Отопление АВС. Размер обменника

Недостаточные размеры наземного коллектора теплового насоса, или, скорее, его недостаточные размеры, обычно возникают из-за плохой оценки теплопроводности почвы и использования для расчета слишком высокого коэффициента теплопроводности почвы [Вт / (м * К)] или из-за несоблюдения минимальных расстояний отдельных контуров коллектора почвы , Использование слишком маленьких теплообменников и длительная работа в режиме полной нагрузки могут привести к относительно короткому периоду очень низких температур источников тепла, вплоть до достижения нижнего предела температуры для использования теплового насоса и блокирования работы теплового насоса. Кроме того, слишком большая нагрузка на нижний источник, вызванная его недостаточным размером, может привести к долгосрочному снижению температуры источника тепла в последующие периоды нагрева, если не обеспечена недостаточная регенерация нижнего источника тепла.

В Польше средняя температура воздуха у поверхности земли составляет около 7-9 ° C. Аналогичное среднее значение температуры распространяется на область так называемого Нейтральный пояс на глубине 10-25 м ниже поверхности. Это результат влияния многих факторов, в том числе солнечное излучение, излучение энергии из земли, воздействие геотермальной энергии. Из-за относительно небольшой доли теплового потока, приходящего изнутри земли (от 0,04 Вт / м2 до 0,11 Вт / м2 по сравнению с солнечной радиацией 1000 Вт / м2), его доля в энергетическом балансе у поверхности земли мала.

Тепло, хранящееся в почве, передается в циркуляцию теплового насоса непосредственно путем испарения среды в трубах, проложенных непосредственно в земле, или косвенно через вертикальный или горизонтальный теплообменник, который является наиболее часто используемым решением. Наземный коллектор обычно изготавливают из полиэтиленовых труб диаметром 32-40 мм в различных конфигурациях, как горизонтальные (последовательные, спиральные, спиральные) или вертикальные трубы. В случае почв с низкой влажностью (сухой, песчаный грунт) спиральные системы могут вызвать значительное охлаждение почвы и замерзание испарителя в тепловом насосе, поэтому гораздо безопаснее использовать плоские системы или вертикальные коллекторы. Горизонтальные коллекторы в виде петель из труб одинаковой длины, расположенные на расстоянии не менее 0,5-1,0 м друг от друга, на глубине 30-40 см ниже точки замерзания грунта, которая зависит от области 1,2-2,0 м. Вертикальный заземляющий коллектор выполнен в виде скважин длиной до 150 м, в которых U-образные изгибающие трубы, составляющие подводящую и возвратную трубы, находятся на расстоянии не менее 6 м. Отдельные провода заземляющего коллектора обычно соединяются с помощью распределителя в сборная яма или реже в здании (для небольшого количества цепей).

Длина наземного коллектора может быть определена с помощью математических формул или с помощью компьютерных программ для определения размеров нижних источников и выбора тепловых насосов, разработанных производителями этих устройств. Все методы определения размеров горизонтального и вертикального наземного коллектора основаны на одних и тех же допущениях. Предполагается, что из одного квадратного метра земли для горизонтального коллектора можно получить мощность 10-40 Вт, а из одного метра глубины зонда можно получить мощность 30-70 Вт. Значения из данного диапазона выбираются в зависимости от степени влажности и сцепления грунта (чем влажнее и связнее грунт, тем выше коэффициент теплопроводности). При реализации проектов и предварительных предложений, не подкрепленных полным геологическим исследованием, для вертикального теплообменника рекомендуется принять рекомендуемое значение охлаждающей мощности 40 Вт / мб, а для горизонтального теплообменника 20 Вт / м2 (для параметров днища B0 / W35 и времени работы компрессора до 2000 г.). ч). При определении правильной охлаждающей способности, получаемой с помощью вертикального или наземного теплообменника, рекомендуется выполнить геологическое распознавание по геологическим картам и рассчитать среднее значение коэффициента теплопередачи l в качестве средневзвешенного значения для различных слоев почвы, в которых планируется сделать вертикальный коллектор. На основании этого параметра мы можем определить правильное значение охлаждающей способности данного грунта. Из соответствующих таблиц мы определяем термодинамические свойства грунтов, горных пород и заливок скважин, встречающихся при установке грунтовых тепловых насосов, пород и заливок скважин, встречающихся при установке тепловых насосов.

Зная значение мощности, получаемой из земли (q) и мощности охлаждения (Qch), выбранного тепловым насосом для данного объекта, мы можем рассчитать теоретическую площадь горизонтального коллектора (A) и активную длину вертикального наземного коллектора (D), используя упрощенные формулы: A = Qch / д; D = Qch / q. Разделив требуемую площадь горизонтального коллектора (A) на расстояние между проводами коллектора в диапазоне 0,5-1,0 м, мы можем рассчитать необходимую длину горизонтальных коллекторных труб (L): L = A / s. Рассчитанная активная длина вертикального наземного коллектора разделена на несколько секций, и мы делаем несколько скважин до максимальной, экономически выгодной длины около 80-100 мб (более глубокие сверла обычно имеют гораздо более высокую цену по сравнению с блоками до 100 мб). Если по каким-то причинам невозможно пробурить до 100 МБ (например, оборудование или геологические ограничения) и необходимо сделать более короткие скважины или из-за высокой потребности в теплопроизводительности, мы проектируем большое количество скважин, рекомендуется добавлять 8-10 МБ к каждой скважине. В связи с тем, что активная длина наземного коллектора представляет собой длину, рассчитанную для стабильных температурных условий, преобладающих на земле ниже 10 м над землей. Кроме того, вертикальные коллекторы обычно проходят через несколько разных слоев материалов, что означает, что на практике наиболее часто используемыми методами являются оценки тепловых возможностей скважин. Следует помнить, что теоретические расчеты и принятые параметры должны быть проверены на основе информации о геологическом субстрате, предоставленной буровыми геологами и первыми скважинами / траншеями, которые могут служить в качестве контроля. Для систем с высокой мощностью нагрева будет экономически эффективным измерение теплопроводности грунта для точного определения необходимой длины заземляющего коллектора.

Правильный размер облегчает использование программ моделирования для выбора теплообменников, которые учитывают безопасные значения коэффициентов теплопроводности, однако, если рабочее время превышено 2000 ч / с, его следует увеличивать пропорционально размеру нижнего источника теплообменника. Следует также помнить, что для вертикальных коллекторов программа рассчитывает активную глубину скважин и 8-10 мб должны быть добавлены в каждую скважину из-за переменной температуры верхнего слоя почвы.

Доктор Инь. Малгожата Смучиньска

Недостаточные размеры наземного коллектора теплового насоса, или, скорее, его недостаточные размеры, обычно возникают из-за плохой оценки теплопроводности почвы и использования для расчета слишком высокого коэффициента теплопроводности почвы [Вт / (м * К)] или из-за несоблюдения минимальных расстояний отдельных контуров коллектора почвы ,  Использование слишком маленьких теплообменников и длительная работа в режиме полной нагрузки могут привести к относительно короткому периоду очень низких температур источников тепла, вплоть до достижения нижнего предела температуры для использования теплового насоса и блокирования работы теплового насоса