Достаточно часто люди сталкиваются с проблемой определения характеристик теплового насоса и его контура (внешнего). Во время проектирования требуется комплексный учет множества факторов, значительно воздействующих, как на эффективность, так и надежность теплоснабжения.
Выбор теплового режима контура теплового насоса
Во время выбора теплового насоса крайне важно квалифицированно определить теплопотребление загородного дома. Кроме того, необходимо учитывать, что максимальные отопительные нагрузки в умеренном климатическом поясе имеют кратковременный характер, соответственно, их покрытие в моновалентных режимах считается нецелесообразным с экономической точки зрения. Таким образом, системы с тепловыми насосами без дополнительного теплового генератора (ТЭНа или котла) эксплуатируются редко. Помимо этого, моновалентный режим функционирования установок «воздух-вода» и «воздух-воздух» при температурах воздуха, составляющей менее -10 градусов, неэффективен, а менее -15 градусов – невозможен.
На сегодняшний день системы, в основе которых лежит использование тепловых насосов, конструируются в качестве главного источника теплоснабжения. Они предусматривают устройство первичного контура, который забирает тепло у воды или почвы. Повседневная эксплуатация геотермальных систем, из-за сезонных температурных колебаний и возможных нагрузок, способна неоднократно замораживаться и оттаивать. В этом случае меняется агрегатное состояние воды, которая находится, как в жидкой, так и в газообразной и твердой фазах одновременно. Следует заметить, что наличие влаги способно оказать существенное воздействие на процесс перемещения тепла, однако его точный учет является достаточно проблематичным. Именно поэтому на сегодняшний день специалисты применяют эмпирические коэффициенты, предоставляющие возможность примерно рассчитывать пористость и влажность грунта. Как показывает практика, на температурный режим верхнего слоя почвы, имеющий большое значение во время укладки первичного горизонтального контура, влияют почвенные (грунтовые) воды и влага атмосферных осадков. В случае, если максимальное удельное значение теплосъема контура будет определено ошибочно или были допущены грубые нарушения в процессе его прокладки, то существует возможность не просто получить неудовлетворительное теплоснабжение при избыточной или нормальной мощности теплового насоса, но и довести систему до глубокого промораживания грунта или водяного объема.
Геотермальный горизонтальный коллектор. Общее описание
Для того чтобы получить тепло земли используются геотермальные коллекторы. Эти устройства классифицируются на следующие разновидности - горизонтальные модели, предусматривающие параллельное или последовательное соединение труб, которые укладываются в один или несколько вертикальных слоев; спирали; петли. Для их устройства следует учитывать некоторые требования. Для начала стоит сказать, что часть первичного контура, который представляет собой металлопластиковые или полимерные трубы, внутри которых циркулирует антифриз, уложенные на глубину, составляющую менее полутора метров; монтируется в специальные котлованы или траншеи. Эта составляющая контура гарантирует необходимую величину отбора энергии тепла. Стоит отметить, что существенно уменьшить площадь участка теплосъема и требуемый объем земляных работ предоставляет возможность спиралевидная укладка на глубину до четырех метров. Однако вероятную теплоотдачу почвы нужно принимать не более 65 кВт-ч/м2 ежегодно. Любые попытки получить большее количество тепловой энергии могут стать причиной перерасхода электрической энергии и промерзания земли. Параметр удельного теплосъема определяется в широких пределах. Он зависит от таких факторов, как: характер и наличие подземных вод, плотность и состав грунта, глубина монтажа и пр. Следует отметить, что большинство из них характеризуется сезонностью. Что касается расстояния между труб, то оно по горизонтали должно составлять не менее 0,7 - 0,8 метров, таким же образом определяется наименьший необходимый диаметр спирали. На сегодняшний день в качестве теплоносителя внешнего контура часто применяется 25-процентный водный раствор этиленгликоля (достаточно часто его называют рассолом). Что касается характеристик, то его теплоемкость составляет 3,7 кДжДкг * К (при 0 градусов), а плотность - 1,03 г/см3. Потери давления в трубе составляют примерно в полтора раза больше, чем в случае применения воды. Необходимые затраты антифриза равны:
V = On• 3600/[ 1,03 • 3,7 • (Ti-Тг)], м3. В этой формуле Тг и Ti - температуры в обратной и подающей линиях, соответственно, а Qn - тепловая мощность, ожидаемую от почвы. Её значение равно разнице от полной мощности теплового насоса.
Стоит отметить, что с целью конструирования внешнего контура нужно обязательно знать площадь участка S, который предназначается для укладки труб коллектора, и их общую длину L. Эти характеристики определяются последовательно за счет удельного теплосъема q и шага монтажа труб d благодаря простым формулам:
S = L-d, м.
L = Qn/q, м.
Мощность теплового насоса определяется с учетом среднего теплопотребления конкретного объекта. Специалисты рекомендуют брать это значение с запасом 15-20%. На процесс выбора огромное значение оказывает наличие системы горячего водоснабжения и предусматриваемый режим функционирования (бивалентный или моновалентный). Таким образом, мощность нужно повышать на значение дополнительного теплопотребления, с учетом (или наоборот - не учитывая) пиковых нагрузок, общая продолжительность которых в умеренном климатическом поясе не превышает 900 часов.
Сущность работы теплового геотермального насоса достаточно прост: он способен производить, как холод, так и тепло, наподобие привычной холодильной установки, однако в этом инновационном оборудовании тепло применяется потребителем, а холод отправляется в воду, грунт или же атмосферу. Только это поистине уникальное оборудование предоставляет возможность на один единственный израсходованный кВт/ч электрической энергии получить до пяти кВт/ч тепла!
