Toplotna črpalka zemeljskega vira v našem podnebju zagotavlja nižje stroške ogrevanja kot zračna črpalka. Pravilno zasnovan in zgrajen zemeljski izmenjevalec toplote ima temeljni vpliv na njegovo učinkovito delovanje. VODNIK: vse, kar morate vedeti o toplotni črpalki zemeljskega vira.

Za koga toplotna črpalka zemeljskega vira

Ko je ogrevalna napeljava še v fazi načrtovanja, ni problema, da bi jo prilagodili parametrom vsake toplotne črpalke, na ploskvi, ki še ni razvita, pa običajno ni ovir, da bi izmenjevalec potreboval za zbiranje toplote iz tal. Vedeti morate, da toplota v tleh na globini 1, 5 m prihaja skoraj izključno iz atmosferskih padavin in sončne energije, zato mora biti površina nad toplotnim izmenjevalnikom, kolikor je mogoče, dobro izpostavljena sončni svetlobi in mora biti prepustna za vodo. Nad njim ne morete zasaditi rastlin, katerih korenine bi lahko v prihodnosti poškodovale cev. Upoštevati je treba tudi, da delovanje toplotne črpalke zniža temperaturo tal za nekaj stopinj, kar moti vegetacijo rastlin. Zaradi tega je vgradnja zemeljske toplotne črpalke na dolgo razvito ploskev pogosto preveč okorna.

Toplotna črpalka zemeljskega vira v poljskem podnebju

Temperatura tal je veliko bolj stabilna od zraka, zato talni toplotni črpalki ni treba delovati v širokem temperaturnem območju uparjalnika, njegove sestavne dele pa so lahko cenejše od dobre zračne črpalke. Na določeni globini pod površjem zemlje, imenovani globina zmrzovanja, je temperatura vedno višja od 0 o C. Poljska je razdeljena na štiri cone, v katerih se ta globina giblje od 0, 8 m (v coni I) do 1, 4 m (v IV cona). Lokalno se lahko temperatura tal razlikuje od teh vrednosti (tla se lahko na primer ohladijo z močnim vetrom). Vendar pa lahko rečemo, da ima tla na globini več kot 1, 5 m vedno pozitivno temperaturo. Čim globlje je, tem stabilnejša je temperatura tal - ne hladi ga hladen zrak, vendar se zaradi sončne svetlobe segreje tudi manj.

Kako deluje toplotna črpalka tal?

Za odstranjevanje toplote iz tal je potreben zemeljski izmenjevalec toplote. To je preprosto cev, postavljena v tla, ki tvori zanko, v kateri kroži tekočina, splošno znana kot slanica. Zank (v praksi jih je več) prehaja skozi uparjalnik toplotne črpalke, v katerem se temperatura slanice zniža in postane nižja od temperature tal. S nadaljevanjem cevi v tleh se slanica postopoma segreva. Končno gre spet do uparjalnika, kjer odda toploto. Na ta način deluje kot posrednik pri izmenjavi med tlemi in uparjalnikom črpalke. Izmenjevalnik je lahko vodoraven ali navpičen. Izbira rešitve lahko določimo glede na velikost ploskve - vodoravni izmenjevalec zahteva nekaj sto kvadratnih metrov, za navpične sonde pa je potrebnih nekaj deset. Pomembno je, da je prostornina izmenjevalnika pomembna - skozi celotno ogrevalno sezono črpalka prejema od tal več megavatnih ur toplote. Če je premajhen, se preveč ohladi, zato črpalka ne more pravilno delovati. Sistem krmiljenja zemeljske toplotne črpalke ga običajno izklopi, ko temperatura slanice pade na -7 ° C, ker so pod to vrednostjo procesi v ciklu kompresorja neupravičeno moteni.

Toplotna črpalka zemeljskega vira z vodoravnim izmenjevalnikom toplote

V primeru toplotnega izmenjevalnika, ki je vodoravno razporejen, se domneva, da je globina 0, 2-0, 5 m pod lediščem optimalna. Če pa je vodotok na sorazmerno majhni globini, je najboljša rešitev, da vanj postavite cevi. Nato toplotna črpalka doseže višji COP. Vodoravniške izmenjevalne cevi so položene v predhodno pripravljen jarek z dimenzijami, ki ustrezajo potrebni površini izmenjevalnika. Potekajo v obliki tuljave (meandri) na celotni površini izkopa z določenim razmikom med sosednjimi odseki. Razmik ne sme biti manjši od 0, 4 m ali večji od 1, 2 m - prilagojen vrsti tal, iz katere izhaja njegova sposobnost "regeneracije" (ponovnega polnjenja toplote). Dlje, ko je talna površina zamrznjena, večje morajo biti vrzeli.

Upoštevati je treba, da toplotna moč izmenjevalca ne izhaja iz dolžine cevi, temveč s površine tal, na kateri je položen. Manjše razdalje ne dopuščajo, da bi od nje dobival več toplote, vendar zahtevajo uporabo daljše cevi. To pomeni večje stroške naložb in obratovanja, saj je za črpanje slanice skozi daljšo cev potrebna večja obtočna črpalka. Po drugi strani pa prevelika razdalja med cevmi pomeni, da se toplota ne zbira v predvideni količini, zato je moč toplotnega izmenjevalnika manjša.

Toplotna črpalka zemeljskega vira z vodoravnim izmenjevalnikom toplote

Izračun površinskega izmenjevalnika toplote zemeljske toplotne črpalke

Moč, s katero zemeljski izmenjevalec toplote prenaša toploto, je odvisna od vrste tal in natančno od njegove vlažnosti. Glede na izračun površine vodoravnega izmenjevalca se predpostavljajo naslednje vrednosti toplotne učinkovitosti tal q g (za polietilenske cevi):

  • suha peščena - 10 W / m 2
  • vlažna peščena - 15-20 W / m 2
  • suha ilovica - 20-25 W / m 2
  • vlažna ilovica - 25-30 W / m 2
  • mokro (vodonosnik) - 35-40 W / m 2 .

Seveda so to vodilne vrednosti.

Težko je oceniti, ali je zemljišče enako na celotnem območju, namenjenem izmenjevalniku, dokler ni zgrajeno, zato je varneje izračunati manjšo vrednost za izračun. V pravilno narejenem sistemu kompresor toplotne črpalke deluje od 1800 do 2400 ur na leto - nižja toplota tal povzroči daljši delovni čas.

Površina toplotnega izmenjevalnika se izračuna po formuli: A = Q hlajenje / q g

Primer: poraba energije za ogrevanje hiše znaša 14 kW in črpalka naj bi jim v celoti zadostila (delo v monovalentnem sistemu). Izbrana naprava za parametre B0 / W35 doseže toplotno (ogrevalno) moč 14 kW, hkrati pa doseže COP 4, 5 = 4, 5. Hladilna zmogljivost je torej Q Chł = (4, 5-1) / 4, 5 · 14 = 10, 9 kW, to je 10 900 W. Izmenjevalnik mora biti izdelan v suhi glineni zemlji, zato mora biti njegova površina A = 10 900 / 20 = 545 m 2 . Opažamo, da je v primeru vodonosnika toplotni izmenjevalnik lahko skoraj do polovice večji, če pa je zemlja peščena, bo njegova površina prevzela več kot 1000 m 2 . V tej situaciji je bolje postaviti cevi navpično - v vodnjake.

Vertikalni izmenjevalec toplote

Toplotna črpalka doseže višji faktor izkoristka COP, ko se cevi za izmenjevalnike postavijo navpično v tla - v vrtine globine 40–150 m. To je posledica dejstva, da je na globini manj kot 10 m temperatura tal okoli leta 10 ° C, tj. Pozimi skoraj deset več kot na globini 1, 5 m.

Vertikalni izmenjevalec pa je očitno dražji od vodoravnega. To so navpični odseki cevi, ki tvorijo zanko (cev poteka po vodnjaku, se obrne nazaj in gre navzgor). Imenujejo jih geotermalne sonde. V tem primeru se ne izračuna površina, temveč celotna dolžina izmenjevalnika, ki je običajno sestavljena iz več kot ene sonde.

En ali dva para cevi (U ali dvojne U sonde) sta postavljena v navpične vdolbinice. Vnos cevi v vodnjak olajša glava - element, ki povezuje navpične cevi, ki jih je mogoče prilagoditi za uporabo dodatne polnilne (potisne) cevi. Glava in cevi za izmenjevalnike se potisnejo v izvrtano luknjo. Nato se v luknjo s polnilno cevjo vnese betonsko-cementna mešanica.

V izmenjevalniku tipa U se tekočina z eno cevjo steka na glavo, druga pa se vrača iz nje. V dvojnem U izmenjevalniku - teče z dvema cevma navzdol in dvema navzgor.

Razdalja med vodnjakom do globine 50 m ne sme biti manjša od 5 m, pri globljih pa od 8 do 15 m. Nahaja se v črti, pravokotni na smer pretoka podkožnih voda.

Izračun dolžine navpičnega toplotnega izmenjevalnika zemeljske toplotne črpalke

V tem primeru je pomembno navesti, kako se lastnosti tal spreminjajo z globino. Te podatke lahko zagotovite z geološkimi zemljevidi in dokumentacijo vrtin, ki so bile predhodno izvrtane v bližini. Na podlagi tega je mogoče oceniti debelino posameznih slojev tal in izračunati povprečno vrednost koeficienta toplotne prevodnosti l za območje, na katerem naj bi se nahajale cevi izmenjevalnika. Vendar izračuni ne morejo upoštevati vseh premikov podzemne vode in v praksi se pogosto zgodi, da se dobljeni rezultat bistveno razlikuje od resničnosti. Če želite zagotoviti, da bo navpični izmenjevalec pravilno deloval, testirajte tla na mestu, kjer ga je treba narediti. V tem primeru je toplotna učinkovitost tal q g odvisna tudi od njegove vrste.

Za cevi PE80 je to:

  • suha peščena tla - 10-12 W / m;
  • peščeno mokro - 12-16 W / m;
  • srednje glinena suha - 16-18 W / m;
  • srednje ilovna vlaga - 19-21 W / m;
  • težka suha ilovica - 18-19 W / m;
  • težka ilovnata mokra - 20-22 W / m;
  • mokro (vodonosnik) - 25-30 W / m

Seveda morate upoštevati debelino posameznih plasti določene vrste tal in na podlagi tega izračunati skupno zmogljivost vsake sonde.

Toplotna učinkovitost zemlje, v kateri so tako suhi kot vodonosniki, z uporabo dvojnih U sond (štiri cevi v vrtini) v povprečju znaša približno 50 W / m. Tako lahko sklepamo, da so v primeru toplotne črpalke, obravnavane v primeru izračuna horizontalnega toplotnega izmenjevalnika (s hladilno zmogljivostjo 10, 9 kW), potrebne vrtine s skupno dolžino L = 10 900/50 = 218 m, to je na primer štiri štiri 55 m.

Toplotna črpalka zemeljskega vira: manjša moč pomeni cenejšo namestitev

Naložbeni stroški so neposredno sorazmerni s toplotno močjo naprave. Zato se kljub dejstvu, da se faktor učinkovitosti zemeljske črpalke s pojavom močnega zmrzali ne zmanjša, je vredno razmisliti o uporabi toplotne črpalke v dvovalentnem sistemu.
Najlažje ga je opremiti z električnim trenutnim grelnikom vode (ponavadi je na voljo kot dodatna oprema - za vgradnjo v ohišje toplotne črpalke). Potem se določi bivalentna točka in zanjo se določi potreben toplotni izkoristek črpalke. Če naj črpalka ogreva hišo v tretjem podnebnem območju in domnevamo, da lahko električni grelec pod zunanjo temperaturo -10 o C podpira električni grelec, je njegova toplotna moč lahko za 25% nižja od načrtovane toplotne obremenitve, izračunane v skladu s PN-EN 12831 Manjši bodo tudi stroški izdelave zemeljskega toplotnega izmenjevalnika.

V obravnavanem primeru je namesto hladilne zmogljivosti 10, 9 kW dovolj 8, 2 kW, zato ima lahko vodoravni izmenjevalec 410 m 2 namesto 545 m 2, vertikalni izmenjevalec pa 164 m namesto 218 m. Poleg nižje cene je zato potrebna manjša količina mesto.

Katere cevi za zemeljski toplotni izmenjevalec?

Dolžina posamezne zanke (obtoka) je omejena - izhaja iz moči obtočne črpalke, pri kateri je zemeljska toplotna črpalka običajno tovarniško opremljena (če ni, dolžino cevi in ustrezno cirkulacijsko črpalko izbere projektant namestitve). Dovoljena dolžina cevi mora biti odčitana iz tehničnih podatkov naprave. Odvisno je od premera in vrste uporabljene delovne tekočine (slanice). Pri toplotnih črpalkah z močjo do nekaj kilovatov se uporabljajo ena do štiri zanke od 100 do 400 m s premerom cevi od DN25 do DN65 (med drugim je odvisno od materiala, iz katerega je izdelana cev). Za vodoravne izmenjevalce se najpogosteje uporabljajo polietilenske cevi PE100 (če v tleh ni kamna) ali PE100 RC, za navpične se lahko uporabljajo cevi PE80. Tudi zemeljski toplotni izmenjevalci so izdelani iz PE-Xa, polibutilena (PB) in bakrenih cevi v plastičnem plašču.

Cevi za zemeljski izmenjevalnik toplote morajo biti napolnjene s tekočino, ki ne zmrzne pri negativni temperaturi, za gotovost pa se domneva, da je do -15 o C, čeprav ima toplotna črpalka zaščito, ki jo izklopi pri -7 o C (potem preneha hladiti tla). Ker je atmosferski zrak še hladnejši, ga toplotno izmenjevalna cev ne sme biti nikjer izpostavljena - mora biti zakopana v tla na globini najmanj 0, 5 m, po možnosti izolirana. V bližini prehoda cevi skozi zid stavbe je potrebna izolacija, da tla ne zmrznejo do 2 m od temeljev, kar bi lahko povzročilo gradbeno katastrofo.

Delovna tekočina v instalaciji zemeljske toplotne črpalke

V preteklosti smo raztopino soli NaCl uporabljali v napravah, ki prenašajo toploto iz tal, od tod tudi izraz - slanice, ki se uporabljajo do danes. Slanice se že dolgo ne uporablja. Najbolj priljubljena je vodna raztopina propilen glikola, ki velja za ekološko. Na splošno je priporočljivo, da napolnite namestitev - za takšno uporabo jo je mogoče kupiti kot pripravljeno delovno tekočino. Pri izbiri je treba upoštevati priporočila proizvajalca toplotne črpalke, saj lahko tekočina vsebuje različne dodatke zaviralcev, stabilizatorjev, antioksidantov in protipenov. Propilen glikol ima ne le dovolj nizko točko, ampak tudi ne povzroča korozije kovine, ne raztopi plastike in ne povzroča žolčenja črpalk. Vendar je njegova gostota in viskoznost, kar pomeni količino energije, potrebne za črpanje, večja od vode, zato jo uporabljamo v ne zelo visoki koncentraciji (34%). Seveda je veliko tekočine, ki ne zmrzne pri -15 ° C. Pogosto se uporablja tudi raztopina etilen glikola, vendar velja za okolju škodljivo, saj je strupena in se ne razgradi.

Etanol ima tudi dobre lastnosti - njegova največja prednost je nizka viskoznost in gostota, zahvaljujoč temu, da njegovo črpanje porabi manj energije. Njegova uporaba ni priljubljena zaradi vnetljivosti, visoke hlapnosti, intenzivnega vonja, predvsem pa zaradi pomanjkanja mazivnih lastnosti, kar lahko povzroči zaseg obtočne črpalke. Zato nekateri proizvajalci prepovedujejo njegovo uporabo.

Kategorija:

Ogrevanje