Принцип работы тепловых насосов

Тепловой насос – это термодинамическое устройство, собирающее тепловую энергию в холодной среде и переносящее ее для обогрева среды-потребителя тепла.

Тепловой насос работает по обратному циклу Карно. Используемый для передачи тепла хладагент – пар фреона, сжимают компрессором. При сжатии он нагревается. От горячего хладагента в конденсаторе «отнимают» тепло. Хладагент охлаждается и сжижается. Процесс происходит циклически

Зарубежный опыт в проектировании тепловых насосов

Проектирование тепловых насосов ведется с использованием математического моделирования. В качестве исходных данных в программу заносят следующие характеристики:

• плотность грунта на разной глубине;
• влажность или водонасыщенность слоев, их фракционный состав (размер частиц);
• геологическая структура – песок, глина, гравий, лёсс и пр.;
• уровень, расход и состав грунтовых вод;
• связь теплопроводности и теплоемкости с влажностью;
• теплопроводность или обратное ей термическое сопротивление.

Эти данные проектировщики из США и Европы получают путем многократного теплового тестирования пробной скважины: в нее нагнетают отмеренное количество воды с определенной температурой и фиксируют температуру воды, выходящей из скважины.

Этапы проектирования вертикальных теплообменников

В России и СНГ при проектировании геотермальных насосов также используют пробы грунта.

Проектировщики EcoLogica отталкиваются от данных геологических изысканий и с помощью программного обеспечения производителей тепловых насосов и скважинного оборудования, определяют расчетную тепловую мощность с одной скважины. Поэтому у нас очень высокая точность расчета.

Последовательность процесса проектирования ВГТ – вертикальных грунтовых теплообменников можно разделить на такие этапы:

1. Определение характеристик грунта в месте бурения и обустройства скважин ВГТ – его состав, свойства и параметры на основе справочных данных, исследования скважин по соседству или предыдущего опыта.
2. Математическое моделирование одной скважины в периоде от 2-3 до 5 лет. Рассчитывается тепловая удельная мощность.
3. Отталкиваясь от нужной тепловой мощности источника тепла, рассчитывают число скважин для ВГТ. По этим данным ведут проектирование и разработку документации.
4. На первой проектной скважине отбирают образцы грунта для анализа свойств и проводят ее тепловое тестирование. Моделируют на компьютере тепловые параметры грунта. Рассчитывают для грунта эффективную теплопроводность и коэффициент К, связанный с миграцией подземной воды.
5. Повторный расчет математической модели с уточнением тепловой мощности одной скважины и общего их количества.
6. Коррекция проектных документов. Если провести тепловой тест скважины в ходе проектирования, то это повысит стоимость проекта, но уменьшит стоимость следующих стадий.

Отметим, что тепловое тестирование скважин позволяет понять их работу в грунтах с миграцией влаги. А использование математического моделирования дает возможность провести тепловой тест ВГТ и получить данные, близкие к реальным. Их уже можно использовать в расчетах и проектах.

Проектирование горизонтальных теплообменников

Горизонтальные теплообменники собирают тепло из грунта или воды с глубины большей, чем глубина промерзания, т. е. более 2 м.

Конструктивно используются два варианта укладки:

• Кольцами спиралей диаметром 0,5 — 1 м в траншею или котлован соответствующей ширины.
• Параллельными трубами через 0,8 – 1 м.

Площадь коллекторного «поля» должна быть размером двух- трехкратной отапливаемой площади здания. Используют трубы диаметром 32 или 40 мм из ПЭВД – полиэтилена высокого давления. При обычной теплопроводности грунта 15 – 18 Вт/кв. м с одного метра спирали 20 х 1 м получают около 2 кВт*ч тепла. При правильном проектировании и установке горизонтальный коллектор не промерзает. В зоне коллектора запрещены строительство, прокладка дорог и большие деревья. Трубы не ближе 1 м от водопровода и канализации.

Проектирование котельной (пример из проекта)

Важную роль в проектировании играет грамотно составленный план котельной. Ниже приводим примеры, как выглядит котельная в наших проектах. Вы увидите практически фото Вашей будущей котельной с детализацией до 1 мм.

Проектировщики EcoLogica более 10 лет разрабатывают системы на базе теплового насоса. Результат нашей деятельности – более 150 реализованных проектов (примеры можно посмотреть на странице Объекты). Обращайтесь и мы разработаем эффективную систему отопления с использованием теплового насоса для Вашего здания.