Toplinska crpka za prizemlje pruža niži trošak grijanja u našoj klimi od pumpe za zrak. Ispravno dizajniran i izgrađen zemljani izmjenjivač topline ima temeljni utjecaj na njegov učinkovit rad. VODIČ: sve što trebate znati o toplinskoj pumpi s prizemnim izvorom.

Za koga toplinska crpka izvor tla

Kad je instalacija grijanja još uvijek u fazi projektiranja, nema problema da je prilagodi parametrima svake toplinske crpke, a na parceli koja još nije razvijena obično nema prepreka da izmjenjivač bude potreban za prikupljanje topline iz zemlje. Morate znati da toplina u tlu na dubini od 1, 5 m dolazi gotovo isključivo od atmosferskih oborina i sunčeve energije, tako da površina iznad izmjenjivača topline mora, koliko je to moguće, biti dobro izložena sunčevoj svjetlosti i mora biti propusna za vodu. Ne možete saditi biljke iznad kojih bi korijenje u budućnosti moglo oštetiti cijev. Također treba uzeti u obzir da rad toplinske pumpe smanjuje temperaturu tla za nekoliko stupnjeva, što narušava vegetaciju biljaka. Iz tog razloga je postavljanje prizemne toplinske crpke na dugo razvijenu parcelu često previše glomazno.

Toplinska pumpa s izvorima iz tla u poljskoj klimi

Temperatura tla je mnogo stabilnija od zraka, tako da tlačna toplinska pumpa ne mora raditi u širokom rasponu temperature isparivača, a njegove komponente mogu biti jeftinije od dobre zračne pumpe. Na određenoj dubini ispod površine zemlje, nazvanoj dubini smrzavanja, temperatura je uvijek viša od 0 o C. Poljska je podijeljena u četiri zone u kojima se ta dubina kreće od 0, 8 m (u zoni I) do 1, 4 m (u IV zona). Lokalno se temperatura tla može razlikovati od tih vrijednosti (tlo se može ohladiti, na primjer, jakim vjetrovima). Međutim, može se reći da na dubini većoj od 1, 5 m tlo uvijek ima pozitivnu temperaturu. Što je dublja, to je stabilnija temperatura tla - ne hladi se hladnim zrakom, ali se i manje zagrijava zbog sunčeve svjetlosti.

Kako djeluje zemljana toplinska pumpa?

Za uklanjanje topline iz zemlje potreban je zemljani izmjenjivač topline. To je jednostavno cijev smještena u zemlju koja tvori petlju u kojoj cirkulira tekućina, obično poznata kao slana otopina. Petlja (u praksi ih je nekoliko) prolazi kroz isparivač toplinske pumpe, u kojem se temperatura slane vode smanjuje i postaje niža od temperature tla. Nastavljajući cijev u zemlji, slanica se postupno zagrijava. Konačno, opet ide do isparivača, gdje odaje toplinu. Na taj način djeluje kao posrednik u razmjeni između tla i isparivača pumpe. Izmjenjivač može biti vodoravni ili okomiti. Izbor rješenja može se odrediti veličinom parcele - vodoravni izmjenjivač zahtijeva nekoliko stotina četvornih metara, a za okomite sonde potrebno je nekoliko desetaka. Važno je da je volumen izmjenjivača značajan - tijekom čitave sezone grijanja crpka prima nekoliko megavat sati topline iz zemlje. Ako je premalen, prekomjerno se hladi, i kao posljedica toga, crpka ne može raditi ispravno. Sustav za upravljanje toplinskom pumpom za tlo obično ga isključuje kada temperatura slane vode padne na -7 ° C, jer ispod ove vrijednosti procesi u ciklusu kompresora su pretjerano poremećeni.

Toplinska pumpa zemljinog izvora s vodoravnim izmjenjivačem topline

U slučaju izmjenjivača topline vodoravno postavljenog, dubina od 0, 2-0, 5 m ispod točke smrzavanja smatra se optimalnom. Međutim, ako postoji vodotok na relativno maloj dubini, najbolje je rješenje postaviti cijevi u njega. Tada toplinska pumpa postiže viši COP. Vodoravne izmjenjivačke cijevi postavljaju se u prethodno pripremljeni kanal s dimenzijama koje odgovaraju traženoj površini izmjenjivača. Provode se u obliku zavojnice (meandri) na cijeloj površini iskopa, s određenim razmakom između susjednih odjeljaka. Razmak ne smije biti manji od 0, 4 m ili veći od 1, 2 m - prilagođen vrsti tla iz kojeg proizlazi njegova sposobnost "regeneracije" (nadopunjavanja topline). Što je dulja površina tla zaleđena, to bi trebale biti veće praznine.

Treba imati na umu da toplinska snaga izmjenjivača ne proizlazi iz duljine cijevi, već s površine tla na kojoj je položen. Manje udaljenosti ne dopuštaju mu da prima više topline, ali zahtijeva uporabu dulje cijevi. To znači veći investicijski i operativni trošak, jer je potrebna veća cirkulaciona pumpa za ispiranje slane vode kroz dužu cijev. S druge strane, prevelika udaljenost između cijevi znači da se toplina ne sakuplja u pretpostavljenoj količini, pa je snaga izmjenjivača topline manja.

Toplinska pumpa zemljinog izvora s vodoravnim izmjenjivačem topline

Proračun površinskog izmjenjivača topline prizemne toplinske pumpe

Snaga kojom prizemni izmjenjivač topline prenosi toplinu ovisi o vrsti tla, a upravo o njegovoj vlažnosti. Ovisno o proračunu površine vodoravnog izmjenjivača, pretpostavljaju se sljedeće vrijednosti toplotne učinkovitosti tla q g (za polietilenske cijevi):

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

Naravno, to su vodeće vrijednosti.

Teško je procijeniti je li zemlja jednaka na cijelom području namijenjenom izmjenjivaču dok se ne izgradi, stoga je sigurnije izračunati manju vrijednost za izračun. U pravilno napravljenom sustavu kompresor toplinske pumpe radi od 1800 do 2400 sati godišnje - niži toplinski učinak tla rezultira dužim radnim vremenom.

Površina izmjenjivača topline izračunava se iz formule: A = Q hlađenje / q g

Primjer: potrošnja energije za grijanje kuće je 14 kW i pumpa ih treba u potpunosti zadovoljiti (radi se u monovalentnom sustavu). Odabrani uređaj dobiva toplinsku (grijanju) snagu od 14 kW za parametre B0 / W35, uz postizanje COP od 4, 5 = 4, 5. Kapacitet hlađenja je, dakle, Q Chł = (4, 5-1) / 4, 5 · 14 = 10, 9 kW, tj. 10 900 W. Izmjenjivač treba biti izrađen u suhom glinenom tlu, tako da njegova površina treba biti A = 10 900 / 20 = 545 m 2 . Primjećujemo da u slučaju vodonosnika izmjenjivač topline može biti približno upola veći, ali ako je tlo pjeskovito, njegova će površina zauzeti više od 1000 m 2 . U ovoj situaciji, bolje je postaviti cijevi okomito - u bušotine.

Vertikalni izmjenjivač topline

Toplinska pumpa postiže veći faktor iskorištenja COP-a kada se cijevi izmjenjivača postavljaju okomito u zemlju - u bušotine dubine 40-150 m. To je zbog činjenice da je na dubini manjoj od 10 m temperatura tla oko 10 ° C tijekom cijele godine - tj. Zimi gotovo deset više nego na dubini od 1, 5 m.

Vertikalni izmjenjivač je, međutim, očito skuplji od horizontalnog. To su vertikalni odsječci cijevi koji tvore petlju (cijev ide niz bunar, okreće se natrag i ide prema gore). Nazivaju se geotermalnim sondama. U ovom se slučaju ne izračunava površina, već ukupna duljina izmjenjivača koja se obično sastoji od više sondi.

Jedan ili dva para cijevi (U ili dvostruka U sonda) postavljeni su u okomite jažice. Uvođenje cijevi u bunar olakšava glava - element koji povezuje okomite cijevi, a koji se mogu prilagoditi upotrebi dodatne cijevi za punjenje (guranje). Glava i cijevi izmjenjivača guraju se u izbušeni otvor. Zatim se u rupu s cijevi za punjenje uvodi betonsko-cementna smjesa.

U izmjenjivaču tipa U, tekućina se s jednom cijevi slijeva u glavu, a druga se iz njega vraća. U dvostrukom U izmjenjivaču - teče s dvije cijevi prema dolje i dvije prema gore.

Udaljenost između bušotina do 50 m dubine ne smije biti manja od 5 m, a za dublje od 8 do 15 m. Trebaju biti smještene u liniji okomitoj na smjer toka potkožnih voda.

Izračun duljine vertikalnog izmjenjivača topline uzemljene toplinske pumpe

U ovom je slučaju važno navesti kako se svojstva tla mijenjaju s dubinom. Ove se informacije mogu pružiti pomoću geoloških karata i dokumentacije bušotina koje su prethodno izbušene u blizini. Na temelju toga moguće je procijeniti debljinu pojedinih slojeva tla i izračunati prosječnu vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti l za područje na kojem se trebaju nalaziti cijevi izmjenjivača. Međutim, proračuni ne mogu uzeti u obzir sva kretanja podzemnih voda i u praksi se često događa da se dobiveni rezultat značajno razlikuje od stvarnosti. Da biste bili sigurni da će vertikalni izmjenjivač ispravno raditi, testirajte tlo na mjestu gdje se radi. U ovom slučaju toplinski učinak tla q g također ovisi o njegovoj vrsti.

Za PE80 cijevi je to:

  • suho pjeskovito tlo - 10-12 W / m;
  • pješčana vlažna - 12-16 W / m;
  • srednje glinena suha - 16-18 W / m;
  • srednje ilovasta mokra - 19-21 W / m;
  • teška suha ilovača - 18-19 W / m;
  • teška ilovača vlažna - 20-22 W / m;
  • mokro (vodonosnik) - 25-30 W / m

Naravno, morate uzeti u obzir debljinu pojedinih slojeva određene vrste tla i na temelju toga izračunati ukupni kapacitet svake sonde.

Toplinski učinak tla u kojem postoje i suhi i vodonosnici pomoću dvostrukih U sondi (četiri cijevi u bušotini) u prosjeku iznosi oko 50 W / m. Dakle, može se pretpostaviti da su u slučaju toplinske crpke razmatrane na primjeru izračunavanja vodoravnog izmjenjivača topline (kapaciteta hlađenja 10, 9 kW) potrebne su bušotine ukupne duljine L = 10 900/50 = 218 m, tj. Svaka četiri 55 m.

Toplinska crpka podzemnog izvora: manja snaga znači i jeftiniju ugradnju

Investicijski trošak izravno je proporcionalan toplinskom učinku instalacije. Stoga, unatoč činjenici da se faktor iskorištenja zemljine pumpe ne smanjuje s početkom jakog mraza, vrijedno je razmotriti uporabu toplinske pumpe u dvovalentnom sustavu.
Najlakše je opremiti ga električnim grijačem za vodu trenutno (obično se nudi kao dodatak - za ugradnju u kućište toplinske pumpe). Tada se utvrđuje bivalentna točka i određuje potrebni toplinski učinak crpke. Ako pumpa zagrijava kuću u trećoj klimatskoj zoni i pretpostavljamo da je ispod vanjske temperature -10 o C električni grijač može poduprijeti, tada njena toplinska snaga može biti 25% manja od projektiranog toplinskog opterećenja izračunatog u skladu s PN-EN 12831 Troškovi izrade zemljanog izmjenjivača topline također će biti manji.

U primjeru koji se razmatra, umjesto kapaciteta hlađenja od 10, 9 kW, dovoljno je 8, 2 kW, te stoga vodoravni izmjenjivač može imati 410 m 2 umjesto 545 m 2, a vertikalni izmjenjivač 164 m umjesto 218 m. Pored niže cijene, potrebna je i manja količina mjesto.

Koje cijevi za zemaljski izmjenjivač topline?

Duljina pojedinačne petlje (cirkulacija) je ograničena - rezultat je snage cirkulacijske crpke, u kojoj je zemljana toplinska crpka obično tvornički opremljena (ako ne, dužina cijevi i odgovarajuća cirkulacijska crpka odabere dizajner instalacije). Dopuštena duljina cijevi mora se očitati iz tehničkih podataka uređaja. Ovisi o promjeru i vrsti upotrijebljene radne tekućine (slane otopine). U slučaju toplinskih crpki snage do nekoliko kilovata koriste se jedna do četiri petlje od 100-400 m s promjerom cijevi od DN25 do DN65 (između ostalog, ovisno o materijalu od kojeg je napravljena cijev). Za vodoravne izmjenjivače najčešće se koriste polietilenske cijevi PE100 (ako nema tla u zemlji) ili PE100 RC, za vertikalne cijevi mogu se koristiti PE80 cijevi. Prizemni izmjenjivači topline izrađeni su i od PE-Xa, polibutilena (PB) i bakrenih cijevi u plastičnoj ovojnici.

Uzemljene cijevi izmjenjivača topline moraju biti napunjene tekućinom koja se ne smrzava na negativnoj temperaturi, za sigurnost se pretpostavlja da je do -15 o C, iako toplinska pumpa ima zaštitu koja je isključuje na -7 o C (tada prestaje hlađenje tla). Budući da je atmosferski zrak još hladniji, cijev za izmjenjivač topline ne smije se nigdje izlagati - mora se zakopati u zemlju na dubini od najmanje 0, 5 m, eventualno izolirati. Blizu prolaza cijevi kroz zid zida neophodna je izolacija kako se tlo ne smrzne do 2 m od temelja, što bi moglo izazvati građevinsku katastrofu.

Radni fluid u instalaciji toplinske crpke za tlo

U prošlosti se otopina soli NaCl koristila u instalacijama koje transportiraju toplinu iz zemlje, otuda i naziv - pumpe za slanu otopinu - koji se koristio do danas. Slanina se već dugo ne koristi. Najpopularnija je vodena otopina propilen glikola koja se smatra ekološkom. Općenito, preporučuje se ispuniti instalaciju - može se kupiti kao gotova radna tekućina za takvu primjenu. Prilikom odabira treba se voditi preporukama proizvođača toplinske pumpe, jer tekućina može sadržavati različite dodatke inhibitora, stabilizatora, antioksidansa i antipena. Propilen glikol ima ne samo dovoljno nisku točku sipanja, već također ne uzrokuje koroziju metala, ne otapa plastiku i ne izaziva žučenje crpki. Međutim, njegova gustoća i viskoznost, što se pretvara u količinu energije potrebne za crpljenje, veća je od vode, zbog čega se koristi u ne baš visokoj koncentraciji (34%). Naravno, ima puno tekućine koja se ne smrzava na -15 ° C. Također se često koristi otopina etilen glikola, ali smatra se štetnom za okoliš jer je otrovna i ne razlaže se.

Etanol također ima dobra svojstva - njegova najveća prednost je niska viskoznost i gustoća, zahvaljujući čemu njegovo pumpanje troši manje energije. Njegova upotreba nije popularna zbog zapaljivosti, visoke isparljivosti, intenzivnog mirisa, a prije svega zbog nedostatka svojstava podmazivanja, što može prouzrokovati oduzimanje cirkulacijske crpke. Zato neki proizvođači zabranjuju njegovu upotrebu.

Kategorija:

Grijanje