Výpočty – Weswen
Jak známo, tepelná čerpadla využívají volné a obnovitelné zdroje energie: nízkopotenciální teplo ze vzduchu, půdy, podzemí, odpadní a odpadní vody z technologických procesů a otevřené, nezamrzající nádrže. Na to se vynakládá elektřina, ale poměr množství přijaté tepelné energie k množství spotřebované elektrické energie je asi 3–6.
Přesněji řečeno, zdroji nekvalitního tepla může být venkovní vzduch s teplotami od –10 do +15 °C, vzduch odváděný z místnosti (15–25 °C), podloží (4–10 °C) a podzemní voda (více než 10 °C), jezerní a říční voda (0–10 °C), povrchová (0–10 °C) a hluboká (více než 20 m) půda (10 °C).
Existují dvě možnosti, jak získat nízkokvalitní teplo ze země: pokládání kovoplastových trubek do výkopů hlubokých 1,2–1,5 m nebo do vertikálních studní hlubokých 20–100 m Někdy jsou trubky položeny ve formě spirál v příkopech 2–4 m hloubky Tím se výrazně zkracuje celková délka příkopů. Maximální přenos tepla povrchovou půdou je 50–70 kWh/m2 za rok. Životnost příkopů a studní je více než 100 let.
Příklad výpočtu tepelného čerpadla
Výchozí podmínky: Je nutné vybrat tepelné čerpadlo pro vytápění a zásobování teplou vodou dvoupodlažního chatového domu o rozloze 200 m2; teplota vody v topném systému by měla být 35 °C; minimální teplota chladicí kapaliny – 0 °C. Tepelná ztráta objektu je 50W/m2. Půda je hlinitá, suchá.
Potřebný tepelný výkon pro vytápění: 200*50=10 kW;
Požadovaný tepelný výkon pro vytápění a dodávku teplé vody: 200*50*1.25=12.5 kW
Pro vytápění objektu bylo zvoleno tepelné čerpadlo WW HRPC 12 o výkonu 14,79 kW (nejbližší větší standardní velikost), které spotřebuje na vytápění 3,44 kW freonu. Odvod tepla z povrchové vrstvy zeminy (suchý jíl) q je roven 20 W/m. Vypočítáme:
1) požadovaný tepelný výkon kolektoru Qo = 14,79 – 3,44 = 11,35 kW;
2) celková délka potrubí L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567.5 m. Pro uspořádání takového kolektoru bude zapotřebí 6 okruhů o délce 100 m;
3) s krokem pokládky 0,75 m je požadovaná plocha pozemku A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) celková spotřeba roztoku glykolu (25 %)
Vs = 11,35 3600/ (1,05 3,7 dt) = 3,506 m3/h,
dt je teplotní rozdíl mezi přívodním a vratným potrubím, často se rovná 3 K. Průtok na okruh je 0,584 m3/h. Pro instalaci kolektoru vybereme kovoplastovou trubku velikosti 32 (například PE32x2). Tlaková ztráta v něm bude 45 Pa/m; odpor jednoho obvodu je přibližně 7 kPa; rychlost proudění chladicí kapaliny – 0,3 m/s.
Výpočet horizontálního kolektoru tepelného čerpadla
Odvod tepla z každého metru potrubí závisí na mnoha parametrech: hloubka uložení, přítomnost podzemní vody, kvalita půdy atd. Hrubým odhadem lze předpokládat, že u horizontálních kolektorů je to 20 W/m. Přesněji: suchý písek – 10, suchá hlína – 20, mokrá hlína – 25, hlína s vysokým obsahem vody – 35 W/m. Rozdíl teplot chladicí kapaliny v dopředném a zpětném potrubí smyčky se ve výpočtech obvykle bere jako 3 °C. V prostoru nad kolektorem by se neměly stavět žádné budovy, aby se teplo země doplňovalo slunečním zářením. Minimální vzdálenost mezi uloženými trubkami by měla být 0,7–0,8 m. Délka jednoho výkopu je obvykle od 30 do 120 m. Jako primární chladivo se doporučuje použít 25% roztok glykolu. Při výpočtech je třeba vzít v úvahu, že jeho tepelná kapacita při teplotě 0 °C je 3,7 kJ/(kg K), hustota je 1,05 g/cm3. Při použití nemrznoucí směsi je tlaková ztráta v potrubí 1,5x větší než při cirkulační vodě. Pro výpočet parametrů primárního okruhu instalace tepelného čerpadla budete muset určit spotřebu nemrznoucí směsi:
Vs=Qo·3600/(1,05·3,7·.t),
kde .t je teplotní rozdíl mezi přívodním a vratným potrubím, který se často rovná 3 K,
a Qo je tepelná energie přijatá z nízkopotenciálního zdroje (půdy).
Druhá hodnota se vypočítá jako rozdíl mezi celkovým výkonem tepelného čerpadla Qwp a elektrickým výkonem vynaloženým na ohřev freonu P:
Qo=Qwp–P,kW.
Celková délka kolektorových trubek L a celková plocha plochy A se vypočítá pomocí vzorců:
L=Qo/q, A=L·da.
Zde q je specifický (z 1 m potrubí) odvod tepla; da – vzdálenost mezi trubkami (rozteč pokládky).
Výpočet sondy
Při použití vertikálních vrtů o hloubce 20 až 100 m se do nich ponoří kovoplastové nebo plastové (s průměry nad 32 mm) trubky ve tvaru U. Zpravidla se do jedné jamky vloží dvě smyčky, poté se naplní cementovou maltou. V průměru může být měrný odvod tepla takové sondy roven 50 W/m. Můžete se také zaměřit na následující údaje o odvodu tepla:
* suché sedimentární horniny – 20 W/m;
* kamenitá půda a vodou nasycené sedimentární horniny – 50 W/m;
* kameny s vysokou tepelnou vodivostí – 70 W/m;
* podzemní voda – 80 W/m.
Teplota půdy v hloubce více než 15 m je konstantní a je přibližně +10 °C. Vzdálenost mezi studnami by měla být větší než 5 m Při výskytu podzemních toků by měly být studny umístěny na linii kolmé k toku. Výběr průměrů potrubí se provádí na základě tlakových ztrát pro požadovaný průtok chladicí kapaliny. Výpočet průtoku kapaliny lze provést pro t = 5 °C. Příklad výpočtu. Výchozí údaje jsou stejné jako ve výše uvedeném výpočtu horizontální nádrže. Při měrném odvodu tepla sondy 50W/m a požadovaném výkonu 11,35kW by měla být délka sondy L 225m Pro instalaci kolektoru je nutné vyvrtat tři studny o hloubce 75m . Do každého z nich umístíme dvě smyčky z kovoplastové trubky velikosti 25 (PE25x2.0 .6); celkem – 150 okruhů po XNUMX m.
Celkový průtok chladicí kapaliny při .t = 5 °C bude 2,1 m3/h; průtok jedním okruhem je 0,35 m3/h. Okruhy budou mít následující hydraulické charakteristiky: tlaková ztráta v potrubí – 96 Pa/m (chladivo – 25% roztok glykolu); odpor smyčky – 14,4 kPa; rychlost proudění – 0,3 m/s.