Как правильно выбрать тепловой насос
Учитываем площадь дома и другие факторы
1. Тепловой насос окупит себя в нормально утепленном помещении, другими словами, в загородном доме, для которого уровень тепловых потерь не будет превышать значение в 65 Вт/м2. Чем более теплым окажется дом, тем больше экономии принесет тепловой насос. Не для кого не секрет, что отапливать улицу, накапливая там же крохи тепла, является глупым занятием.
2. Чем больше будет разница температур теплоносителя в выходном и входном контурах, тем меньшим окажется коэффициент трансформации тепла (COP), соответственно, меньше экономия электрической энергии. Именно поэтому, прежде чем покупать тепловые насосы, учитывайте, что более выгодным считается подключение этого устройства к низкотемпературным отопительным системам. В первую очередь подразумевается обогрев теплым воздухом или от теплых водяных полов, поскольку в этих ситуациях теплоноситель не должен быть (по медицинским требованиям) горячее 36-42 градсуов. А вот чем более теплая вода необходима для выходного контура (для душа или радиаторов), тем меньшим окажется коэффициент трансформации тепла, соответственно, больше расход электрической энергии. Какие источники тепла могут быть у теплового насоса?
3. С целью достижения максимальной эффективности, на сегодняшний день практикуется использование тепловых насосов параллельно с дополнительными источниками тепла (в этой ситуация речь может идти о применении бивалентной отопительной схемы). В загородных домах, характеризующихся повышенными тепловыми потерями, монтировать тепловой насос значительной мощности (больше 35 кВт) является невыгодным с экономической точки зрения. Они громоздки, а функционировать будут в полную силу только около месяца. Поскольку число по-настоящему прохладных дней в нашей стране не превышает 12-16% от продолжительности отопительного сезона. Таким образом, мощность теплового котла должна подбираться равной 75-85% от отопительной расчетной. Это необходимо для того, чтобы покрыть все потребности здания в тепле до того момента, пока температура на улице не опустится ниже заданного расчетного уровня (бивалентная температура), к примеру, минус 6-12 градусов. С этого момента функционировать начинает следующий источник тепла. На сегодняшний день встречаются различные вариации его применения. В большинстве случаев в качестве подобного источника выступает небольшой электронагреватель или обыкновенный жидкотопливный котел.
Разновидности отопительных насосов. Как выбрать наиболее подходящую модель
Следующим важным вопросом является выбор наиболее подходящего теплообменника: вертикальный или горизонтальный? Применение грунта в качестве источника тепла может быть реализовано несколькими методами: при помощи вертикального и горизонтального коллектора. Тепловые насосы категории «земля-вода» характеризуются повышенной надежностью и продолжительностью эксплуатации. Именно поэтому на сегодняшний день они пользуются наибольшей популярностью. Если Вы собираетесь устанавливать горизонтальный коллектор, то учитывайте следующие факторы: наличие неподалеку коммуникаций и стоящих зданий, открытой крупной площади, предназначенной для поступления прямого солнечного излучения. Помимо этого, необходимо обратить внимание на то, что температура поверхностного слоя грунта зависит от сезонности и времени суток, соответственно, такие системы считаются недостаточно эффективными, даже, несмотря на то, что характеризуются пониженной стоимостью.
Особенности укладки теплообменника
Укладка вертикального теплообменника осуществима независимо от местности и погодных условий. Единственное, что стоит отметить, так это стоимость установочных работ. В этом случае она выйдет намного выше, поскольку процесс потребует бурение скважины, глубина которой составит менее 160 метров. Продолжительность эксплуатации и эффективность функционирования является достаточно высокой, поскольку температура почвы на значительной глубине считается стабильной.
Расчет мощности теплового насоса
Для того чтобы подобрать мощность теплового насоса, необходимо выполнить многочисленные расчеты, определяемые с учетом начальных условий. Беря во внимание площадь дома, равную, к примеру, 250 кв.м., теплопроводность (зависит от теплоизоляции) составит приблизительно 13 кВт. С учетом температуры теплоносителя в системе подбирается непосредственно тепловой насос с наиболее пригодной мощностью. Оптимальным считается решение, когда мощность теплового насоса составляет 17 кВт при расходуемой мощности в 3.7 кВт. Лишь после этого, на основании теплосъема почвы по специальным формулам вычисляется мощность коллектора, диаметр и глубина зонда.
Только учет многочисленных условий предоставит возможность добиться максимальной экономии в случае использования тепловых насосов, а расходы на приобретение этого оборудования окупятся всего за несколько месяцев.
Использование тепла земли для работы теплового насоса
Достаточно часто люди сталкиваются с проблемой определения характеристик теплового насоса и его контура (внешнего). Во время проектирования требуется комплексный учет множества факторов, значительно воздействующих, как на эффективность, так и надежность теплоснабжения.
Выбор теплового режима наружного контура теплового насоса
Во время выбора теплового насоса крайне важно квалифицированно определить теплопотребление загородного дома. Кроме того, необходимо учитывать, что максимальные отопительные нагрузки в умеренном климатическом поясе имеют кратковременный характер, соответственно, их покрытие в моновалентных режимах считается нецелесообразным с экономической точки зрения. Таким образом, системы с тепловыми насосами без дополнительного теплового генератора (ТЭНа или котла) эксплуатируются редко. Помимо этого, моновалентный режим функционирования установок «воздух-вода» и «воздух-воздух» при температурах воздуха, составляющей менее -10 градусов, неэффективен, а менее -15 градусов – невозможен.
На сегодняшний день системы, в основе которых лежит использование тепловых насосов, конструируются в качестве главного источника теплоснабжения. Они предусматривают устройство первичного контура, который забирает тепло у воды или почвы. Повседневная эксплуатация геотермальных систем, из-за сезонных температурных колебаний и возможных нагрузок, способна неоднократно замораживаться и оттаивать. В этом случае меняется агрегатное состояние воды, которая находится, как в жидкой, так и в газообразной и твердой фазах одновременно. Следует заметить, что наличие влаги способно оказать существенное воздействие на процесс перемещения тепла, однако его точный учет является достаточно проблематичным. Именно поэтому на сегодняшний день специалисты применяют эмпирические коэффициенты, предоставляющие возможность примерно рассчитывать пористость и влажность грунта. Как показывает практика, на температурный режим верхнего слоя почвы, имеющий большое значение во время укладки первичного горизонтального контура, влияют почвенные (грунтовые) воды и влага атмосферных осадков. В случае, если максимальное удельное значение теплосъема контура будет определено ошибочно или были допущены грубые нарушения в процессе его прокладки, то существует возможность не просто получить неудовлетворительное теплоснабжение при избыточной или нормальной мощности теплового насоса, но и довести систему до глубокого промораживания грунта или водяного объема.
Геотермальный горизонтальный коллектор. Общее описание
Для того чтобы получить тепло земли используются геотермальные коллекторы. Эти устройства классифицируются на следующие разновидности – горизонтальные модели, предусматривающие параллельное или последовательное соединение труб, которые укладываются в один или несколько вертикальных слоев; спирали; петли. Для их устройства следует учитывать некоторые требования. Для начала стоит сказать, что часть первичного контура, который представляет собой металлопластиковые или полимерные трубы, внутри которых циркулирует антифриз, уложенные на глубину, составляющую менее полутора метров; монтируется в специальные котлованы или траншеи. Эта составляющая контура гарантирует необходимую величину отбора энергии тепла. Стоит отметить, что существенно уменьшить площадь участка теплосъема и требуемый объем земляных работ предоставляет возможность спиралевидная укладка на глубину до четырех метров. Однако вероятную теплоотдачу почвы нужно принимать не более 65 кВт-ч/м2 ежегодно. Любые попытки получить большее количество тепловой энергии могут стать причиной перерасхода электрической энергии и промерзания земли. Параметр удельного теплосъема определяется в широких пределах. Он зависит от таких факторов, как: характер и наличие подземных вод, плотность и состав грунта, глубина монтажа и пр. Следует отметить, что большинство из них характеризуется сезонностью. Что касается расстояния между труб, то оно по горизонтали должно составлять не менее 0,7 – 0,8 метров, таким же образом определяется наименьший необходимый диаметр спирали. На сегодняшний день в качестве теплоносителя внешнего контура часто применяется 25-процентный водный раствор этиленгликоля (достаточно часто его называют рассолом). Что касается характеристик, то его теплоемкость составляет 3,7 кДжДкг * К (при 0 градусов), а плотность – 1,03 г/см3. Потери давления в трубе составляют примерно в полтора раза больше, чем в случае применения воды. Необходимые затраты антифриза равны:
V = On• 3600/[ 1,03 • 3,7 • (Ti-Тг)], м3. В этой формуле Тг и Ti – температуры в обратной и подающей линиях, соответственно, а Qn – тепловая мощность, ожидаемую от почвы. Её значение равно разнице от полной мощности теплового насоса.
Стоит отметить, что с целью конструирования внешнего контура нужно обязательно знать площадь участка S, который предназначается для укладки труб коллектора, и их общую длину L. Эти характеристики определяются последовательно за счет удельного теплосъема q и шага монтажа труб d благодаря простым формулам:
S = L-d, м.
L = Qn/q, м.
Мощность теплового насоса определяется с учетом среднего теплопотребления конкретного объекта. Специалисты рекомендуют брать это значение с запасом 15-20%. На процесс выбора огромное значение оказывает наличие системы горячего водоснабжения и предусматриваемый режим функционирования (бивалентный или моновалентный). Таким образом, мощность нужно повышать на значение дополнительного теплопотребления, с учетом (или наоборот – не учитывая) пиковых нагрузок, общая продолжительность которых в умеренном климатическом поясе не превышает 900 часов.
Сущность работы теплового геотермального насоса достаточно прост: он способен производить, как холод, так и тепло, наподобие привычной холодильной установки, однако в этом инновационном оборудовании тепло применяется потребителем, а холод отправляется в воду, грунт или же атмосферу. Только это поистине уникальное оборудование предоставляет возможность на один единственный израсходованный кВт/ч электрической энергии получить до пяти кВт/ч тепла!