Проектиране геотермална инсталация
Как да се изчисли и да изберете термопомпа.
Ако говорим само за околните нискокачествени източници на топлина, за да бъдат използвани за отопление, е; температура на външния въздух от -3 до 15 ° С, изтеглени от въздуха в помещението (15-25 ° С) подземна (4-10 ° С) и земята (около 10 ° С) вода, езеро и речна вода (5-10 ° C), земната повърхност (под точката на замръзване) (3-9 ° с) и диаграма на дълбочина (повече от 6 m - 8 ° с).
Избор на топлината на околната среда (вътрешна област).
В изпарителя работната среда се изпомпва течност охладител при ниско налягане. Термично ниво температура изпарител околната среда, по-горе работния флуид съответната точка на кипене (хладилен агент се избира така, че да може да се вари дори при температури под нулата). Поради тази температурна разлика възниква околната среда за пренос на топлина, работната среда, която при тези температури кипи и се изпарява (преобразува в пара). Необходими за тази топлина се извлича от всеки по-горе изброени източник на топлина ниска степен.
За повече информация относно възобновяемите енергийни източници
Ако източникът на топлина е атмосферни обезвъздушител или прилага термопомпи оперира в съответствие с "въздух-вода". Помпата може да бъде разположен във или извън помещението, с вътрешен или външен кондензатор. Въздухът се продухва през топлообменника (изпарител) от вентилатор.
Видове хоризонталните топлообменници:
- топлообменни тръби, свързани последователно;
- топлообменник на паралелно свързан тръбите;
- хоризонтален колектор, посочено в изкопа;
- топлообменник в една линия;
- топлообменник във формата на спирала, поставен хоризонтално (така наречените «дебнещ» колектор);
- топлообменник във формата на спирала, разположени вертикално.
Отворени системи са по-често се използват за отопление или охлаждане на големи сгради. най-голямата геотермална teplonanosnaya система в света използва като източник на ниско-потенциална топлинна енергия на подпочвените води. Тази система се намира в град Луисвил (Louisville), Кентъки САЩ. Системата се използва за отопление и охлаждане на хотел и офис комплекс; Капацитетът му е около 10 MW.
Обърнете друг източник - езерце контур може да се положи на пластмасова тръба на дъното, веригата "вода-вода / затворена система." От циркулиращия тръбопровод етиленгликол (антифриз), който през топлообменника (изпарител) топлината трансфери помпа топлина към хладилния агент.
Грунд има способността да се натрупват слънчева енергия в дълъг период от време, който осигурява сравнително равномерна температура на източника на топлина през цялата година, и по този начин, по-висок коефициент на термично помпа реализация. Температурата в горните слоеве на почвата варира в зависимост от сезона. Под границата на замръзване тези колебания на температурата са значително намалени. Натрупаната топлина в почвата екстрахира от хоризонтално положена запечатан топлообменници, наричани земя резервоари, или чрез топлообменници вертикално поставен, така наречените геотермални сонди. Загрява се прехвърля в среда на вода и етиленгликол смес (физиологичен разтвор или среда), температура на замръзване на който трябва да бъде около -13 ° С (за да се вземат предвид данните на производителя). С тази саламура не замръзва по време на работа.
Следователно, има две възможности да получи нискокачествени топлина от земята. Хоризонталните полагане пластмасови тръби в дълбочина на изкопа 1.3-1.7 т, в зависимост от климатичните условия или вертикално и дълбочина 20-100 м. Натрупването тръби в изкопа, и може да се получи под формата на спирали, но с дълбочина на стифиране 2- 4 m, че значително ще намали общата дължина на изкопи. Максимална пренос на топлина повърхността на почвата в границите 7-25 Watt RM с геотермална 20-50 вата л.м. Според фирмите производители, срока на експлоатация на окопите и дупките са повече от 100 години.
От 1986 г., в Швейцария, близо до Цюрих, проведено изследване система с вертикални земята топлообменници. [4] Масивът е разположена неасфалтирани мръсотия вертикален топлообменник коаксиален дълбочина 105 м. Този топлообменник използва като източник на нисък потенциал топлинна енергия за teplonanosnoy, инсталирана в еднофамилна жилищна сграда. Вертикална топлообменника на земята топлина осигурява върхова мощност от около 70 вата на метър дължина, създавайки значително топлинно натоварване на околната почва масив. Годишното производство на топлинна енергия е около 13 MW • ч.
На разстояние от 0,5 до 1 м от главния отвор са пробити две допълнителни, при дълбочина на 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, са монтирани 85 и 105 m температурни сензори, след което ямките бяха изпълнени с глина-циментова смес. Температурата се измерва на всеки половин час. Също записва температура на почвата и други параметри: скорост на охлаждащата течност поток, консумацията на температурата на въздуха компресор диск, и др ...
математически модели на процеси са конструирани въз основа на експериментални данни, които се провеждат в земята масив, което прави дългосрочната прогноза на промени в температурата на масата на почвата.
Математическо моделиране показва, че годишният спад в температурата постепенно ще намалява, а обемът на почвената маса около топлообменника, податливи на намаляване на температурата, всяка година ще се увеличи. В края на периода на действие на процеса на регенерация започва, температурата на почвата започва да се покачва. Характер на процеса на регенерация е подобен на характера на "селекция" на топлина: рязко увеличение на температурата на почвата се появява в първите години на работа, и през следващите години, температурата се повиши намалява проценти. В период "регенерация" зависи от дължината на периода на действие. Тези два цикъла са приблизително еднакви. В този случай, по време на експлоатацията на подземните топлообменници в размер на тридесет години, а периодът на "възстановяване" също се оценява в тридесет години
По този начин, охлаждане на сгради, като се използват нискокачествени топлина от земята топлина и представляват надежден източник на енергия, която може да се използва универсално. Този код може да бъде използван за достатъчно дълъг период от време може да бъде подновено в края на периода на експлоатация.
Изчисление на хоризонтален колектор термопомпа
Минималното разстояние между съществуващите тръби трябва да бъде поне 0.7-0.8 м. Дължината на един изкоп може да варира от 30 do150m. Важно е, че дължините на свързани вериги са приблизително равни. В първичния охладител се препоръчва да се използва разтвор на етиленгликол (среда) с точка на замръзване от около -13 С в изчисленията, трябва да се отбележи, че специфичната топлина на разтвора при 0 ° С за 3.7 килоджаул / (кг · К) и плътност - 1 05 гр / см 3. при използване на среда, загубата на налягане в тръбите е 1.5 пъти по-голяма, отколкото за циркулация на водата. За да се изчисли параметрите на първичния контур на инсталацията на термопомпата е необходимо да се определи скоростта на потока на средата:
Vs = Qo · 3600 / (1,05 · 3,7 · .T),
където .T - температурна разлика между доставка и връщане линии, които често се приема за равен на 3 К. След Qo - топлинна мощност ниско потенциален източник (земя). Последната стойност се изчислява като разлика между общата мощност на термопомпата и QWP електрическа енергия, изразходвано за отопление на охлаждащата течност P:
Qo = QWP - P, кВт.
Общата дължина на колекторните тръби L и общата площ под него изчислява по формулата:
Тук р - специфични (с 1 m тръба) отвеждане на топлината; га - разстоянието между тръбите (стифиране стъпка).
Пример за изчисление. Термопомпи.
Първоначални условия: топлина търсенето вилна зона 120-240 м2 (изчислени като се вземат предвид загубите на топлина инфилтрация) - 13 кВт; температура на водата в отоплителната система взети равна на 35 ° С (отопление podpolovoy); Минимална температурата на охлаждащата течност на изхода на изпарителя - 0 ° С. За отопление на сградата е избрана капацитет термопомпа от 14.5 кВт редица съществуващи технологично оборудване, като се вземат предвид загубите на вискозитета на средата, подбора и прехвърлянето на топлинна енергия от субстрата е 3,22 кВт. отвеждане на топлината от повърхностния слой на почвата (суха глина), р е равно на 20 W / MP. В съответствие с формулите изчисли:
1) необходимата топлинна мощност Qo колектор = 14,5 - 3,22 = 11.28 кВт;
2) общата дължина на тръби L = Qo / р = 11,28 / 0020 = 564 лумена За да организира такива необходимите колектор схеми 6 100 m;
3) когато стифиране изисква стъпка 0,75 м площ А = 600 х 0,75 = 450 m2;
4) общо етиленгликол зареждане на Vs = 11,28 · 3600 / (1.05 · 3 · 3.7) = 3.51 m3, една верига е равна на 0,58 m3.
За колектор устройство вземете пластмаса размер тръба 32h3. Загубите на налягане в него възлизат на 45 Pa / MP. съпротивление верига - около 7 кРа; скорост на потока на охлаждащата течност - 0,3 м / сек.
изчисление на сонда
При използване на вертикална и дълбочина от 20 м до 100 те се потапят U-образна пластмаса (с диаметър 32 mm) тръба. Като правило, един и се добавя на две вериги, с разтвор на пълнене suspensnym. средната специфична отстраняване на топлина на сондата може да се приема като 50 W / MP. Можете също да отидете на следната данни за отвеждане на топлина:
- сухи утайки - 20 W / м;
- скалния почва и вода наситен седиментни скали - 50 W / m;
- камък скала с висока топлопроводимост - 70 W / m;
- подпочвените - 80 W / m.
Температурата на почвата на дълбочина над 15 m е постоянна и е около 9 ° С Разстоянието между отворите трябва да бъде повече от 5 м. В присъствието на подземни токове, кладенци трябва да са разположени по линия, перпендикулярна на потока.
Избор на диаметъра на тръбата се извършва въз основа на загубата на налягане за желаната скорост на потока на охлаждащата течност. Изчисляване на дебит може да се извърши за т = 5 ° С
Входни данни - същата като тази в по-горе изчисление хоризонтален колектор. Когато специфична топлина отстраняване сонда 50 W / M и изисква капацитет 11.28 кВт сонда дължина L трябва да възлиза на 225 m.
. За колектор устройство три ямки да бъдат пробити на дълбочина от 75 m на мястото на всяка от двете вериги тръба 32h3 размер; - 6 вериги на 150 m.
Общият поток на охлаждащата течност в .T = 5 ° С ще бъде 2,1 м3 / ч; протече през един път - 0,35 м3 / ч. Очертава ще имат следните хидравлични характеристики: загуба на налягане в тръбата - 96 Pa / m (отопление вода - 25% етилен гликол); верига импеданс - 14,4 кРа; скорост на потока - 0,3 м / сек.
Избор на оборудване
Тъй като температурата на охлаждащата течност може да варира (от -5 до 20 ° С) в първичния контур на инсталирането на термопомпа изисква хидравличен разширителен съд.
Препоръчваме също отоплението (кондензатор) на резервоара за съхранение линия на термопомпата: компресора на термопомпата работи в режим "включване-изключване". Твърде често започва могат да доведат до ускорено износване на частите му. Резервоарът е полезен и като енергиен магазин - на прекъсването на захранването. Нейният минимален обем се получава от скоростта на 20-30 литра на 1 киловатчас топлина помпа.
При използване на bivalentsii, втори източник на енергия (електрическа, газ, течности или котел на твърдо гориво), той е свързан с веригата чрез резервоара за съхранение, което също е termogidroraspredelitelem, включването на котела се контролира от термопомпа или система горното ниво автоматизация.
В случай на възможни тока може да се увеличи мощността на топлинната помпа инсталирана на коефициента изчислява по формулата: F = 24 / (24 - T изключен), където никой т - продължителност на прекъсване на захранването.
В случай на възможно отпадане на захранването за 4 часа, този коефициент е равен на 1,2.
Силата на термопомпата може да бъде избран въз основа на едновалентна или двувалентна неговото действие. В първия случай се приема, че термопомпата се използва като единствен топлинен генератор на енергия.
В централен район на България условия за оценка при избора на термопомпата работи в двувалентна режим може да се ръководи от съотношението 70/30: 70% от изискването за топлина е покрита от термопомпата, а останалите 30 на - електрически или друг източник на топлина. В южните райони може да се ръководи от съотношението на силите на термопомпата и допълнителен източник на топлина, често се използва в Западна Европа: 50 до 50.
За къща 200 m2 в продължение на 4 хора с топлинни загуби от 70 W / m2 (на базата на -28 ° С температура на външния въздух) на потреблението на топлинна енергия ще бъде 14 кВт. Към това трябва да се добави стойност от 700 W до получаване на санитарна топла вода. В резултат на това необходимата мощност на термопомпата ще бъде 14,7 кВт.
Ако е възможно, временно спиране на тока е необходимо да се увеличи този брой по съответния коефициент. Да приемем ежедневния път - на 4 часа, след което силата на термопомпата да бъде 17,6 кВт (мултипликационен коефициент - 1.2). В случая на моно-режим термопомпа може да бъде избран като "праймиране вода" мощност 17.1 кВт, отнема 6.0 киловата мощност.
За двувалентен система с допълнителен електрически нагревател и студена вода на входа на 10 ° С за необходимостта за топла вода и коефициент на безопасност, мощността на топлинната помпа се 11,4 W, докато електрически котел - 6.2 кВт (общо - 17.6) , Потреблението върхов капацитет електрическа система на 9,7 кВт.
Приблизителната стойност на консумираната през сезона електричеството, когато термопомпата в моно-режим ще бъде 500 рубли. Двувалентно и при температура под (-10 ° С) - 12 500. Стойността на енергия чрез използване само на подходящо количество на котела: мощност - 42 000 дизелово гориво - 25 000 и газ - около 8000 рубли. (Ако Обобщавайки съществуващите тръби и ниски цени на природния газ, български). В момента, нашите условия за ефективност на термопомпата може да се сравни само с котела на новата серия на газ, както и за оперативните разходи, издръжливост, безопасност (не се изисква котелно помещение), както и опазването на околната среда е по-добър от всички останали видове производство на топлоенергия.
Имайте предвид, че по време на инсталацията на термопомпи, първо трябва да се грижи за топлоизолация на сгради и монтаж на прозорци с двоен стъклопакет с ниска топлопроводимост, които намаляват топлинните загуби на сградата, и следователно стойността на работата и оборудването.