тест на мястото, където ще бъде направен.В този случай топлинният капацитет на земята qg също зависи от нейния тип.

За тръби PE80 е:

  • суха песъчлива почва - 10-12 W/m;
  • пясъчно мокро - 12-16 W/m;
  • средно суха глина - 16-18 W/m;
  • средно глинесто мокро - 19-21 W/m;
  • тежка суха глина - 18-19 W/m;
  • тежка глина мокра - 20-22 W/m;
  • мокро (водоносен хоризонт) - 25-30 W/m.

Разбира се, трябва да вземете предвид дебелината на отделните слоеве на конкретен тип почва и на тази база да изчислите общата производителност на всяка сонда.

Термичната ефективност на земята със сухи и водоносни слоеве, използвайки двойни U сонди (четири тръби в сондажа), е средно около 50 W/m. Като грубо ръководство следователно може да се приеме, че в случая на термопомпата, разглеждана в примера за изчисление на хоризонталния топлообменник (с охлаждаща мощност от 10,9 kW), сондажи с обща дължина L=10 900/50=Необходими са 218 m, т.е., например, четири по 55 m.

Вертикална земна термопомпа - работна схема (фиг. по-долу)

Грунтна термопомпа - по-малко мощност означава по-евтин монтаж

Разходите за инвестиция в земна термопомпа са правопропорционални на топлинната мощност на инсталацията. Ето защо, въпреки факта, че коефициентът на работа на помпата от земен източник не намалява с настъпването на силен студ, струва си да се обмисли използването на термопомпа в двувалентна система. Най-лесно е да се оборудва с електрически проточен бойлер (обикновено се предлага като аксесоар - за монтиране в корпуса на термопомпата). След това се задава бивалентната точка и за нея се определя необходимата топлинна мощност на помпата. Ако земна термопомпа трябва да отоплява къща, разположена в третата климатична зона и ние приемаме, че тя може да се поддържа от електрически нагревател под външната температура -10oC, тогава нейната топлинната мощност може да бъде с 25% по-ниска от проектното топлинно натоварване, изчислено в съответствие с PN-EN 12831.Цената за направата на земен топлообменник също ще бъде по-ниска.

В този пример вместо 10,9 kW охладителен капацитет са достатъчни 8,2 kW, следователно хоризонталният топлообменник може да бъде 410 m2вместо 545 m2, а вертикалата 164 м вместо 218 м. Освен по-ниската цена, предимството е и по-малко необходимо място.

Кои тръби за обменника на земната термопомпа?

Дължината на единична верига (верига) е ограничена - произтича от мощността на циркулационната помпа, с която термопомпата със земен източник обикновено е фабрично оборудвана (ако не, дължината на тръбите и подходяща циркулационна помпа се избира от проектанта на инсталацията). Допустимата дължина на тръбата трябва да се прочете от техническите данни на устройството. Зависи от диаметъра и вида на използваната работна течност (саламура). При термопомпи с мощност до няколко киловата се използват от един до четири контура от 100-400 m всеки, изработени от тръба с диаметър от DN25 до DN65 (в зависимост, между другото, от тръбата материал).Полиетиленовите тръби PE100 (ако няма камъни в земята) или PE100 RC най-често се използват за хоризонтални топлообменници, PE80 тръби могат да се използват за вертикални. Земните топлообменници също са изработени от PE-Xa, полибутилен (PB) и медни тръби с пластмасов кожух.

Тръбите на земния топлообменник трябва да бъдат пълни с течност, която не замръзва при минусови температури, за да сте сигурни, че се приема, че до -15oC, въпреки че термопомпата има защита, която я изключва при - 7oC (тогава спира да охлажда земята). Тъй като атмосферният въздух може да бъде дори по-студен, тръбата на топлообменника не трябва да се излага никъде на него - тя трябва да бъде заровена в земята на дълбочина най-малко 0,5 m, по възможност топлоизолирана. В близост до тръбите, минаващи през стената на сградата, е необходима изолация, за да се предотврати замръзване на земята до 2 м от основата, което може да причини строителна катастрофа.

Работна течност в термопомпена инсталация на земен източник

В миналото солевият разтвор на NaCl се е използвал в инсталации, пренасящи топлина от земята, оттук и терминът, който съществува и днес - помпи за солен разтвор. Саламура отдавна не се използва. Най-популярен е водният разтвор на пропиленгликол, който се счита за екологичен. Като цяло се препоръчва за пълнене на инсталацията - може да се закупи като готова работна течност за това приложение. При избора му трябва да следвате препоръките на производителя на термопомпата, тъй като течността може да съдържа различни добавки от инхибитори, стабилизатори, антиоксиданти и антипенители. Пропилен гликолът не само има достатъчно ниска точка на замръзване, но и не корозира металите, не разтваря пластмасите и не задръства помпите. Въпреки това, неговата плътност и вискозитет, които се превръщат в количеството енергия, необходимо за изпомпване, са по-големи от тези на водата, така че се използва в малка концентрация (34%). Има, разбира се, много течности, които не замръзват при -15oC.Често се използва и разтвор на етилен гликол, но се смята за вреден за околната среда, защото е отровен и не се разгражда биоразградимо.

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

Цена на земна термопомпа

Цената на земна термопомпа варира от почти 30 000 PLN. до над 60 000 PLN.

Категория:

Реконструкция