Enciklopédia technológiák és technikák - Számítási és tervezési hőszivattyúk
Számítási és tervezési hőszivattyúk
Hogyan kell kiszámítani, és válassza ki a hőszivattyú.
Mint ismeretes, a hőszivattyúk használata ingyenes, megújuló energia: alacsony minőségű hő a levegő, a talaj, talajvíz, külső jeges víztározók szennyvíz és a víz a hiba és a levegő, valamint a hulladék hő technológiai cégek. Ehhez gyűjteni a villamos energia, de az arány a keletkező hőenergia mennyisége villamos energia körülbelül 3-7-szer.
Ha beszélünk csak a környező alacsony minőségű hőforrás lehet fűtési célokra, akkor; külső levegő hőmérséklete -3 és + 15 ° C, kivonták a helyiséglevegő (15-25 ° C) a föld alatti (4-10 ° C) és a földi (körülbelül 10 ° C) vizet, tavak és folyók vizet (5-10 ° C), talajfelszín (fagyáspontja alatti) (3-9 ° C), és a telek a mélység (több mint 6 m - 8 ° C).
Válogatás a környezeti hő (belső régió).
Az elpárologtató munkaközeg szivattyúzzák folyékony hűtőközeget alacsony nyomáson. Termikus elpárologtató környezeti hőmérséklet szinten, a fenti a megfelelő forráspontja munkaközeg (hűtőközeget úgy választjuk meg, hogy képes forraljuk még fagypont alatti hőmérsékletek). Ennek köszönhetően hőmérséklet-különbség lép fel a környező a hőhordozó közeg, a munkaközeg, amely ezeken a hőmérsékleteken forrni kezd, és elpárolog (átalakítja gőzzé). Ehhez szükséges hőt von el bármely fent felsorolt alacsony fokozatú hőforrás.
További megújuló energiaforrások
Ha a hő forrása atmoszferikus levegő befúvó vagy alkalmazni hőszivattyúk szerint működő „levegő-víz”. A szivattyú lehet elhelyezni belül vagy kívül a szobában, a belső vagy külső hűtővel. Levegőt fújnak át a hőcserélő (elpárologtató) egy ventilátor.
Típusú horizontális hőcserélők:
- hőcserélő sorba kapcsolt csöveket;
- egy hőcserélő a párhuzamosan kapcsolt csövek;
- vízszintes kollektor meghatározta az árokban;
- egy hőcserélő egy hurokban;
- egy hőcserélő egy spirál alakú, vízszintesen elhelyezett (az úgynevezett «feszes» kollektor);
- egy hőcserélő egy spirál alakú, függőlegesen helyezkednek.
A nyílt rendszerek egyre gyakrabban használnak fűtésre vagy hűtésre nagy épületek. A világ legnagyobb geotermikus teplonanosnaya rendszer forrásként alacsony potenciális hőenergiát talajvíz. Ez a rendszer található az amerikai város Louisville (Louisville), Kentucky. A rendszert használnak fűtés és hűtés a szálloda és irodaház; A kapacitás mintegy 10 MW.
Vegyünk egy másik forrás - tó hurkot lehet határozni egy műanyag cső alján, az áramkör „víz-víz / zárt rendszer.” A keringő vezetéken etilén-glikol (fagyásgátló), amely révén a hőcserélő (elpárologtató) a hőszivattyú hőt a hűtőközeg.
Primer képes felhalmozni napenergia hosszú ideig, hogy egy viszonylag egyenletes hőforrás hőmérséklete egész évben, és így, a magas hőmérsékleti együtthatója átalakítás szivattyút. A hőmérséklet a felső réteg a talaj változik az évszaktól függően. Az alábbiakban a fagyasztási határt ezen hőmérséklet oszcillációk jelentősen csökkennek. A felhalmozódott hő a talajban extraháljuk a vízszintesen rögzített lezárt hőcserélők, más néven a föld tározók, vagy hőcserélőkön keresztül függőlegesen rögzített, úgynevezett geotermikus szondákat. Hő át a környezet víz és etilén-glikol keverék (sós vagy közepes), a fagyasztási hőmérséklete, amely körül kell lennie -13 ° C (, hogy vegye figyelembe a gyártó adatai). Ezzel a sós ne fagyjon működés közben.
Ezért két lehetőség van megszerezni kisfokú hőt a földre. Vízszintes lefektetése műanyag csövek az árokban mélységben 1,3-1,7 m, attól függően, hogy az éghajlati viszonyok vagy függőleges jól mélysége 20-100 m. Stacking csövek az árokban, és előállíthatók formájában spirálok, de mélysége halmozási 2- 4 m, ez nagyban csökkenti a teljes hossza a lövészárkokban. Maximális hőátadó felületet a talaj között mozgott 7-25 Watt rm geotermikus 20-50 watt lm Szerint a gyártó cégek, az élettartamot az árkok és furatok több mint 100 éve.
1986 óta Svájcban, Zürich közelében végzett kutatási rendszer függőleges talaj hőcserélő. [4] A tömb volt elrendezve burkolatlan szennyeződés függőleges hőcserélő koaxiális mélysége 105 m. Ez a hőcserélő használható forrás az alacsony potenciális hőenergiát teplonanosnoy rendszer telepítése önálló családi lakóház. Függőleges talaj hőcserélő biztosított csúcsteljesítmény a körülbelül 70 watt per méter hosszúságú, ami egy szignifikáns termikus terhelést a környező talaj tömb. Az éves hőtermelés mintegy 13 MW • h.
A távolság 0,5 és 1 m-re a fő fúrólyukból fúrtak két további, ahol a mélysége 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 és 105 m hőmérséklet-érzékelők vannak telepítve, amely után az üregeket töltött agyag-cement keverék. A hőmérsékletet mérjük minden harminc percig. Is rögzített talajhőmérséklet és egyéb paraméterek: hűtőfolyadék áramlási sebességét, a fogyasztás a kompresszor meghajtó levegő hőmérséklete, stb ...
matematikai modell folyamatok épültek alapján kísérleti adatok, zajlik a földi hegység, amely lehetővé tette a hosszú távú prognózisát változásokat a hőmérséklet a talaj tömegét.
Matematikai modellezés azt mutatta, hogy az éves hőmérséklet-csökkenés fokozatosan csökkenni fog, és a hangerő a talaj tömegének körülbelül a hőcserélő, fogékony a hőmérséklet csökken, minden évben növekedni fog. Végén a működési periódus a regenerálási folyamat kezdődik, a talaj hőmérséklete emelkedni kezd. Jellege a regenerációs folyamat hasonló a karakter a „kiválasztás” a hő: egy éles növekedés a talajhőmérséklet fordul elő a működésének első éveiben, és az azt követő években, a hőmérséklet növekedési sebesség csökken. Az időszak „regenerálás” hosszától függ a működési időszak. Ez a két ciklus megközelítőleg azonos. Ebben az esetben a művelet során a földi hőcserélők elérte a harminc év, és az időszak a „hasznosítás” is értékelik a harminc év
Így, hő és hűtési rendszerek az épületek, használva alacsony minőségű hő a föld, szemben megbízható energiaforrás, amely univerzálisan használható. Ez a forrás lehet használni kellően hosszú ideig meg lehet újítani a végén működési időszak.
Kiszámítása a vízszintes hőszivattyú sokrétű
A minimális távolság a meglévő csövek kell legalább 0,7-0,8 m. A hossza egy árok lehet 30 és 150 m. Fontos, hogy a hossza csatlakoztatott hurkok voltak megközelítőleg egyenlő. Az etilén-glikol oldat használata ajánlott (közepes) a fagyáspont, mint az elsődleges hűtőközeg körülbelül -13 ° C-on A számítások, meg kell jegyezni, hogy a fajhője Az oldatot 0 ° C-on 3,7 kJ / (kg · K) és a sűrűség - 1,05 g / cm 3. Amikor a közeg, a nyomásveszteség a csöveket 1,5-szer több mint a víz keringését. Kiszámításához a paramétereket a primer kör a hőszivattyú telepítés szükséges, hogy meghatározzuk az áramlási sebességet a közeg:
ahol .T - hőmérséklet-különbség az előremenő és visszatérő vezetékek, amelyek gyakran feltételezik, hogy egyenlő 3 kb. Ezután Qo - a hőerőmű által generált alacsony potenciális (föld). Az utóbbi érték kiszámítása a különbség a teljes erejét a hőszivattyú és QWP elektromos fordított melegítése a hűtőközeg P.
A teljes hossza a kollektor csövek L és a teljes terület alatta egy alábbi képlettel számítottuk ki:
Itt q - specifikus (1 m cső) elvonását; da - a csövek közti távolság (halmozási lépés).
Számítási példa. Hőszivattyúk.
Kezdeti feltételek: hőigény hétvégi ház területe 120-240 m 2 (figyelembe véve számítják ki a hőveszteség infiltráció) - 13 kW; víz hőmérséklete a fűtési rendszer hozott egyenlő 35 ° C (fűtés podpolovoy); Minimális hűtőfolyadék kilépő hőmérséklet a párologtató - 0 ° C-on A fűtéshez egy épület van kiválasztva hőszivattyú kapacitásának 14,5 kW számos meglévő technológiai berendezések, figyelembe véve a veszteségeket a viszkozitás a közeg, a kiválasztás és átadása hőenergiát a hordozó 3.22 kW. A hőelvonás ebből a felületi réteg a talaj (száraz agyag), q egyenlő 20 W / MP. A képletek szerint számítja:
1) a szükséges fűtési teljesítmény Qo sokrétű = 14,5-3,22 = 11,28 kW;
2) a teljes hossza csövek L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 lm Hogy kialakítsák ezen required kollektorkör 6 100 m;
3) amikor egymásra lépésben 0,75 M szükséges földterület A = 600 x 0,75 = 450 m 2;
4) A teljes etilénglikol utántöltő Vs = 11,28 · 3600 / (1,05 · 3 · 3,7) = 3,51 m 3 az egyik áramköri egyenlő 0,58 m 3.
A készülék kollektor vegye műanyag cső 32h3 mérete. Nyomásveszteség azt jelentené, hogy 45 Pa / MP.; egy áramköri ellenállás - körülbelül 7 kPa; hűtőfolyadék áramlási sebességét - 0,3 m / s.
Amikor a függőleges jól mélysége 20 m és 100 azok merítjük U-alakú műanyag (átmérőjük 32 mm) cső. Mint általában, az egyik jól behelyezzük két hurkot, a tölteléket suspensnym oldatot. Az átlagos fajlagos hő eltávolítását a próba lehet venni, mint 50 W / MP. Azt is megteheti, hogy a következő adatokat hőelvonás:
- száraz üledékek - 20 W / m;
- sziklás talaj és a víz telített üledékes kőzetek - 50 W / m;
- kő szikla magas hővezető - 70 W / m;
- felszín alatti - 80 W / m.
A talaj hőmérséklete mélységben meghaladó 15 m értéke állandó, és körülbelül 9 ° C-on A távolság a lyukak kell több, mint 5 méter. A jelenlétében felszín alatti áramok, kutak kell olyan vonal merőleges az áramlás.
Kiválasztása csőátmérőknél végezzük alapul a nyomásveszteség a kívánt hűtőközeg áramlási sebesség. áramlási sebesség számítása elvégezhető a t = 5 ° C-on
Bemeneti adatok - ugyanaz, mint a fenti számítás vízszintes sokrétű. Amikor a fajhő eltávolítását szonda 50 W / m és a szükséges kapacitás 11,28 kW rúdhossz L összeget kell, hogy 225 m.
. A készülék kollektor három kút kell fúrni mélységben 75 m helyett mindkét cső szalagkábelek 32h3 mérete; - 6 áramkörök 150 m.
A teljes hűtőfolyadék áramlást .T = 5 ° C lesz, 2,1 m 3 / h; átáramoljon egyik útvonal - 0,35 m3 / h. Körvonalak lesz a következő hidraulikus jellemzői: nyomásveszteség a cső - 96 Pa / m (fűtővíz - 25 százalék etilén-glikol); áramkör impedanciája - 14,4 kPa; áramlási sebesség - 0,3 m / s.
Mivel a hűtőfolyadék hőmérséklet változhat (-5 és +20 ° C) a primer körben a hőszivattyú telepítéshez hidraulikus tágulási tartály.
Javasoljuk továbbá, hogy a fűtési (kondenzátor) a hőszivattyú vonal tároló: a hőszivattyú kompresszor működik „on-off” módban. Túl gyakori indítás vezethet gyorsabb kopását részei. A tank is hasznos, mint egy energia tárolni - a áramszünet. A minimális mennyiségű érkezik az arány 20-30 liter 1 kW hőszivattyú.
Amikor bivalentsii, a második áramforrás (villamos, gáz, folyadék vagy szilárd tüzelésű kazán), van csatlakoztatva az áramkör keresztül a tárolótartály, amely szintén termogidroraspredelitelem, a felvételét a kazán által ellenőrzött hőszivattyú vagy egy felső szintű automatizálási rendszer.
Az esetleges áramkimaradások növelheti az erejét a hőszivattyú beépíteni az együttható képlettel számítják ki: F = 24 / (24 - t off), ahol nincs t - időtartama egy áramszünet.
Abban az esetben, egy esetleges áramszünet 4 órán át, ez a tényező 1,2.
A teljesítmény a hőszivattyú lehet választani alapján egy- vagy két vegyértékű annak működését. Az első esetben azt feltételezzük, hogy a hőszivattyú az egyetlen hőenergiát generátorral.
A feltételek a központi régióban Oroszország értékelésének kiválasztásában működő hőszivattyú kétértékű állapotban lehet irányítani az arány 70/30: 70% a hőszükséglet borítja a hőszivattyú, és a fennmaradó 30 - elektromos, vagy más hőforrás. A déli régiókban lehet irányítani az arány hatalom a hőszivattyú és a kiegészítő hőforrás, általánosan használt Nyugat-Európában: 50-50.
Cottage területe 200 m 2 4 személy a hőveszteség a 70 W / m 2 (számított át -28 ° C külső levegő hőmérséklet) a hőigény lesz 14 kW. Ehhez hozzá kell adni az értéke 700 W előállítására melegvíz. Ennek eredményeként, a szükséges energia a hőszivattyú lesz 14,7 kW.
Ha lehetséges, az ideiglenes áramkimaradás növelni kell ezt a számot a megfelelő tényezővel. Tegyük fel, a napi utazás - 4 órán keresztül, majd az erejét a hőszivattyú, hogy 17,6 kW (szorzótényező - 1.2). Abban az esetben, mono-módban hőszivattyú lehet választani, mint a „priming víz” 17,1 kW teljesítményű, fogyasztása 6,0 kilowatt teljesítmény.
Bivalens rendszer egy további elektromos fűtés, és a hideg víz bemeneti hőmérséklete 10 ° C-on, hogy szükség van a meleg víz és a biztonsági tényező, a teljesítmény a hőszivattyú, hogy 11,4 W, míg egy elektromos kazán - 6,2 kW (összesen - 17,6) . Fogyasztás elektromos rendszer csúcsteljesítménye 9,7 kW.
A hozzávetőleges költsége a fogyasztott villamos energia a szezonban, amikor a hőszivattyú mono-módú lesz 500 rubelt. Bivalens és alatti hőmérsékleten (-10 ° C) - 12 500. Az energia költsége segítségével csak a megfelelő mennyiségű a kazán: teljesítmény - 42 000 gázolaj - 25 000, és a gáz - mintegy 8000 rubel. (Ha Összefoglalva cső és a meglévő alacsony gázárak oroszul). Jelenleg a feltételek hatékonyságát a hőszivattyú lehet hasonlítani csak a gázkazán az új sorozat, és a működési költségek, a tartósság, a biztonság (nem szükséges kazánház), és környezetbarát felülmúlja minden más típusú hőtermelés.
Megjegyezzük, hogy a telepítés során a hőszivattyúk először vigyázni az épületek hőszigetelésére és telepítése dupla üvegezésű ablakok alacsony hővezető, amely csökkenti a hőveszteséget az épület, ezért a költségek a munka és felszerelések számára.