Toplotna črpalka zemlja-voda zagotavlja nižje stroške ogrevanja kot zračna črpalka. Dobro načrtovan in izdelan zemeljski toplotni izmenjevalec vpliva na učinkovito delovanje črpalke. VODNIK: vse, kar morate vedeti o toplotni črpalki zemlja-voda.

Toplotna črpalka zemlja-voda je popolnoma avtomatska ogrevalna naprava, ki jo lahko uporabljate za ogrevanje vašega doma in pripravo tople sanitarne vode ter za hlajenje vašega doma poleti. Dobro izbrana toplotna črpalka zemlja-voda bo delovala v takšni aplikaciji, ne da bi morali investirati v drugo kurilno napravo, ki bi jo podpirala pozimi pri zelo nizkih temperaturah.Potreba po vgradnji dodatne kurilne naprave ne bi le podražila ogrevalnega sistema, temveč bi bila vgradnja tudi razširjena in zapletena. Toplotna črpalka zemlja črpa energijo iz zemlje, katere temperatura je na določeni globini, tudi pozimi ob hudi zmrzali, stalna in vedno pozitivna. Toplotna črpalka zemlja-voda je okolju prijazna - uporablja obnovljivo energijo, akumulirano v zemlji in ne izpušča nobenih onesnaževal v ozračje. Toplotno črpalko zemlja-voda lahko vgradimo v vsako hišo, novo ali posodobljeno, še posebej tam, kjer ni dostopa do plinskega ali toplovodnega omrežja. Čeprav je investicija v toplotno črpalko zemlja draga, vam naprava omogoča poceni pridobivanje toplotne energije. Najboljši učinek dosežemo z napajanjem toplotne črpalke Zemlja z električno energijo iz fotovoltaične instalacije. Zakaj je cena investicije v toplotno črpalko zemlja visoka? Ker je treba izvesti t.i spodnji vir, ki je lahko horizontalni kolektor, položen na globini 1,5 m.Izgradnja vertikalnega kolektorja je veliko dražja od horizontalnega, saj zahteva vrtine, tudi več kot 50 m globoke.

Kazalo

  1. Za koga je toplotna črpalka zemlja-voda namenjena
  2. Toplotna črpalka za zemljo v poljskem podnebju
  3. Toplotna črpalka zemlja-zemlja - ali potrebujem gradbeno dovoljenje ali obvestilo?
  4. Kako deluje toplotna črpalka zemlja-voda
  5. Kompresor zemeljske toplotne črpalke
  6. Toplotna črpalka zemlja zemlja s horizontalnim toplotnim izmenjevalnikom
  7. Kakšna je velikost zemeljskega izmenjevalnika toplote?
  8. Izračun površine horizontalnega izmenjevalnika zemeljske toplotne črpalke
  9. Vertikalni izmenjevalnik zemeljske toplotne črpalke
  10. Izračun dolžine vertikalnega izmenjevalnika zemeljske toplotne črpalke
  11. Toplotna črpalka Zemlja - manjša moč pomeni cenejšo namestitev
  12. Katere cevi za izmenjevalnik zemeljske toplotne črpalke?
  13. Delovna tekočina v inštalaciji toplotne črpalke zemlja vir
  14. Cena toplotne črpalke Zemlja

Za koga je toplotna črpalka zemlja-voda namenjena

Ko je ogrevalna napeljava še v fazi projektiranja, jo ni problema prilagoditi parametrom posamezne toplotne črpalke, na nepozidani parceli pa običajno ni ovir za izgradnjo izmenjevalnika, ki bo prejemal toploto iz tla. Vedeti morate, da toplota v zemlji na globini 1,5 m izvira skoraj izključno iz padavin in sončne energije, zato mora biti površina nad izmenjevalnikom toplote dobro izpostavljena soncu in mora biti vodoprepustna. Nad njim ni mogoče posaditi 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. Iz tega razloga je namestitev toplotne črpalke zemlja-voda na dolgo pozidano parcelo pogosto preveč težavna.

Prednosti toplotne črpalke zemlja vir:

  • ima večjo učinkovitost v primerjavi z letalom, njegovi operativni stroški so zelo nizki
  • je najučinkovitejši vir toplote
  • stabilno delovanje tudi v najhladnejšem obdobju, zahvaljujoč konstantni temperaturi tal
  • je brez vzdrževanja
  • lahko poskrbi tudi za poceni hlajenje poleti
  • zunaj ne povzroča hrupa
  • za njen nakup boste prejeli najvišjo subvencijo - preverite aktualne subvencije za toplotne črpalke

Okvare zemeljske toplotne črpalke:

  • visoki stroški nakupa
  • na parceli morate imeti prostor za njegov zemeljski toplotni izmenjevalnik
  • njena montaža je bolj težavna kot zračna črpalka, zaradi potrebe po izdelavi spodnjega vira

Toplotna črpalka za zemljo v poljskem podnebju

Temperatura tal je veliko bolj stabilna kot temperatura zraka, zato toplotni črpalki zemlja-voda ni treba delovati v širokem razponu temperatur uparjalnika, njeni sestavni deli pa so zato lahko cenejši od zračne črpalke z dobri parametri. Na določeni globini pod zemeljsko površino, imenovani globina zmrzovanja, je temperatura vedno nad 0oC. Poljska je razdeljena na štiri cone, kjer se globina giblje od 0,8 m (v coni I) do 1,4 m (v coni IV). Lokalno se lahko temperatura tal razlikuje od teh vrednosti (tla se lahko ohladijo, na primer zaradi močnega vetra). Vendar pa lahko rečemo, da imajo tla na globini več kot 1,5 m vedno pozitivno temperaturo. Globlje kot greste, stabilnejša je temperatura tal – mrzel zrak jih ne hladi, a se tudi manj segrevajo zaradi sončenja.

Toplotna črpalka zemlja-zemlja - ali potrebujem gradbeno dovoljenje ali obvestilo?

Med deli, navedenimi v veljavnem gradbenem zakonu, za katera ni potrebno gradbeno dovoljenje ali prijava, je vgradnja toplotne črpalke.Nič pa ni govora o zemeljskem izmenjevalniku. Ker pa so posamezne čistilne naprave in medijski priključki, ki zahtevajo podobna zemeljska dela kot za gradnjo vodoravnega zemeljskega toplotnega izmenjevalnika, izvzeti iz zahteve za pridobitev dovoljenja, v praksi gradbeno dovoljenje morda ni potrebno (najbolje je vprašati okrajne organe). . Potem je dovolj, da priglasite namero o gradnji in počakate 30 dni na tako imenovano tiho soglasje.

Za zemeljska dela v zvezi z ureditvijo takšne naprave lahko veljajo omejitve, ki izhajajo iz zakona o vodah, če odločba o določitvi varstvenega območja zajetja vsebuje določbo o prepovedi njihovega izvajanja.

Vendar je za gradnjo vertikalnega izmenjevalnika veljajo določbe zakona o geologiji in rudarstvu. V tem primeru je potrebno izdelati načrt geoloških del, ki ga je treba predložiti pristojni upravi za geološke dejavnosti najkasneje osem tednov pred predvidenim začetkom del.K njim se lahko pridruži, če v 30 dneh od dneva predložitve projekta staršest ne ugovarja s sklepom. Namero izvajanja vrtalnih del je treba sporočiti pristojni geološki upravi, rudarskemu nadzornemu organu in občinskemu glavarju, županu oziroma predsedniku po kraju dela - najmanj dva tedna pred predvidenim začetkom. Vrtanje smejo izvajati samo ustrezno usposobljene osebe. V šestih mesecih po zaključku del je treba organu uprave za geološke dejavnosti predložiti »Dokumentacijo o izvedenih geoloških delih za izkoriščanje toplote zemlje«, ki vsebuje pregled in povzetek izvedenih del in raziskav.

Preberite tudi:

  • Stroški ogrevanja s toplotno črpalko
  • Kdaj investirati v toplotno črpalko zemlja vir in kdaj v toplotno črpalko zrak
  • Učinkovitost toplotne črpalke - kaj je to, kako se meri?
  • Zamenjava kotla na premog s toplotno črpalko - v čem so lahko težave?

Kako deluje toplotna črpalka zemlja-voda

Za sprejem toplote iz zemlje je potreben zemeljski toplotni izmenjevalnik. To je preprosto cev, postavljena v zemljo, ki ustvarja zanko, v kateri kroži tekočina, običajno imenovana slanica. Zanka (v praksi jih je več) gre skozi uparjalnik toplotne črpalke zemlja, v kateri se temperatura slanice zniža in postane nižja od temperature tal. Še naprej teče skozi cev v tleh, slanica se postopoma segreje. Na koncu se vrne v uparjalnik, kjer odda toploto. Na ta način posreduje pri njegovi izmenjavi med zemljo in uparjalnikom črpalke. Izmenjevalec je lahko horizontalen ali vertikalen. Izbira rešitve je lahko odvisna od velikosti parcele - za izvedbo horizontalnega izmenjevalnika je potrebnih več sto kvadratnih metrov, za vertikalne sonde pa več deset. Trenutno so najpogosteje vgrajene toplotne črpalke zemlja-voda z vertikalnim prenosnikom toplote.Pomembno je, da izmenjevalnik ni premajhen – skozi celotno kurilno sezono črpalka prejema več megavatnih ur toplote iz zemlje. Če je premajhen, se bo prehladil in posledično tlačna črpalka ne bo delovala pravilno. Regulacijski sistem toplotne črpalke zemlja-voda jo običajno izklopi, ko temperatura slanice pade na -7oC, ker so pod to vrednostjo procesi v kompresorskem ciklu preveč moteni.

Kompresor zemeljske toplotne črpalke

Kompresor je srce vsake toplotne črpalke. Skupaj z ekspanzijskim ventilom se uporablja za stiskanje in ekspanzijo hladilnega sredstva ter ustvarjanje izmenjave toplote v kondenzatorju in uparjalniku. Večina zemeljskih toplotnih črpalk uporablja rotacijske spiralne kompresorje z vklopom in izklopom, ki imajo običajno fiksno zmogljivost. Toda kompresor je lahko opremljen z inverterjem z gladko spremenljivo zmogljivostjo. To vam omogoča, da modulirate moč toplotne črpalke zemlja-voda, to je, da njene parametre delovanja (moč ogrevanja) bolje prilagodite potrebam objekta v danem trenutku.Pri uporabi z inverterskim kompresorjem ima toplotna črpalka boljši COP in deluje redkeje, zato njeno delovanje stane manj.

Toplotna črpalka zemlja zemlja s horizontalnim toplotnim izmenjevalnikom

V primeru vodoravnega cevnega izmenjevalnika je optimalna globina 0,2-0,5 m pod mejo zmrzovanja. Če pa je vodotok na relativno majhni globini, potem je najboljša rešitev, da cevi položimo vanj. Toplotna črpalka zemlja-voda potem doseže višji COP. Cevi horizontalnega izmenjevalnika se položijo v predhodno pripravljen jarek dimenzij, ki ustrezajo zahtevani površini izmenjevalnika. Izvajajo se v obliki kolobarja (meandrov) po celotni površini izkopa z določenimi razmaki med sosednjimi deli. Razmik naj ne bo manjši od 0,4 m ali večji od 1,2 m – prilagojeno tipu tal, od katerega je odvisna njihova sposobnost »regeneracije« (dopolnjevanje toplote).Dlje ko je površina tal zmrznjena, večji mora biti razmik.

Upoštevajte, da toplotna moč izmenjevalnika toplote ni odvisna od dolžine cevi, temveč od površine tal, na katero je položena. Manjša razdalja ne omogoča več odvzema toplote iz nje, zahteva pa daljšo cev. To pomeni višje investicijske in obratovalne stroške, ker je potrebna močnejša obtočna črpalka za črpanje slanice skozi daljšo cev. Prevelika razdalja med cevmi pa pomeni, da se toplota ne sprejema v predvideni količini, zato je moč izmenjevalnika manjša.

Horizontalna toplotna črpalka zemlja - diagram delovanja (slika spodaj)

Izračun površine horizontalnega izmenjevalnika zemeljske toplotne črpalke

Moč, s katero zemeljski izmenjevalnik toplote prenaša toploto, je odvisna od vrste tal in še posebej od vsebnosti vlage v njih. Odvisno od tega se za izračun površine vodoravnega toplotnega izmenjevalnika uporabljajo naslednje vrednosti toplotne učinkovitosti tal qg (za polietilenske cevi):

  • peščeno suho - 10 W/m2
  • peščeno mokro - 15-20 W/m2
  • suha glina - 20-25 W/m2
  • vlažna glina - 25-30 W/m2
  • mokro (vodonosnik) - 35-40 W/m2.

Seveda so to približne vrednosti.

Težko je presoditi, ali je zemlja enaka po celotnem območju izmenjevalnika toplote do začetka gradnje, zato je varneje uporabiti nižjo vrednost za izračun. V pravilno izdelanem sistemu deluje kompresor toplotne črpalke od 1800 do 2400 ur na leto - nižji toplotni izkoristek tal povzroči daljši delovni čas.

Površina izmenjevalnika se izračuna po naslednji formuli: A=Qchł/qg

Primer: potreba hiše po energiji za ogrevanje je 14 kW in črpalka jo mora v celoti zadovoljiti (deluje v monovalentnem sistemu).Izbrana naprava dosega toplotno (ogrevalno) moč 14 kW pri parametrih B0/W35, pri čemer dosega koeficient učinkovitosti COP=4,5. Hladilna moč je torej Qchch=(4,5-1)/4,5 14=10,9 kW, to je 10.900 W. Izmenjevalec se izvede v suhi ilovnati zemlji, zato mora biti njegova površina A=10 900/20=545 m2Upoštevajte, da je v primeru vodonosnika izmenjevalec lahko skoraj polovico manjši, če pa so tla peščena, njegova površina nad 1000 m2 V tej situaciji je bolje, da cevi postavite navpično - v vrtine.

Vertikalni izmenjevalnik zemeljske toplotne črpalke

Toplotna črpalka dosega višji COP, ko so cevi izmenjevalnika postavljene navpično v zemljo - v vrtinah globine 40-150 m. To je zato, ker je pod 10 m temperatura tal okrog 10°C vse letooC - pozimi torej za skoraj deset več kot na globini 1,5 m.

Vendar je izdelava vertikalnega izmenjevalnika očitno dražja od horizontalnega. To so navpični segmenti cevi, ki tvorijo zanko (cev teče navzdol po vodnjaku, se na dnu obrne in vodi navzgor). Imenujejo se geotermalne sonde. V tem primeru se ne izračuna površina, ampak skupna dolžina izmenjevalnika, ki je običajno sestavljen iz več kot ene sonde.

V navpične vrtine se namesti en ali dva para cevi (U-tip ali dvojno-U sonde). Vstavljanje cevi v vrtino olajša glava - element za povezavo vertikalnih cevi, ki se lahko prilagodi uporabi dodatne polnilne (potisne) cevi. V izvrtano luknjo potisnemo glavo in z njo cevi toplotnega izmenjevalnika. Nato se v luknjo skozi polnilno cev vnese mešanica betona in cementa.

V izmenjevalniku tipa U teče tekočina skozi eno cev navzdol do glave in se iz nje vrača skozi drugo. V dvojnem izmenjevalniku tipa U - teče skozi dve cevi navzdol in dve navzgor.

Razdalja med vodnjaki do globine 50 m ne sme biti manjša od 5 m, pri globljih pa od 8 do 15 m, ležati naj bodo pravokotno na smer toka podzemne vode. .

Izračun dolžine vertikalnega izmenjevalnika zemeljske toplotne črpalke

V tem primeru je pomembno ugotoviti, kako se lastnosti tal spreminjajo z globino. Te informacije lahko zagotovijo geološke karte in dokumentacija vrtin, ki so bile predhodno izvrtane v bližini. Na tej podlagi je možno oceniti debelino posameznih slojev zemljine in izračunati povprečno vrednost koeficienta toplotne prevodnosti l za območje, kjer bodo nameščene izmenjevalne cevi. Vendar pa izračuni ne morejo upoštevati vseh premikov podzemne vode in v praksi se pogosto zgodi, da dobljeni rezultat bistveno odstopa od realnosti. Za zagotovitev pravilnega delovanja vertikalnega toplotnega izmenjevalnika je potrebno opraviti preizkus tal na mestu izdelave.V tem primeru je toplotna kapaciteta tal qg odvisna tudi od njegove vrste.

Za cevi PE80 je:

  • suha peščena tla - 10-12 W/m;
  • peščeno mokro - 12-16 W/m;
  • srednje suha glina - 16-18 W/m;
  • srednje ilovnato mokro - 19-21 W/m;
  • težka suha glina - 18-19 W/m;
  • težka mokra glina - 20-22 W/m;
  • mokro (vodonosnik) - 25-30 W/m.

Seveda je treba upoštevati debelino posameznih plasti določene vrste zemlje in na tej podlagi izračunati skupno zmogljivost posamezne sonde.

Toplotna učinkovitost tal s suhimi in vodonosnimi plastmi z uporabo dvojnih U sond (štiri cevi v vrtini) znaša v povprečju okoli 50 W/m. Kot grobo vodilo lahko torej predpostavimo, da so v primeru toplotne črpalke, obravnavane v primeru izračuna horizontalnega toplotnega izmenjevalnika (s hladilno močjo 10,9 kW), vrtine s skupno dolžino L=10.900/50=Potrebujemo 218 m, torej na primer štiri po 55 m.

Navpična zemeljska toplotna črpalka - diagram delovanja (slika spodaj)

Toplotna črpalka Zemlja - manjša moč pomeni cenejšo namestitev

Strošek investicije v toplotno črpalko zemlja-voda je premo sorazmeren s toplotno močjo napeljave. Zato je kljub dejstvu, da se koeficient delovanja črpalke zemlja-voda ne zmanjša z nastopom hude zmrzali, vredno razmisliti o uporabi toplotne črpalke v bivalentnem sistemu. Najenostavneje ga opremimo z električnim pretočnim grelnikom vode (običajno ga ponudimo kot dodatno opremo – za montažo v ohišje toplotne črpalke). Nato se nastavi bivalentna točka in zanjo določi potrebna toplotna moč črpalke. Če naj toplotna črpalka zemlja ogreva hišo, ki se nahaja v tretjem klimatskem pasu in predpostavimo, da jo lahko vzdržuje električni grelec pod zunanjo temperaturo -10oC, potem njegova toplotna moč je lahko za 25 % manjša od projektne toplotne obremenitve, izračunane v skladu s PN-EN 12831.Nižji bo tudi strošek izdelave zemeljskega toplotnega izmenjevalnika.

V tem primeru je namesto 10,9 kW hladilne zmogljivosti dovolj 8,2 kW, zato je horizontalni toplotni izmenjevalnik lahko velik 410 m2namesto 545 m2, vertikala pa 164 m namesto 218. Poleg nižje cene je prednost zato tudi manj prostora.

Katere cevi za izmenjevalnik zemeljske toplotne črpalke?

Dolžina posamezne zanke (kroga) je omejena - izhaja iz moči obtočne črpalke, s katero je toplotna črpalka zemlja običajno tovarniško opremljena (če ni, dolžina cevi in ustrezno obtočno črpalko izbere projektant napeljave). Dovoljeno dolžino cevi razberemo iz tehničnih podatkov naprave. Odvisno je od premera in vrste uporabljene delovne tekočine (slanice). Pri toplotnih črpalkah z močjo do nekaj kilovatov se uporabljajo od ene do štiri zanke po 100-400 m, izdelane iz cevi premera DN25 do DN65 (odvisno med drugim od cevi). material).Za horizontalne toplotne izmenjevalnike se najpogosteje uporabljajo polietilenske cevi PE100 (če v tleh ni kamenja) ali PE100 RC, za vertikalne pa cevi PE80. Talni izmenjevalniki toplote so prav tako izdelani iz PE-Xa, polibutilena (PB) in bakrenih cevi s plastičnim plaščem.

Cevi zemeljskega toplotnega izmenjevalnika morajo biti napolnjene s tekočino, ki ne zmrzne pri minus temperaturah, da se prepričamo, da se predpostavlja do -15oC, čeprav ima toplotna črpalka zaščito, ki jo izklopi pri - 7oC (takrat preneha hladiti zemljo). Ker je atmosferski zrak lahko še hladnejši, mu cev toplotnega izmenjevalnika ne sme biti nikjer izpostavljena – mora biti zakopana v zemljo na globini vsaj 0,5 m, po možnosti toplotno izolirana. V bližini cevi, ki potekajo skozi steno objekta, je nujna izolacija, ki preprečuje zmrzovanje tal do 2 m od temeljev, kar bi lahko povzročilo gradbeno katastrofo.

Delovna tekočina v inštalaciji toplotne črpalke zemlja vir

V preteklosti so raztopino soli NaCl uporabljali v napravah, ki so prenašale toploto iz zemlje, od tod tudi izraz, ki velja še danes - črpalke slanice. Slanica že dolgo ni več v uporabi. Najbolj priljubljena je vodna raztopina propilenglikola, ki velja za ekološko. Na splošno je priporočljivo za polnjenje inštalacij - kupiti ga je mogoče kot že pripravljeno delovno tekočino za to aplikacijo. Pri izbiri je potrebno upoštevati priporočila proizvajalca toplotne črpalke, saj lahko tekočina vsebuje različne dodatke inhibitorjev, stabilizatorjev, antioksidantov in sredstev proti penjenju. Propilenglikol nima le dovolj nizkega ledišča, ampak tudi ne razjeda kovin, ne topi plastike in ne zamaši črpalk. Njena gostota in viskoznost, ki se prevedeta v količino energije, potrebne za črpanje, pa je večja kot pri vodi, zato se uporablja v majhni koncentraciji (34%). Seveda obstaja veliko tekočin, ki ne zmrznejo pri -15oC.Pogosto se uporablja tudi raztopina etilenglikola, vendar velja za škodljivo za okolje, ker je strupena in se biološko ne razgradi.

Etanol ima tudi dobre lastnosti - njegova največja prednost je nizka viskoznost in gostota, zaradi česar njegovo črpanje porabi manj energije. Njegova uporaba ni priljubljena zaradi vnetljivosti, visoke hlapnosti, intenzivnega vonja in predvsem pomanjkanja mazalnih lastnosti, zaradi česar lahko pride do zamašitve obtočne črpalke. Zato nekateri proizvajalci prepovedujejo njegovo uporabo.

Cena toplotne črpalke Zemlja

Cena toplotne črpalke zemlja-voda se giblje od skoraj 30.000 PLN. na več kot 60.000 PLN.

Kategorija:

Obnova