Отопление на къщата Схемата за отопление на къщата с термопомпа

Отопление на къщата. Схемата за отопление на къща с термопомпа

Тази статия описва опциите за отопление на къщата и захранването с топла вода, използвайки термопомпа, слънчев колектор и кавитационен генератор на топлина. Представен е приблизителен метод за изчисляване на термопомпата и генератора на топлина. Приблизителната цена на отоплението на къщата с термопомпа е дадена.

Какво представлява термопомпата?

За да разберете принципа на действие, можете да разгледате обикновен домакински хладилник или климатик.

Съвременните термопомпи използват за работата си ниско потенциални източници на топлина от земя, подземни води, въздух. И в хладилника и термопомпа има една и съща физическа принципа (Физиците наричат ​​този процес на Карно цикъл), "термопомпа." - устройство, което "помпи" топлината от хладилното отделение и го хвърля към радиатора. Климатикът "вдига" топлината от въздуха на стаята и я изхвърля на радиатора, но е на улицата. В същото време се добавя топлина към топлината, "изсмукана" от помещението, в която се е включила електрическата енергия, консумирана от електрическия мотор на климатика.

Брой изразяващ съотношението на генерираните термопомпа (хладилник или климатик) да са консумирали електрическа енергия на термопомпа топлинната енергия се нарича "отопление коефициент". В най-ниската цена топлинна помпа до 3 - 4. Това означава, че се консумира електрически двигател за всеки киловатчас на електроенергията, произведена 3-4 кВтч на топлинна енергия. (One кВтч съответства на 860 ккал). Този коефициент на преобразуване (скорост на нагряване) зависи от температурата на топлина източник, по-висока от температурата на източника, по-висок коефициент на преобразуване.

Климатикът използва тази топлинна енергия от въздуха на улицата, а големите термопомпи "изпомпват" тази допълнителна топлина, обикновено от резервоар / подземни води или земя.

Въпреки че температурата на тези източници е далеч по-ниска от температурата в топло помещение, но тази ниска температура топлина почвата или водата, термопомпата и се обръща към висока температура. необходими за отопление на къщата. Поради това термопомпите се наричат ​​също "топлинни трансформатори". (виж по-долу за процеса на трансформация)

Забележка. Топлинните помпи не само затоплят къщата, но и охлаждат водата в реката, от която се изпомпва топлината. И в наше време, когато реките се претопляват от промишлени и битови отпадъчни води, охлаждането на реката е много полезно за живеещите в нея живи организми и риби. Колкото по-ниска е температурата на водата, толкова повече може да разтвори кислорода, необходим за рибата. При топлата вода, рибата се задушава и в студеното блаженство. Поради това термопомпите са много обещаващи за опазването на околната среда от "топлинно замърсяване".

Но инсталирането на отоплителни системи, използващи термопомпи все още са твърде скъпи, тъй като изисква голямо количество изкоп, плюс консумативи, като тръби, за да създадете колектор / топлообменник.

Заслужава си да се напомни, че в термопомпите, както при конвенционалните хладилници, се използва компресор, който компресира работната среда - амоняк или фреон. Фреон термопомпи работят по-добре, но фреон вече са забранени за употреба се дължи на факта, че той ставаше в атмосферата, той изгаря в горните слоеве на озон, който предпазва Земята от ултравиолетовите лъчи на слънцето.

И все пак ми се струва, че бъдещето е за термопомпи. Но те не се произвеждат от масата. Защо? Не е трудно да се досетите.

Ако има алтернативен източник на евтина енергия, къде да се добие добит газ, петрол и въглища, кой трябва да го продаде. И какво да отпише мулти-милиарда загуби от експлозии в мините и мини.

Фигура 1 показва схематична схема на отопление на къща с термопомпа

1. Топлинна помпа
2. Тръбопроводът, поставен в земята
3. Котел за индиректно отопление
4. Отоплителна система "топъл под"
5. Топла вода

Схематично описание на отоплението на къщата с термопомпа

Принцип на работа на термопомпата

Като източник на ниска степен на топлина може да действа външен въздух с температура от -15 до 15 ° С, въздух се изчерпва от стаята с температура от 15-25 ° С, под повърхността (4-10 ° С) и се смилат (повече от 10 ° С) вода , езеро и речна вода (0-10 ° с), повърхността (0-10 ° с) и дълбочина (20 т) земята (10 ° с). В Холандия, например, в град Хеерлен (Хеерлен) за тези цели наводнената мина. Вода запълва старата мина има постоянна температура от 32 ° С при 700 метра.

В случай на използване на атмосферен или вентилационен въздух като източник на топлина, отоплителната система работи съгласно схемата въздух-вода. Помпата може да се намира във или извън помещението. Въздухът се подава към неговия топлообменник посредством вентилатор.

Ако подземните води се използват като източник на топлина, системата работи съгласно схемата "вода-вода". Водата се подава от кладенеца посредством помпа към топлообменника на помпата и след отстраняване на топлината се изхвърля в друга ямка или в резервоар. Като междинен охладител може да се използва антифриз или антифриз. Ако източникът на вода действа като източник на енергия, на дъното му се полага контур от метална пластмаса или пластмасова тръба. Разтвор на гликол (антифриз) или антифриз, който циркулира през тръбопровода през топлообменника на термопомпата, прехвърля топлина към фреона.

Когато се използва земята като източник на топлина, системата работи съгласно схемата "почви-вода". Има два варианта на колекторното решение - вертикално и хоризонтално.

• Хоризонталното разположение на колектора, метални тръби са посочени в дълбочина на изкопа на 1.2-1.5 м, или под формата на спирали в дълбочина на изкопа на 2-4 м. Този метод г. може значително да намали дължината на изкопа.

Схема на термопомпата с хоризонтален колектор с полагане на спирални тръби

1. Топлинна помпа
2. Тръбопроводът, поставен в земята
3. Котел за индиректно отопление
4. Отоплителна система "топъл под"
5. Топла вода

Схема на вертикалната сонда

Монтиране на сондата в кладенеца

Изчисляване на хоризонталното заглавие на термопомпата

Изчисляване на хоризонталния колектор на термопомпата.

q - специфично разсейване на топлината (от 1 м тръба).

• сух пясък - 10 W / m,
• суха глина - 20 W / m,
• мокра глина - 25 W / m,
• глина с високо съдържание на вода 35 W / m

Разликата в температурата на охлаждащата течност се появява между предния и задния контур на колектора.

Обикновено се предполага, че е 3 ° C за изчислението. Недостатъкът на такава схема е, че не е препоръчително да се издигат сгради в участъка над колектора, така че топлината на земята да се запълва със слънчева радиация. Оптималното разстояние между тръбите се счита за 0.7-0.8 м. В същото време дължината на един изкор е избрана от 30 до 120 м.

Пример за изчисление на термопомпа

Ще дам приблизително изчисление на термопомпата за нашата екологична къща, описана в статия "Екодом., Топлоснабдяване на екологичната къща".

Смята се, че за да се затопли къщата с височина на тавана от 3 м, е необходимо да се похарчи 1 кВт. Топлинна енергия за площ 10 кв.м. С площ от 10x10м = 100 кв.м, имате нужда от 10kW топлинна енергия.

Когато използвате топъл под, температурата на охлаждащата течност в системата. трябва да е 35 ° C, а минималната температура на охлаждащата течност е 0 ° C.

Цитирам данни за термопомпата Thermia Villa

Таблица 1. Характеристики на термопомпата Thermia Villa

За отопление на сграда трябва да изберете термопомпа с капацитет 15,6 kW (най-близкия по-голям размер), която консумира компресор от 5 kW. Избираме вида на почвената топлина от повърхностния слой на почвата. За (мокра глина) q е равна на 25 W / m.

Изчислете мощността на топлинния колектор

Qo = Qwp-P,

където

Qo е мощността на топлинния колектор. кВт;

Qwp е мощността на термопомпата. кВт;

P - електрическа мощност на компресора. кВт.

Необходимата топлинна мощност на резервоара ще бъде

където

q - специфично (от 1 м от тръбата) разсейване на топлина, kW / m.

L = 10,6 / 0,025 = 424 m

За организирането на такъв колектор ще са необходими 5 контури с дължина 100 м. Въз основа на това ние определяме необходимата площ за полагане на контура.

A = Lxda,

където

da - разстояние между тръбите (стъпка на полагане), m.

С стъпка на полагане от 0,75 м, изискваната площ на участъка ще бъде

А = 500 х 0.75 = 375 m2

Изчисляване на вертикалния колектор

При избора на вертикален колектор, пробити кладенци с дълбочина от 20 до 100 м. Те са натоварени с U-образни метални пластмасови или пластмасови тръби. За тази цел в една кладенеца се вкарват два бримки, които се изсипват с циментова замазка.

Специфичното топлинно разсейване на такъв колектор е 50 W / m. За по-точни изчисления се използват следните данни:

• сухи седиментни скали - 20 W / m;
• скалиста почва и наситени с вода седиментни скали - 50 W / m;
• каменни скали с висока топлопроводимост - 70 W / m;
• подземна вода - 80 W / m.

На дълбочина над 15 метра температурата на почвата е приблизително +10 ° С. Трябва да се има предвид, че разстоянието между кладенците трябва да бъде по-голямо от 5 м. Ако в земята има течения в терена, то гнездата трябва да бъдат пробити перпендикулярно на потока.

Пример за изчисление на термопомпа

L = Qo / q = 10,6 / 0,05 = 212 m

Така, при специфично разсейване на топлина на вертикалния колектор от 50 W / m и необходимата мощност от 10,6 kW, дължината на тръбата L трябва да бъде 212 m.

За колектор устройство три ямки да бъдат пробити на дълбочина от 75 m на мястото на всяка от двете бримки на общия състав тръба -. 6 вериги на 150 m.

Работата на термопомпата при работа по схемата "Подземни води"

Тръбопроводът е поставен в земята. При изпомпване през охлаждащата течност, тя се нагрява до температурата на земята. Освен схемата, водата влиза в топлообменника на термопомпата и прехвърля цялата топлина във вътрешната верига на термопомпата.

Хладилният агент е изпомпан във вътрешната верига на термопомпата под налягане. Като хладилен агент се използва фреон или неговите заместители, тъй като фреонът унищожава озоновия слой на атмосферата и е забранен за употреба в нови разработки. Хладилният агент има ниска точка на кипене и следователно, когато налягането в изпарителя пада рязко, то се променя от течно състояние до газ при ниска температура.

След изпарителя газообразният хладилен агент навлиза в компресора и се компресира от компресора. В същото време то се нагрява и натискът му се повишава. Горещият хладилен агент навлиза в кондензатора, където се извършва топлообмен между него и охлаждащата течност от връщащия тръбопровод. Отделяйки топлината си, охлаждащата течност се охлажда и става течна. Охлаждащата течност влиза в отоплителната система и отново се охлажда, предава топлината си в помещението. Когато охладителят преминава през вентила за намаляване на налягането, налягането му спада и отново преминава в течната фаза. След това цикълът се повтаря.

В студено време, топлинната помпа работи като нагревател, и в горещо време може да се използва за охлаждане на помещението (помпа загрява топлина и охлажда отоплителната среда -. А водно охлаждане вода, която на свой ред може да се използва за охлаждане на въздуха в стаята).

По принцип термопомпата е машина Carnot, работеща в обратната посока. Хладилникът подава топлина от охладения обем до околния въздух. Ако поставите хладилника на улицата, а след това премахнете топлината от външния въздух и го прехвърлите вътре в къщата, е възможно по толкова лесен начин, до известна степен, да загреете стаята.

Въпреки това, както показва практиката, само термопомпата не е достатъчна, за да захранва къщата с топлина и топла вода. Смятам да предложа най-доброто, по мое мнение, схема за отопление и топла вода в къщи.

Фигура 2 - Предложена схема за захранване на къщата с топла вода и топла вода

1. Генератор на топлина
2. Слънчев колектор
3. Котел за индиректно отопление
4. Топлинна помпа
5. Тръбопровод в земята
6. Слънчева циркулационна единица
7. Радиатор за отопление
8. Топла вода
9. Отоплителна система "топъл под"

Тази схема предполага едновременна употреба на три източника на топлина. Играе важна роля в неговия топлинен генератор (1) топлинни помпи (4) и слънчев колектор (2), която служи като спомагателни елементи и да помогне за намаляване на разходите за потребление на електроенергия, в резултат на това и повишаване на ефективността на отоплението. Едновременното използване на три източника на топлина практически напълно премахва опасността от оразмеряване на системата.

В края на краищата, вероятността за повреда на топлинен генератор, топлинна помпа и слънчев колектор е незначително едновременно. На диаграмата са показани два варианта за отопление на помещенията: радиатори (7) и "топъл под" (9). Това не означава, че трябва да използвате и двете опции, но илюстрира само възможността за използване на едната и другата.

Принципът на отоплителната верига.

Топлинният генератор (1) доставя загрята вода към котела (3) и верига, състояща се от радиатори (7). Също така котелът получава загрята охлаждаща течност от термопомпата (4) и слънчевия колектор (2). Част от водата, загрята от термопомпата, също се подава към входа на топлинния генератор. Смесен с "връщането" на отоплителния кръг, той повишава температурата му. Това допринася за по-ефективното загряване на водата в кавитатора на топлинния генератор. Отопляемата и натрупаната вода в котела се подава в системата "топъл под" (9) и веригата за гореща вода (8).

Разбира се, ефективността на тази схема няма да бъде еднаква в различните географски ширини. В края на краищата, слънчевият колектор ще има най-голяма ефективност през летния сезон и, разбира се, при слънчево време. В нашите географски ширини през лятото не е необходимо отопление на жилищните помещения, така че генераторът на топлината може да бъде изключен напълно. И тъй като лятото е доста горещо и едва ли можем да си представим живота без климатик, термопомпата трябва да бъде включена в режим на охлаждане. Естествено тръбопроводът, тръгващ от термопомпата към котела, ще бъде изключен. По този начин проблемът с топлата вода трябва да бъде решен само с помощта на слънчева система. И само ако слънчевата система не може да се справи с тази задача, използвайте генератор на топлина.

Както можете да видите, схемата е доста сложна и скъпа.

Общите очаквани разходи, в зависимост от избраната схема, са дадени по-долу

За вертикален колектор:

• Топлинна помпа 6000 €
• Сондажни работи 6000 €
• Оперативни разходи (електроенергия): около 400 € годишно.

За хоризонтален колектор:

• Топлинна помпа 6000 €
• Работи по сондиране 3000 €
• Оперативни разходи (електроенергия): около 450 евро годишно

От големите разходи ще са необходими за закупуване на тръби и труд за работниците.

Монтирането на плосък слънчев колектор (например Vitosol 100-F и бойлер от 300 литра) ще струва 3200 €

Така че нека да отидем от прости до сложни. Първо ще съберем проста схема за отопление на къщата въз основа на топло генератор, ще я отстраняваме и постепенно ще добавим нови елементи към нея, което ще позволи да се увеличи ефективността на инсталацията.

Ще сглобим отоплителната система съгласно схемата, показана на фиг.

Фигура 3 - Диаграма за захранване с топлина на къща, използваща топло генератор

1. Генератор на топлина
2. Котел за индиректно отопление
3. Отоплителна система "топъл под"
4. Топла вода

В резултат на това получихме най-простата схема за доставка на топлоенергия у дома, споделих мислите си, за да мотивирам инициативните хора да разработят алтернативни източници на енергия. Ако някой има някакви идеи или възражения в писмената фаза на по-горе, нека да споделят идеи, нека придобият знания и опит по този въпрос, а ние да спести до нашата околна среда и да направят живота малко по-добре.

Както виждаме тук, основният и единствен елемент, отопляващ охлаждащата течност, е топло генератор. Въпреки че в кръга има само един източник на топлина, той осигурява възможност за допълнително прибавяне на допълнителни отоплителни уреди. За тази цел се предполага, че се използва котел с косвено загряване с възможност за добавяне или премахване на топлообменници.

Използването на радиатори в схемата, показана на фиг. 2, не се приема. Както е известно, системата "топъл под" по-ефективно се справя със задачата за отопление на помещенията и спестява енергия.