Топлотна пумпа са подземног извора пружа нижу цену грејања у нашој клими од пумпе за ваздух. Правилно дизајниран и изграђен земљани измењивач топлоте има темељни утицај на његов ефикасан рад. ВОДИЧ: све што требате знати о топлотној пумпи с изворима земље.

За кога је топлотна пумпа подземна изворишта

Када је инсталација грејања још увек у фази пројектовања, нема проблема да је прилагоди параметрима сваке топлотне пумпе, а на парцели која још није развијена обично нема препрека да измењивач постане потребан за прикупљање топлоте из земље. Морате знати да топлота у земљи на дубини од 1, 5 м долази готово искључиво од атмосферских падавина и сунчеве енергије, тако да површина изнад измјењивача топлоте мора, колико је то могуће, бити добро изложена сунчевој свјетлости и мора бити пропусна за воду. Не можете садити биљке изнад којих би коријење у будућности могло оштетити цијев. Такође треба узети у обзир да рад топлотне пумпе смањује температуру тла за неколико степени, што нарушава вегетацију биљака. Из тог разлога је постављање подземне топлотне пумпе на дуго развијену парцелу често превише незгодно.

Топлотна пумпа са подземним извором у пољској клими

Температура тла је много стабилнија од ваздуха, тако да земљана топлотна пумпа не мора радити у широком распону температуре испаривача, а његове компоненте могу бити јефтиније од добре пумпе за ваздух. На одређеној дубини испод површине земље, која се назива дубина смрзавања, температура је увек већа од 0 о Ц. Пољска је подељена у четири зоне у којима се та дубина креће од 0, 8 м (у зони И) до 1, 4 м (у ИВ зоне). Локално се температура тла може разликовати од ових вриједности (тла се могу хладити на примјер јаким вјетровима). Међутим, може се рећи да на дубини већој од 1, 5 м, тло увек има позитивну температуру. Што је дубља, стабилнија је температура тла - не хлади га хладан ваздух, али се и мање загрева због сунчеве светлости.

Како функционише земаљска топлотна пумпа?

За уклањање топлоте из земље потребан је земљани измјењивач топлине. То је једноставно цев постављена у земљу која формира петљу у којој циркулише течност, обично позната као слани раствор. Петља (у пракси их је неколико) пролази кроз испаривач топлотне пумпе, у коме температура слане воде опада и постаје нижа од температуре земље. Настављајући цев у земљи, слана постепено се загрева. Коначно, поново иде до испаривача, где одаје топлоту. На тај начин он делује као посредник у размени између тла и испаривача пумпе. Измењивач може бити водоравни или вертикални. Избор решења може се одредити величином парцеле - хоризонтални измењивач захтева неколико стотина квадратних метара, а за вертикалне сонде потребно је неколико десетина. Важно је да је запремина измењивача значајна - током читаве грејне сезоне пумпа прима неколико мегават сати топлине из земље. Ако је премала, прекомерно се хлади и, као последица тога, пумпа не може правилно функционисати. Систем управљања топлотном пумпом за тло обично га искључује када температура слане воде падне на -7 ° Ц, јер испод ове вредности процеси у циклусу компресора су претјерано поремећени.

Топлотна пумпа подземног извора са хоризонталним измењивачем топлоте

У случају измењивача топлоте смештеног хоризонтално, дубина од 0, 2-0, 5 м испод тачке смрзавања сматра се оптималном. Међутим, ако постоји водоток на релативно малој дубини, најбоље решење је постављање цеви у њега. Тада топлотна пумпа постиже виши ЦОП. Водоравне измењивачке цеви постављају се у претходно припремљени канал са димензијама које одговарају траженој површини измењивача. Изводе се у облику завојнице (меандри) на целој површини ископа, са одређеним размаком између суседних одсека. Размак не би требао бити мањи од 0, 4 м или већи од 1, 2 м - прилагођен врсти тла из којег произлази његова способност "регенерације" (надопуњавања топлине). Што је дужа површина земље залеђена, то би требало бити веће празнине.

Треба имати на уму да топлотна снага измјењивача не произлази из дужине цијеви, већ с површине тла на којој је положен. Мања растојања не допуштају му да прима више топлоте, али захтева употребу дуже цеви. То се претвара у већи трошак улагања и рада, јер је потребна већа циркулациона пумпа за испирање сланика кроз дужу цев. С друге стране, превелика удаљеност између цеви значи да се топлота не сакупља у претпостављеној количини, па је снага измењивача топлоте мања.

Топлотна пумпа подземног извора са хоризонталним измењивачем топлоте

Прорачун површинског измењивача топлоте приземне топлотне пумпе

Снага којом земаљски измењивач топлоте преноси топлоту зависи од врсте тла и тачно од његове влажности. У зависности од израчуна површине водоравног измењивача, претпостављају се следеће вредности топлотне ефикасности тла к г (за полиетиленске цеви):

  • сува пешчана - 10 В / м 2
  • влажна пешчана - 15-20 В / м 2
  • сува иловача - 20-25 В / м 2
  • влажна иловача - 25-30 В / м 2
  • влажан (водоносни слој) - 35-40 В / м 2 .

Наравно, то су водеће вредности.

Тешко је процијенити је ли земљиште исто на цијелом подручју намијењеном измјењивачу док се не изгради, па је сигурније израчунати мању вриједност за прорачун. У правилно направљеном систему компресор топлотне пумпе ради од 1800 до 2400 сати годишње - нижи топлотни учинак тла резултира дужим радним временом.

Површина измењивача топлоте израчунава се из формуле: А = К хлађење / к г

Пример: потрошња енергије за грејање куће је 14 кВ и пумпа их треба у потпуности задовољити (ради се у моновалентном систему). Изабрани уређај добија топлотну (грејну) снагу од 14 кВ за параметре Б0 / В35, а постиже ЦОП од 4, 5 = 4, 5. Капацитет хлађења је, дакле, К Цхł = (4, 5-1) / 4, 5 · 14 = 10, 9 кВ, тј. 10 900 В. Измењивач треба да се направи у сувом глиненом земљишту, тако да његова површина треба бити А = 10 900 / 20 = 545 м 2 . Примјећујемо да у случају водоносника измјењивач топлине може бити приближно упола већи, али ако је тло пјешчано, његова површина ће заузети више од 1000 м 2 . У овој ситуацији, цеви је боље поставити вертикално - у бунаре.

Вертикални измењивач топлоте

Топлотна пумпа постиже већи фактор ефикасности ЦОП када се цеви размењивача постављају вертикално у земљу - у бушотине дубине 40-150 м. То је због чињенице да је на дубини мањој од 10 м температура земље око 10 ° Ц током целе године, тј. Зими скоро десет више него на дубини од 1, 5 м.

Вертикални измењивач је, међутим, очигледно скупљи од хоризонталног. То су вертикални одсеци цеви који формирају петљу (цев иде низ бунар, окреће се натраг и иде према горе). Називају се геотермалним сондама. У овом случају се не израчунава површина, већ укупна дужина измењивача која се обично састоји од више сонди.

Један или два пара цеви (У или двострука У сонде) се постављају у вертикалне јажице. Увођење цеви у бунар олакшава глава - елемент који повезује вертикалне цеви, а који се могу прилагодити употреби додатне цеви за пуњење (потискивање). Глава и цијеви измјењивача гурају се у избушену рупу. Затим се бетонско-цементна мешавина уводи у отвор са цевом за пуњење.

У измењивачу типа У, течност се своди на главу једном цеви, а друга се враћа из ње. У двоструком У измењивачу - тече са две цеви доле и две према горе.

Удаљеност између бушотина до 50 м дубине не смије бити мања од 5 м, а за дубље од 8 до 15 м. Требају бити смјештене у линији окомитој на смјер тока поткожних вода.

Прорачун дужине вертикалног измењивача топлоте уземљене топлотне пумпе

У овом је случају важно навести како се својства тла мијењају са дубином. Ове информације могу се пружити геолошким картама и документацијом бунара који су претходно бушени у близини. На основу тога могуће је процијенити дебљину појединих слојева тла и израчунати просјечну вриједност коефицијента топлотне проводљивости л за подручје на којем се требају налазити цијеви измјењивача. Прорачуни, међутим, не могу узети у обзир сва кретања подземних вода и у пракси се често догађа да се добијени резултат значајно разликује од стварности. Да бисте били сигурни да ће вертикални измењивач исправно радити, тестирајте земљу на месту где треба да се направи. У овом случају, топлотна ефикасност тла к г такође зависи од његове врсте.

За ПЕ80 цеви је:

  • сува песковита тла - 10-12 В / м;
  • пешчана мокра - 12-16 В / м;
  • средње глинена сува - 16-18 В / м;
  • средње влажна иловаста - 19-21 В / м;
  • тешка суха иловача - 18-19 В / м;
  • тешка иловача влажна - 20-22 В / м;
  • влажан (водоносни слој) - 25-30 В / м

Наравно, морате узети у обзир дебљину појединих слојева одређеног типа тла и на основу тога израчунати укупни капацитет сваке сонде.

Термичка ефикасност тла у коме има и сувих и водоносника, помоћу двоструких У сонди (четири цеви у бунару), у просеку износи око 50 В / м. Стога се може претпоставити да су у случају топлотне пумпе разматране на примјеру израчунавања хоризонталног измјењивача топлине (капацитета хлађења 10, 9 кВ) потребни су бушотине укупне дужине Л = 10 900/50 = 218 м, тј. Свака четири 55 м.

Топлотна пумпа са основног извора: мања снага значи јефтинију инсталацију

Инвестицијски трошак директно је пропорционалан топлоти производње инсталације. Стога, упркос чињеници да се фактор ефикасности земаљске пумпе не смањује с почетком јаког мраза, вреди размислити о употреби топлотне пумпе у двовалентном систему.
Најлакше је опремити га електричним грејачем за воду (обично се нуди као додатак - за уградњу у кућиште топлотне пумпе). Тада се утврђује бивалентна тачка и одређује потребан топлотни учинак пумпе. Ако пумпа треба да греје кућу у трећој климатској зони и претпостављамо да испод спољне температуре -10 о Ц електрични грејач може да је подржи, тада њена топлотна снага може бити за 25% мања од пројектног топлотног оптерећења израчунатог у складу са ПН-ЕН 12831 Трошкови израде земљаног измењивача топлоте такође ће бити мањи.

У примјеру који се разматра, умјесто капацитета хлађења од 10, 9 кВ, довољно је 8, 2 кВ, па хоризонтални измјењивач може имати 410 м 2 умјесто 545 м 2, а вертикални измјењивач 164 м умјесто 218 м. Поред ниже цијене, потребна је и мања количина место.

Које цеви за подземни измењивач топлоте?

Дужина појединачне петље (циркулација) је ограничена - резултат је снаге циркулационе пумпе, у којој је земаљска топлотна пумпа обично фабрички опремљена (ако не, дужина цеви и одговарајућа циркулациона пумпа бира пројектант инсталације). Дозвољена дужина цеви мора се очитати из техничких података уређаја. То зависи од пречника и врсте коришћеног радног флуида (физиолошког раствора). У случају топлотних пумпи снаге до неколико киловата користе се једна до четири петље од 100-400 м пречника цеви од ДН25 до ДН65 (зависно од осталог, од материјала од кога је направљена цев). За хоризонталне измењиваче најчешће се користе полиетиленске цеви ПЕ100 (ако у земљи нема камења) или ПЕ100 РЦ, за вертикалне цеви могу се користити цеви ПЕ80. Подземни измењивачи топлоте се такође праве од ПЕ-Кса, полибутилена (ПБ) и бакарних цеви у пластичној овојници.

Подземне цеви за размењивање топлоте морају бити напуњене течношћу која се не смрзава на негативној температури, са сигурношћу се претпоставља да износи до -15 о Ц, иако топлотна пумпа има заштиту која је искључује на -7 о Ц (тада престаје хлађење тла). Пошто је атмосферски ваздух још хладнији, цев за измењивач топлоте не сме се нигде излагати - мора се закопати у земљу на дубини од најмање 0, 5 м, евентуално изоловати. Близу пролаза цеви кроз зид зида неопходна је изолација тако да се тло не смрзне до 2 м од темеља, што би могло изазвати грађевинску катастрофу.

Радни флуид у инсталацији топлотне пумпе за земљу

У прошлости је раствор НаЦл соли коришћен у инсталацијама које транспортују топлоту из земље, отуда и термин - пумпе за слани раствор - који се користио до данас. Слани се не користи већ дуже време. Најпопуларнији је водени раствор пропилен гликола који се сматра еколошким. Уопштено, препоручује се пуњење инсталације - она се може купити као готов радни флуид за такву употребу. Приликом одабира треба се водити препорукама произвођача топлотне пумпе, јер течност може садржати различите додатке инхибитора, стабилизатора, антиоксиданата и антипена. Пропилен гликол има не само довољно ниску тачку сијања, већ такође не узрокује корозију метала, не раствара пластику и не изазива жучење пумпи. Међутим, његова густина и вискозност, што се претвара у количину енергије потребне за пумпање, већа је од воде, због чега се користи у не баш високој концентрацији (34%). Наравно, постоји пуно течности које се не смрзавају на -15 ° Ц. Отопина етилен гликола се такође често користи, али се сматра штетном за животну средину, јер је отровна и не разлаже се.

Етанол такође има добра својства - његова највећа предност је ниска вискозност и густина, захваљујући чему његово пумпање троши мање енергије. Његова употреба није популарна због запаљивости, високе испарљивости, интензивног мириса и, пре свега, недостатка својстава подмазивања која могу проузроковати одузимање циркулационе пумпе. Зато неки произвођачи забрањују његову употребу.

Категорија:

Грејање