Использовать естественное тепло земли для обогрева вашего дома проще всего, когда в вашем регионе есть геотермальная вода (например, в Исландии). Но такие условия очень редки.
И все же тепловая энергия есть повсюду — ее просто нужно извлечь и заставить работать. Это то, что делает тепловой насос. Что это:
- Черпает энергию из низкотемпературных природных источников;
- сохраняет его, т.е. поднимает температуру до высокого уровня;
- он передает их теплоносителю системы отопления.
В основном используется стандартная схема компрессора, но «наоборот». В первом цикле циркулирует естественный теплоноситель. Он подключен к теплообменнику, который действует как испаритель для второго контура.
1 — земля; 2 — рассольный контур; 3 — циркуляционный насос; 4 — испаритель; 5 — компрессор; 6 — конденсатор; 7 — отопительная установка; 8 — хладагент; 9 — дроссель
Второй контур — это сам тепловой насос с фреоном внутри. Схема теплового насоса состоит из следующих ступеней:
Где лучше «отбирать» тепло
В основном есть три среды, из которых можно «извлечь» тепло:
1. Воздух. При нормальном давлении все фреоны кипят при минусовых температурах (например, R22 при -25 ° C, R404 и R502 при -30 ° C). Но для циркуляции в системе необходимо уже на первом этапе — испарении — создать избыточное давление. Для тех же 4 атмосфер испарителя требуется температура наружного воздуха не ниже 0 ° C для R22 и -5 ° C для R404 и R502. В наших регионах этот тип теплового насоса можно использовать для отопления вне отопительного сезона и для нагрева ГВС в теплое время года.
2. Вода. Это более стабильный источник тепла, если цистерна зимой не промерзает до дна. Но дом должен быть не только у озера или реки, но и на первой линии.
3. Земля. Самый стабильный источник тепловой энергии. Могут использоваться две схемы — горизонтальная и вертикальная. Горизонтальные кажутся проще, потому что не требуют сверления. А вот при рытье траншейной системы на глубине ниже уровня промерзания грунта придется провести много земляных работ (для средних широт он колеблется от 1 метра на западе европейской части страны и до 1,6-1,8 ближе до Урала, в Сибири ситуация «еще хуже». Вертикальная схема более универсальна и эффективна, но требует значительной глубины бурения, однако можно использовать несколько неглубоких скважин вместо одной глубокой.
Принципиальная схема
Сама схема теплового насоса проста: испаритель — компрессор — конденсатор — дроссель — испаритель.
Сердце системы — компрессор. Можно купить новый, но дешевле найти б / у. Конечно, речь идет не о маломощных компрессорах для бытовых холодильников, а о моделях, установленных в сплит-системах. на 5-20 процентов выше мощности в режиме охлаждения).
Модель компрессора выбирают из расчета 1 кВт на 10 квадратных метров отапливаемой площади.
Предупреждение! Мощность можно указывать не только в кВт, но и в BTU (британская единица тепловой энергии, принятая для климатических устройств). Конвертер прост — разделите значение BTU на 3,4.
Программа моделирования, расчета и оптимизации CoolPack использовалась для расчета параметров теплового насоса и теплообменника.
Уже на этапе расчетов (а точнее при предоставлении «исходных данных») можно оптимизировать систему, выбрав оптимальный тепловой режим.
Использование теплового насоса эффективно в случае низкотемпературных систем отопления, например, теплый пол при температуре не выше 35-40 ° C. Кстати, такая же температура рекомендуется с медицинской точки зрения для установки ГВС.
Для каждого типа фреона существуют оптимальные температуры «на входе» и «выходе», точнее температуры кипения и конденсации, но разница во всех из них не превышает 45-50 ° C.
Казалось бы, что повышение температуры на выходе из теплового насоса будет иметь положительный эффект, но это не так. Разница температур будет также возрастать, что позволит снизить COP (эффективность преобразования, то есть КПД теплового двигателя). Кроме того, это потребует большего компрессора и дополнительного расхода электроэнергии.
Идеальные Копы не могут быть достигнуты (потери в компрессоре, потреблении электроэнергии, потерях тепла во время транспортировки в системе и т.д.), поэтому реалистичные значения обычно находится в диапазоне от 3 до 5.
Существует еще один способ увеличения эффективности — использование системы двухвалентного отопления.
На самом деле, система отопления должна работать с полной эффективностью только на 15-20% от сезона. В течение этого времени, могут быть использованы дополнительные нагревательные устройства (например, керамический нагреватель или конвектор). Уменьшение тепловой мощности дизайна до 80% позволит сэкономить на компрессоре, уменьшить глубину скважины или длину труб в горизонтальной схеме и снизить потребление электроэнергии на содержание самого теплового насоса.
Строительство горизонтального или вертикального теплообменника зависит от заданной номинальной мощности теплового насоса и КС. В среднем, метр «горизонтальных» труб (в промежутках между трубами по меньшей мере, 0,7 м) есть 20 ватт, а на метре «вертикальных» труб — 50 Вт. Точные значения, однако, зависит от типа породы и ее влажности. Наилучшие значения находятся в грунтовых водах.
Интересно! Есть также другие грунтовые теплообменники — «спираль» или «корзина». Это в основном вертикальный зонд выполнен из спиральной формы трубы, что позволяет получить глубину мелкого бурения.
После определения длины горизонтального контура или глубины вертикального зонда, размер испарителя и конденсатора рассчитываются.
Изготовление испарителя и конденсатора
Вы можете купить сборные теплообменники как для испарителя (низкое давление) и конденсатора (давление до 25 бара). Но это дешевле производить их из медных трубок до кондиционеров (которые предназначены специально для работы с хладагентами высокого давления) и самодельных контейнеров.
Важно: медная труба не так «чистая» и гибкая. Это менее легко пайке и прокатке во время установки.
Вычислить поверхность теплообменника, который прямо пропорционален тепловую мощность и наоборот пропорциональна разности температур между входом и выходом теплоносителей в каждом из подключенных цепей (наземная и отопительная установка).
Зная диаметр трубы и поверхность, указать длину каждой катушки для испарителя и конденсатора.
Конденсатор бак лучше изготовлен из нержавеющей стали (температура паров фреона влияя может быть достаточно высокой):
- взять сборные цистерны с подходящей емкостью (по размеру катушки медной трубки);
- Поместите катушку в нем (на вход сверху, на выход в нижней части);
- Удалить концы медных труб для подключения к компрессору и ТРУТ (через пайку или воротник);
- Для этого в адаптере бак для подключения отопительных труб;
- Поглощенный крышку.
Испаритель работает при более низких температурах, поэтому более дешевый пластиковый сосуд может быть использован, в котором адаптеры для подключения к ходу подложки разрезают. Конденсатора также отличается от размещения теплообменника — входное отверстие (фаза щелок фреона с TRV) находится в нижней части, и выпускное отверстие компрессора сверху.
Монтаж схемы
После завершения теплообменников, газ-гидравлический контур установлен:
- Установите компрессор, конденсатор и испаритель на месте;
- Продавец или коллапс медных труб;
- Подключение испарителя к насосу контура заземления;
- Подключите конденсатор к системе отопления.
1 — циркуляционный насос контура заземления;2 — испаритель;3 — вывод контура заземления;4 — терморегулирующий вентиль;5 — компрессор;6 — для системы отопления;7 — конденсатор;8 — возврат системы отопления
Электрическая цепь (компрессор, насос замкнутого цикла, аварийная автоматика) должна быть подключена к выделенной цепи, которая должна выдерживать относительно высокие пусковые токи.
Обязательно использование автоматического выключателя и аварийного выключателя от реле температуры: на выходе воды из конденсатора (в случае перегрева) и на выходе рассола из испарителя (в случае переохлаждения).
