Trackery – solární systémy orientace baterií

Jak známo, geotermální tepelná čerpadla využívají volné a obnovitelné zdroje energie: málo kvalitní teplo vzduchu, půdy, podzemí, odpadní a odpadní vody technologických procesů, otevřené nezamrzající nádrže. Na to se spotřebuje elektřina, ale poměr množství přijaté tepelné energie k množství spotřebované elektrické energie je asi

Přesněji řečeno, zdroji nekvalitního tepla může být venkovní vzduch s teplotami od -15 do +15 °C, vzduch odváděný z místnosti °C), podloží °C) a podzemní voda (více než 10 °C), jezera a řeky. voda °C), povrchová °С) a hluboká (více než 20 m) půda (10 °С).

Pokud je jako zdroj tepla zvolen atmosférický nebo větrací vzduch, používají se tepelná čerpadla pracující podle schématu vzduch-voda. Čerpadlo může být umístěno uvnitř nebo venku. Vzduch je do jeho výměníku přiváděn pomocí ventilátoru.

Pokud se jako zdroj tepla používá podzemní voda, je dodávána ze studny pomocí čerpadla do tepelného výměníku čerpadla pracujícího podle schématu „voda-voda“ a je buď čerpána do jiné studny, nebo vypouštěna do nádrže. .

Účinnost tepelného čerpadla
Celkovou spotřebu plynu je možné snížit o více než polovinu, případně, pokud jsou dostupné alternativní zdroje elektřiny, úplně od ní upustit, pak u konkrétních objektů v současné době hodně záleží na tarifní politice státu, lokalitě, tepelně izolačních vlastnostech objektu atd.
Porovnání aktuálních nákladů na vytápění pro obyvatelstvo k srpnu 2008
Moldavsko
Tarify: 1000 metrů krychlových plyn – 300 dolarů
1 kWh elektřina – 0,1 USD
Pro klasický litinový stojací kotel s účinností = 0,82 z 1000 metrů krychlových. plyn získáme:
1000 * 9,1 kWh. m.cub. * 0,82 = 7462 kWh. teplo
Pro ultramoderní kondenzační kotel s účinností = 1,05 – 9555 kWh. teplo.
Pro získání stejného množství tepla pomocí středně účinného univerzálního tepelného čerpadla potřebujete v prvním případě:
7462 / 4,5 = 1658 kWh. elektřina stojí 166 USD.
ve druhém:
9555 / 4,5 = 2123 kWh, stojí 212 $.
Snížení nákladů ve srovnání s náklady na plyn (300 USD), v tomto pořadí:
(300–166) / 300–45 %
(300–212) / 300–29 %
USA (Vermont)
1000 metrů krychlových — 350 dolarů
1 kWh elektřina – 0,12 USD
Úspora metrů krychlových – 141 600 rublů. = 66 dolarů
1 kWh elektřina – 74,7 rublů. = 0,0349 USD
A to v případě, že použijeme časově rozlišené tarify schválené v roce 2007 v mnoha zemích, tzn. vypínat TČ v období maximálního zatížení elektrizační soustavy od 8.00:11.00 do 19.00:22.00 a od 12:200 do 230:XNUMX, což je možné pomocí akumulátorů tepla. Úspora oproti klasickému plynovému kotli – pouze do XNUMX %. Ale to je dnes. Situace, kdy se plyn prodává za XNUMX–XNUMX USD, nemůže trvat dlouho. Pravděpodobně něco podobného zavedou v Moskvě.

Kapitálové výdaje

Náklady na samotné tepelné čerpadlo jsou výrazně vyšší než náklady na plynový kotel, což však celkový odhad na novostavbu slušné chaty příliš nezmění. Ceny jsou prakticky srovnatelné, když je potřeba postavit plynovod. Pokud nestavíte provizorní domek z překližky, ale trvalou stavbu pro děti a vnoučata, bude nevzhledné zanechat jim dědictví závislosti na tlaku v plynovém potrubí. Elektřina v zemi určitě vždy bude. Problémy s plynem ale mohou nastat v blízké budoucnosti. Slavnému monopolnímu Gazpromu, který má dluhy v desítkách miliard dolarů, se nedaří a rychle zvyšuje ceny plynu nejen pro své nejbližší spojence, ale i pro domácí ruské spotřebitele. Na průzkum a rozvoj nových oborů nebo na opravy potrubí vybudovaných během SSSR prostě nejsou peníze. Zvlášť když její hlavní příjem z exportu plynu do Evropy přes Ukrajinu tiše odplouvá neznámým směrem přes švýcarské zakladatele exportní společnosti UkrGazenergo.

Některé základní informace

1. Předpověď ceny zemního plynu:

Rok 2008 2010 2016 2026
Cena USD za 1000 metrů krychlových 250 350 450 700

2. Přibližná závislost požadovaného tepelného výkonu tepelného čerpadla na ploše domu s dobrými tepelně izolačními vlastnostmi:

Plocha, m100. 150 200 250 300 350 XNUMX
HP výkon kW. 5,0 8,0 12,0 16,0 21,0 28,0

V každém konkrétním případě je proveden individuální výpočet tepelné ztráty objektu. Pro snížení kapitálových nákladů se HP často používají v bivalentním režimu. Paralelně s ním se instaluje přídavný špičkový ohřívač, nebo se při rekonstrukci nechává na jakýkoli druh paliva, které je uváděno do provozu v nejchladnějších dnech, kterých u nás není mnoho. Podle hydrometeorologického centra je průměrná teplota v Moskvě za leden 4,8°C, za období prosinec – únor – 6,0°C. V rekordně nejchladnějším roce to bylo -10. – 15°C ve stejných obdobích.
S tímto připojením lze HP vypnout, pokud se stane neúčinným (například „vzduch-voda“ při vysokých záporných venkovních teplotách), nebo pracovat.

Pokud je zdrojem zásobník, je na jeho dně položena smyčka kovoplastové nebo plastové trubky. Potrubím cirkuluje roztok glykolu (nemrznoucí kapalina), který předává teplo freonu přes tepelný výměník tepelného čerpadla.

Existují dvě možnosti, jak získat nekvalitní teplo ze země: kladení kovoplastových trubek do hlubokých příkopů nebo do hlubokých vertikálních studní. . Maximální přenos tepla povrchové půdy je kWh/m2 za rok. Životnost příkopů a studní je podle zahraničních firem více než 100 let.

Výpočet horizontálního kolektoru tepelného čerpadla

Odvod tepla z každého metru potrubí závisí na mnoha parametrech: hloubka uložení, přítomnost podzemní vody, kvalita půdy atd. Přibližně lze předpokládat, že u horizontálních kolektorů je to 20 W/m. Přesněji: suchý písek – 10, suchá hlína – 20, mokrá hlína – 25, hlína s vysokým obsahem vody – 35 W/m. Rozdíl teplot chladicí kapaliny v dopředném a zpětném potrubí smyčky se ve výpočtech obvykle bere jako 3 °C. V prostoru nad kolektorem by se neměly stavět žádné budovy, aby se teplo země doplňovalo slunečním zářením.

Minimální vzdálenost mezi uloženými trubkami by měla být Délka jednoho výkopu je obvykle od 30 do 120 m. Jako primární chladivo se doporučuje použít roztok glykolu. Při výpočtech je třeba vzít v úvahu, že jeho tepelná kapacita při teplotě 0 °C je 3,7 kJ/(kg K), hustota je 1,05 g/cm3. Při použití nemrznoucí směsi je tlaková ztráta v potrubí 1,5x větší než při cirkulační vodě. Pro výpočet parametrů primárního okruhu instalace tepelného čerpadla budete muset určit spotřebu nemrznoucí směsi:

Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),

kde .t je teplotní rozdíl mezi přívodním a zpětným vedením, který se často považuje za 3 K, a Qo je tepelný výkon přijímaný z nízkopotenciálního zdroje (země). Druhá hodnota se vypočítá jako rozdíl mezi celkovým výkonem tepelného čerpadla Qwp a elektrickým výkonem vynaloženým na ohřev freonu P:

Celková délka kolektorových trubek L a celková plocha plochy A se vypočítá pomocí vzorců:

Zde q je specifický (z 1 m potrubí) odvod tepla; da je vzdálenost mezi trubkami (rozteč pokládky).

Příklad výpočtu tepelného čerpadla

Výchozí podmínky: potřeba tepla chaty o rozloze m2 (v závislosti na tepelné izolaci) – 12 kW; teplota vody v topném systému by měla být 35 °C; Minimální teplota chladicí kapaliny je 0 °C. Pro vytápění objektu bylo zvoleno tepelné čerpadlo o výkonu 14,5 kW (nejbližší větší standardní velikost), které spotřebuje na vytápění 3,22 kW freonu. Odvod tepla z povrchové vrstvy zeminy (suchý jíl) q je roven 20 W/m. Podle výše uvedených vzorců vypočítáme:

1) požadovaný tepelný výkon kolektoru Qo = 14,5 – 3,22 = 11,28 kW;
2) celková délka potrubí L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 m. Pro uspořádání takového kolektoru bude zapotřebí 6 okruhů o délce 100 m;
3) s krokem pokládky 0,75 m je požadovaná plocha pozemku A = 600 x 0,75 = 450 m2;
4) celková spotřeba roztoku glykolu Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,51 m3/h, průtok na okruh je 0,58 m3/h.

Pro instalaci kolektoru vybereme kovoplastové potrubí velikosti 32. Tlaková ztráta v něm bude 45 Pa/m; odpor jednoho obvodu je přibližně 7 kPa; rychlost proudění chladicí kapaliny – 0,3 m/s.

Výpočet sondy

Při použití vertikálních vrtů o hloubce 20 až 100 m se do nich ponoří kovoplastové nebo plastové (s průměry nad 32 mm) trubky ve tvaru U. Zpravidla se do jedné jamky vloží dvě smyčky, poté se naplní cementovou maltou. V průměru může být měrný odvod tepla takové sondy roven 50 W/m. Můžete se také zaměřit na následující údaje o odvodu tepla:

suché sedimentární horniny – 20 W/m;
kamenitá půda a vodou nasycené sedimentární horniny – 50 W/m;
horniny s vysokou tepelnou vodivostí – 70 W/m;
podzemní voda – 80 W/m.

Teplota půdy v hloubce více než 15 m je konstantní a je přibližně +10 °C. Vzdálenost mezi studnami by měla být větší než 5 m. Při výskytu podzemních toků by měly být studny umístěny na linii kolmé k toku.

Výběr průměrů potrubí se provádí na základě tlakových ztrát pro požadovaný průtok chladicí kapaliny. Výpočet průtoku kapaliny lze provést pro .t = 5 °C.

Příklad výpočtu. Výchozí údaje jsou stejné jako ve výše uvedeném výpočtu horizontální nádrže. Při měrném odvodu tepla sondy 50 W/m a požadovaném výkonu 11,28 kW by délka sondy L měla být 225 m.

Pro instalaci kolektoru je nutné vyvrtat tři studny o hloubce 75 m. Do každé z nich umístíme dvě smyčky kovoplastové trubky standardní velikosti 26×3; celkem – 6 okruhů po 150 m.

Celkový průtok chladicí kapaliny při t = 5 °C bude 2,1 m3/h; průtok jedním okruhem je 0,35 m3/h. Okruhy budou mít následující hydraulické charakteristiky: tlaková ztráta v potrubí – 96 Pa/m (chladivo – roztok glykolu); odpor smyčky – 14,4 kPa; rychlost proudění – 0,3 m/s.

Výběr vybavení

Protože se teplota nemrznoucí směsi může měnit (od -5 do +20 °C), je v primárním okruhu instalace tepelného čerpadla nutná expanzní nádoba.

Rovněž se doporučuje instalovat akumulační nádrž na vratné potrubí: kompresor tepelného čerpadla pracuje v režimu „zapnuto-vypnuto“. Příliš časté starty mohou vést k urychlenému opotřebení jeho částí. Nádrž je také užitečná jako zásobník energie v případě výpadku proudu. Jeho minimální objem se odebírá na 1 kW výkonu tepelného čerpadla.

Při použití druhého zdroje energie (elektrický, plynový, kapalný nebo tuhý kotel) se připojuje k okruhu přes směšovací ventil, jehož pohon je řízen tepelným čerpadlem nebo obecným automatizačním systémem.

V případě možných výpadků proudu je nutné zvýšit výkon instalovaného tepelného čerpadla o faktor vypočítaný podle vzorce: f = 24/(24 – toff), kde toff je doba trvání přerušení dodávky elektrické energie.

V případě možného výpadku proudu na 4 hodiny bude tento koeficient roven 1,2.

Výkon tepelného čerpadla lze volit na základě monovalentního nebo bivalentního režimu jeho provozu. V prvním případě se předpokládá využití tepelného čerpadla jako jediného generátoru tepelné energie.

Je třeba vzít v úvahu: i u nás je trvání období s nízkými teplotami vzduchu malou částí topné sezóny. Například pro centrální oblast Ruska je doba, kdy teplota klesne pod -10 °C, pouze 900 hodin (38 dní), zatímco samotná sezóna je 5112 hodin a průměrná teplota v lednu je přibližně – 10 °C. Nejvhodnější je proto provozovat tepelné čerpadlo v bivalentním režimu, což zahrnuje zapnutí přídavného generátoru tepla v obdobích, kdy teplota vzduchu klesne pod určitou úroveň: -5 °C v jižních oblastech Ruska, -10 °C v centrálních regionech. To umožňuje snížit náklady na tepelné čerpadlo a zejména na instalaci primárního okruhu (kladení rýh, vrtání studní atd.), které se s rostoucím instalačním výkonem velmi zvyšují.

V evropských podmínkách se pro hrubý odhad při výběru tepelného čerpadla pracujícího v bivalentním režimu můžete zaměřit na poměr 70/30: 70 % potřeby tepla pokrývá tepelné čerpadlo, zbylých 30 % elektrokotel nebo jiný zdroj tepla. V jižních oblastech se můžete řídit poměrem výkonu tepelného čerpadla a přídavného generátoru tepla, často používaného v západní Evropě: 50 ku 50.

Pro chatu o ploše 200 m2 pro 4 osoby s tepelnými ztrátami 70 W/m2 (počítáno při venkovní teplotě -28 °C) bude potřeba tepla 14 kW. K této hodnotě je třeba připočítat 700 W na přípravu teplé užitkové vody. Ve výsledku bude požadovaný výkon tepelného čerpadla 14,7 kW.
Pokud existuje možnost dočasného výpadku proudu, musíte toto číslo zvýšit o příslušný faktor. Dejme tomu, že denní doba odstávky je 4 hodiny, pak by měl být výkon tepelného čerpadla 17,6 kW (faktor narůstající – 1,2). V případě monovalentního režimu si můžete vybrat tepelné čerpadlo země-voda o výkonu 19 kW se spotřebou 5,3 kW elektrické energie nebo novější, vyšší konverzní koeficient, tepelné čerpadlo s multikompresorovým systémem (kompresory Copeland , regulátor Carel, vylepšené výměníky tepla nové generace, redundantní systém, měkký start atd.).

V případě použití bivalentního systému s přídavným elektrickým ohřívačem a nastavenou teplotou -10 °C by s přihlédnutím k potřebě získání teplé vody a bezpečnostnímu faktoru měl být výkon tepelného čerpadla 11,4 W, resp. elektrokotel – 6,2 kW (celkem – 17,6. 9,7). Špičkový elektrický výkon spotřebovaný systémem bude XNUMX kW.

Pamatujte, že při instalaci tepelných čerpadel byste se měli v první řadě postarat o zateplení budovy a instalaci oken s dvojitým zasklením s nízkou tepelnou vodivostí.