Расчёт и установка коллектора для отопления

Конструктивные особенности гребенки отопления

c452b1ceff869faf66eb9f49dd365f18.jpgУстройство коллектора – это фактически две гребенки (подающая и обратная). Что может входить в его конструкцию:

  • Непосредственно гребенки;
  • Расходомеры;
  • Термоголовки;
  • Терхходовые клапана;
  • Гидрострелка;
  • Воздухоотводчик;
  • Краны;
  • Запорные вентили;
  • Оцинкованные кронштейны.

В зависимости от сложности узла и количества контуров комплектация и устройство могут меняться. Основные детали – это распределительная гребенка системы отопления, вентили и краны. Могут пригодиться и расходомеры, принцип работы которых – визуальная регулировка расхода теплоносителя, особенно для систем, в которых несколько контуров.

Коллектор можно сконструировать своими руками, для чего понадобятся полипропиленовые детали (трубы, тройники и т.п.) и набор запорной арматуры, а также любое другое устройство на усмотрение хозяев жилья. Полипропиленовые трубы нужно спаять. Можно использовать простейшую гребенку из нержавейки с отводами на одной стороне. Однако следует понимать, что, на первый взгляд, простая конструкция может потребовать сложного ремонта через небольшой промежуток времени или полной замены, что повлечет крупные расходы.

Совет! Не стоит экономить на гребенке отопления, так как это основа узла, лучше выбрать многофункциональную гребенку и поставить заглушки на ненужные патрубки и выходы, чем бесконечно ремонтировать своими руками коллектор.

Элементы схемы отопления

Современный обогрев, при котором задействуют коллекторы для отопления, предполагает создание большой конструкции, в состав ее входят следующие основные элементы:

  1. Источник тепловой энергии. Он является первой отправной точкой, от которой нагретый теплоноситель направляется в трубопроводы и радиаторы отопления. Мощность теплоагрегатов необходимо по возможности точно рассчитать, чтобы оборудование функционировало в соответствии со своим назначением.
    Процесс выбора котла и расчет его параметров очень важный момент при создании отопительной конструкции. Заниженный показатель мощности не даст работать схеме в полной мере, в результате чего в комнатах будет не достаточно тепло. Завышенная величина требуемой теплоотдачи приведет к перерасходу топлива, что потребует установки регулирующих элементов, а соответственно дополнительных финансовых расходов;
  2. Циркуляционный насос. Закрытой отопительной схеме с гребенкой требуется принудительная циркуляция теплоносителя. Для этого выполняют установку циркуляционных насосов в системе отопления, благодаря которым создается необходимое давление для передвижения нагретой жидкости, обеспечивается оптимальная температура, гарантирующая качественную работу.
    При выборе циркуляционного насоса, согласно инструкции, учитывают ряд параметров. Мощность двигателя циркуляционного прибора не относится к основным показателям, она всего лишь определяет количество энергии, потребляемую двигателем. Внимание следует уделять скорости и объему перекачиваемой жидкости за единицу времени.
    Выбирать насосы нужно очень тщательно. Дело в том, что для обеспечения качественного обогрева необходимо подбирать его с запасом по мощности, превышающем расчетные параметры примерно на 10 процентов, поскольку нередко владельцы недвижимости добавляют площадь обогрева, не делая замену циркуляционного прибора. 
  3. Коллектор для радиаторного отопления. Он является важным элементом системы теплоснабжения по аналогии с котлом или насосом. Именно коллектор для радиаторного отопления придает схеме «лучистость», поскольку выполняет функцию распределения и обеспечивает подачу жидкого теплоносителя на все батареи отопления.
    Для таких систем дополнительно используют различные запорно-регулирующие или терморегулирующие элементы. Благодаря коллектору, в каждой ветке отопительной конструкции удается обеспечить необходимый расход теплоносителя. Монтаж термометров и автоматических воздухоудалителей дополнительно гарантирует качественную работу теплосети без затрат (прочитайте также: «Монтаж систем отопления дома по правилам»).
    Подбор типа гребенки, а их выбор на отечественном рынке огромен, осуществляют в соответствии с планируемым количеством контуров обогрева и радиаторов отопления. Кроме этого,  различают в соответствии с материалом изготовления, их производят из стали, латуни или полимерных материалов. 
  4. Шкафы. Данный тип отопительной конструкции нуждается в том, чтобы скрыть его компоненты, такие как коллектор для отопления своими руками, трубопроводы, шаровые краны в специально оборудованные для этого ящики или шкафы. Их либо закрепляют снаружи, либо встраивают в стены. 

Как сделать тепловой насос своими руками

b5d0ace0925437aa879c3af2eed47cc4.jpgДостаточно высокой является стоимость теплового насоса, даже если не учитывать оплату услуг специалиста, который будет производить его монтаж. Не все имеют достаточные финансовые возможности, чтобы сразу оплатить установку такого оборудования. В этой связи многие начинают задаваться вопросом, а можно ли сделать тепловой насос своими руками из подручных материалов? Это вполне возможно. К тому же при работах можно использовать не новые, а б/у запчасти.

Итак, если вы решили создать тепловой насос своими руками, то прежде чем приступать к работам, необходимо:

  • проверить состояние проводки в вашем доме;
  • убедиться в работоспособности электросчетчика и проверить, чтобы мощность этого прибора была не менее 40 ампер.

Первым делом необходимо приобрести компрессор. Купить его можно в специализированных компаниях или обратившись в мастерскую по ремонту холодильного оборудования. Там вы можете приобрести компрессор от кондиционера. Для создания теплового насоса он вполне подойдет. Далее его необходимо закрепить на стене, используя кронштейны L-300.

Теперь можно переходить к следующему этапу — изготовлению конденсатора. Для этого необходимо найти бак из нержавейки для воды объемом до 120 литров. Он разрезается пополам, а внутри него устанавливают змеевик. Изготовить его можно своими руками, используя для этого медную трубку от холодильника. Или же можно создать его из медной трубы небольшого диаметра.

Чтобы не испытывать проблем с изготовлением змеевика, необходимо взять обычный газовый баллон и намотать на него медную проволоку

Во время этой работы необходимо обращать внимание на расстояние между витками, которое должно быть одинаковым. Чтобы трубка была зафиксирована в таком положении, следует воспользоваться алюминиевым уголком с перфорацией, который применяют для защиты углов шпаклевки

Используя витки, трубки следует расположить так, что витки проволоки находились напротив отверстий в уголке. Это позволит обеспечить одинаковый шаг витков, а помимо этого конструкция будет достаточно прочной.

Когда змеевик установлен, две половинки подготовленного бака соединяют при помощи сварки. При этом нужно позаботиться об вваривании резьбовых соединений.

Для создания испарителя можно использовать пластмассовые емкости для воды общим объемом 60 – 80 литров. В неё монтируется змеевик из трубы диаметром ¾ дюйма. Обычные водопроводные трубы можно использовать для доставки и слива воды.

На стене при помощи L-кронштейна нужного размера выполняется закрепление испарителя.

Когда все работы завершены, остается только пригласить специалиста по холодильному оборудованию. Он соберет систему, выполнит сварку медных трубок и закачает фреон.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления тн «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет

При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU)

e24ac38c18c8414f2b1a1b595d9d438d.jpgОтопительная мощность аппарата больше холодильной и равна сумме двух параметров — производительность плюс тепло, выделяемое компрессором

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам дополнительные пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника).
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Литература.

  1. В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. Учебник по холодильной технике: Пер. с франц. – М.: Издательство Московского Университета, 1998. – 1142 с., ил.
  2. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. – М.:Энергоиздат, 1982. – 224 с., ил.
  3. Эль Садин Хасан. Выбор оптимальных параметров системы теплохолодоснабжения жилого дома//Холодильная техника, 2003, №3, с.18–21.
  4. Овчаренко В.А. Овчаренко А.В. Використання теплових насосів//Холод М+Т, 2006, №2 с. 34–36.
  5. Пять шагов на пути к избавлению от метановой зависимости//Отопление Водоснабжение Вентиляция + кондиционеры, 2006, №1, с. 30–41.
  6. Бондарь Е.С., Калугин П.В. энергосберегающие системы кондиционирования воздуха с аккумуляцией холода//С.О.К., 2006, №3, с. 44–48.
  7. Viesmann.Системы тепловых насосов. Инструкция по проектированию.5829 122-2 GUS 2/2000
  8. Белова. Системы кондиционирования с чиллерами и фанкойлами

Реклама


Формула расчета

b10c4e8294dcd95c53a30f38e701f56f.jpgВ виде формулы правило площадей будет выглядеть так:

S0 = S1 + S2 + S3 + Sn,

где S0 – это площадь сечения гребенки,

S1-Sn – площади сечений отходящих веток.

Трубопроводы, входящие в гидроколлектор, в расчет не берутся.

Эту формулу можно привести в более понятный вид, вспомнив школьный курс геометрии. Сечение рассчитывается по формуле S = π * r², но для простоты и удобства расчет коллектора лучше производить через диаметр: S = π * d2/4. Следуя этой формуле, исходное равенство преобразуется в такую конструкцию:

π * d02/4 =  π * d12/4 + π * d22/4 + π * d32/4 + π * dn2/4,

где d0 обозначает диаметр гребенки,

d1-dn – внутренние размеры отводящих веток.

c901df5716e2084d76a320d30d3a4487.jpgСократив число Пи и занеся все под знак квадратного корня, можно значительно упростить расчеты:

d0=2 * √(d1²/4 + d2²/4 + d3²/4 + dn²/4).

Так выводится универсальная формула, подходящая для того, чтобы рассчитать гидроколлектор любой сложности и конфигурации. Если все отходящие ветки отопления имеют одинаковый размер, равенство упрощается еще сильнее:

d0=2 * √(d1²/4*N),

где N обозначает количество отводящих от гребенки веток.

Помимо размеров труб коллектора, нужно также учесть расстояния между ними. Так, расстояние между входной и выходной группами веток должно равняться шести диаметрам, а ветки отопительных контуров должны быть удалены друг от друга на три размера.

Основные характеристики и расчет мощности теплового насоса

Общая рациональность установки теплонасоса для отопления дома оцениваются, прежде всего, по финансовым тратам. Сюда входят:

  • цена покупки оборудования;
  • стоимость монтажа, которая может включать земельные работы;
  • траты на периодическое обслуживание;
  • примерная стоимость ликвидации частых неполадок.

Выбор модели по мощности, как было сказано выше, базируется на общей потребности в теплообеспечении. Примерный расчет для одноэтажного дома 10х10 метров (300 кубометров объема) выглядит примерно так:

  • учитывается максимальная отрицательная зимняя температура (-20);
  • определяется разница между комнатой и окружающей средой (20 — -20 = 40);
  • высчитываются теплопотери стен, по справочным данным их материала (для кирпича табличное значение 1, теплопотери — 1х300х40 — 12000 килокалорий в час или 13,5 кВт).

Полученная цифра — показатель минимальной мощности теплового насоса, которого хватит для отопления дома. Для выбора оптимальной модели характеристику нужно увеличить минимум на 50%. Это делается из-за того, что теплонасосу зимой придется работать в неоптимальных условиях, близко к нижней точке нулевой эффективности по температуре окружающей среды. Полученная цифра для рассматриваемого примера — около 20 кВт.

Вторая часть расчета — выбор емкости накопительного бака. Данную часть системы рекомендуется устанавливать, чтобы теплонасос мог работать ограниченное число циклов в сутки. В документации к оборудованию приводятся рекомендации по объему теплоаккумулятора для определенного показателя цикличности. Среднестатистическая цифра — 30 литров на киловатт при 3 запусках, 20 литров — при 5 запусках. Таким образом, для дома в рассматриваемом примере понадобится бак накопителя минимум в 400 литров для пяти циклов работы теплонасоса в сутки.

Работа теплового насоса при работе по схеме грунт-вода

Укладку коллектора в грунт можно произвести тремя способами.

Горизонтальный вариант

f1ba710caa824e4b06c815cf097d9e57.jpgТрубы укладываются в траншеи «змейкой» на глубину, превышающую глубину промерзания грунта (в среднем – от 1 до 1,5 м).

Для такого коллектора потребуется участок земли достаточно большой площади, но зато его может построить любой домовладелец – никаких навыков, кроме умения работать лопатой, не понадобится.

Следует, правда, учесть, что сооружение теплообменника ручным способом – довольно трудоемкий процесс.

Вертикальный вариант

Трубы коллектора в виде петель, имеющих форму литеры «U», погружаются в скважины глубиной от 20 до 100 м. При необходимости можно построить несколько таких скважин. После установки труб скважины заливают цементным раствором.

Достоинство вертикального коллектора состоит в том, что для его строительства нужен совсем небольшой участок. Однако, пробурить скважины глубиной более 20 м самостоятельно нет никакой возможности – придется нанимать бригаду бурильщиков.

Комбинированный вариант

7eda2ba7d63e099a6dad40c03f14f79f.jpgЭтот коллектор можно считать разновидностью горизонтального, но для его строительства потребуется гораздо меньше места.

На участке выкапывается круглый колодец глубиной от 2-х м.

Трубы теплообменника укладываются спиралью, так что контур представляет собой как бы вертикально установленную пружину.

По завершении монтажных работ колодец засыпают. Как и в случае с горизонтальным теплообменником, весь необходимый объем работ можно произвести своими руками.

Коллектор заполняется антифризом – тосолом или раствором этиленгликоля. Для обеспечения его циркуляции в контур врезается специальный насос. Вобрав в себя тепло грунта, антифриз поступает к испарителю, где происходит теплообмен между ним и хладагентом.

Следует учесть, что неограниченный отбор тепла из грунта, особенно при вертикальном расположении коллектора, может привести к нежелательным последствиям для геологии и экологии участка. Поэтому в летний период ТН типа «грунт — вода» весьма желательно эксплуатировать в реверсивном режиме — кондиционирование.

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов он составляет 20 Вт.м.п. Более точно: сухой песок – 10, сухая глина – 20, влажная глина – 25, глина с большим содержанием воды – 35 Вт.м.п. Разницу температуры теплоносителя в прямой и обратной линии петли при расчетах, принимают обычно 3 °С. На участке коллектора, не следует возводить строений, чтобы тепло земли, т.е. наш источник энергии, пополнялся энергией за счет солнечной радиации.

Минимальное расстояние между проложенными трубами должно быть не менее 0,7–0,8 м

Длина одной траншеи может колебаться от 30 до150м., важно чтобы длины подключаемых контуров были примерно одинаковыми. В качестве теплоносителя первичного контура рекомендуется использовать раствор этиленгликоля (медиум) с точкой замерзания примерно -13 оС. В расчетах следует учесть, что теплоемкость раствора при температуре 0°С составляет 3,7 кДж/(кг·К), а плотность – 1,05 г/см3

При использовании медиума, потеря давления в трубах в 1,5 раза больше, чем при циркуляции воды. Для расчета параметров первичного контура теплонасосной установки потребуется определить расход медиума:

Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·.t),
где .t – разность температур между подающей и возвратной линиями, которую часто принимают равной 3 оК. Тогда Qo – тепловая мощность, получаемая от низкопотенциального источника (грунт). Последняя величина рассчитывается как разница полной мощности теплового насоса Qwp и электрической мощности, затрачиваемой на нагрев хладагента P:
Qo = Qwp – P, кВт.
Суммарная длина труб коллектора L и общая площадь участка под него A рассчитываются по формулам:
L = Qo/q,
A = L·da.
Здесь q – удельный (с 1 м трубы) теплосъем; da – расстояние между трубами (шаг укладки). Пример расчета. Теплового Насоса.
Исходные условия: теплопотребность коттеджа площадью 120–240 м2 (из расчета тепловых потерь с учетом инфильтрации) – 13 кВт; температура воды в системе отопления принимаем равной 35 °С (подполовой обогрев); минимальная температура теплоносителя на выход в испаритель – 0 °С. Для обогрева здания выбран тепловой насос мощностью 14,5 кВт из существующего технического ряда оборудования, с учетом потерь на вязкости медиума, при отборе и передаче тепловой энергии из грунта, составляет 3,22 кВт. Теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина), q равняется 20 Вт/м.п. В соответствии с формулами рассчитываем:
1) требуемая тепловая мощность коллектора Qo = 14,5 – 3,22 = 11,28 кВт;
2) суммарную длину труб L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 м.п. Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по 100 м;
3) при шаге укладки 0,75 м необходимая площадь участка А = 600 х 0,75 = 450 м2;
4) общая заправка этиленгликолевого раствора Vs = 11,28·3600/ (1,05·3,7·3) = 3,51 м3, в один контур равен 0,58 м3.
Для устройства коллектора выбираем пластиковую трубу типоразмера 32х3. Потери давления в ней составят 45 Па/м.п.; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость протока теплоносителя – 0,3 м/с.

Для чего нужен коллектор

d86a5eadeb7d36aa604a4d94998261ee.jpgБазовые функции коллектора на отопление:

  • Распределение теплоносителя для различных контуров;
  • Возврат охлажденного обратного потока в нагреватель;
  • Удаление из системы воздуха;
  • Выравнивание давления;
  • Очистка теплоносителя от ржавчины и накипи;
  • Возможность отключать элементы контура;
  • Аварийное отключение отопления.

Гидравлический узел незаменим в загородных домах, в которых несколько этажей и на каждом предусмотрен отдельный отопительный контур. Гидроколлектор устанавливается, например, в подвальном помещении и регулирует обеспечение жилого дома теплом в каждой комнате. Если понадобится ремонт на отдельном участке системы, то на гребенке отопления просто перекрывается нужный вентиль.

Методика расчета тепловых насосов

Безусловно, процесс выбора и расчет теплового насоса является весьма сложной в техническом отношении операцией и зависит от индивидуальных особенностей объекта, но ориентировочно он может быть сведен к следующим этапам:

Определяются теплопотери через ограждающие конструкции здания (стены, перекрытия, окна, двери). Сделать это можно, применив следующее соотношение:

Qок = S*( tвн – tнар)* (1 + Σ β ) *n / Rт    (Вт)    где

tнар – наружная температура воздуха (°С);

tвн – внутренняя температура воздуха (°С);

S – суммарная площадь всех ограждающих конструкций (м2);

n – коэффициент, указывающий  влияние окружающей среды на характеристики объекта. Для помещений, напрямую контактирующих через перекрытия с наружной средой n=1; для объектов, имеющих чердачные перекрытия n=0,9; если же объект размещен над подвальным помещением n = 0,75;

β – коэффициент добавочных теплопотерь, который зависит от типа строения и его географического расположения  β может варьироваться от 0,05 до 0,27;

Rт – теплосопротивление, определяется по следующему выражению:

Rт = 1/ αвнутр + Σ ( δі / λі ) + 1/ αнар  (м2*°С / Вт), где: 

δі / λі – расчетный показатель теплопроводности применяемых при строительстве материалов.

αнар– коэффициент теплового рассеивания наружных поверхностей ограждающих конструкций(Вт/ м2*оС);

αвнутр– коэффициент теплового поглощения внутренних поверхностей ограждающих конструкций(Вт/ м2*оС);

— Рассчитываются суммарные теплопотери сооружения по формуле:

Qт.пот = Qок + Qи – Qбп , где:

Qи — затраты энергии на подогрев воздуха поступающего к помещению через естественные неплотности;

Qбп —  выделения тепла за счет функционирования бытовых приборов и деятельности людей.

     2. На основании полученных данных рассчитывается годичное потребление тепловой энергии для каждого индивидуального объекта:

Qгод = 24*0.63*Qт. пот.*(( d*( tвн — tнар.ср.)/ ( tвн — tнар.))    (кВт/час за год.) где:

tвн – рекомендуемая температура воздушной среды внутри помещения;

tнар – наружная температура воздуха;

tнар.ср – среднеарифметическое значение температуры наружного воздуха за весь отопительный сезон;

d – число дней отопительного периода.

     3. Для полного анализа потребуется рассчитать и уровень тепловой мощности необходимой для разогрева воды:

Qгв = V * 17  (кВт/час за год.) где:

V –объем каждодневного нагрева воды до 50 °С.

Тогда суммарный  расход тепловой энергии определится по формуле:

Q = Qгв + Qгод (кВт/час за год.)

Принимая во внимание полученные данные, подобрать наиболее подходящий тепловой насос для отопления и горячего водоснабжения не составит большого труда. Причем расчетная мощность определится как . Qтн=1,1*Q, где:

Qтн=1,1*Q, где:

1,1 – корректирующий коэффициент, указывающий возможность увеличения нагрузки на тепловой насос в период возникновения критических температур.

b36dbc4cd7238849da177e942aa3c88b.jpg

Выполнив расчет тепловых насосов можно подобрать наиболее подходящий тепловой насос, способный обеспечить требуемые параметры микроклимата в помещениях с любыми техническими характеристиками. А учитывая возможность интеграции указанной системы с климатической установкой теплый пол можно отметить, не только ее функциональность, но и высокую эстетическую стоимость. 

Читать еще:

Как производится расчет вентиляции помещений

Как выбрать утеплитель для дома

Материалы для стен дома

О том как правильно рассчитать кол-во и глубину скважин для ТН можно узнать из следующего видео:

Если Вам понравился материал буду благодарен, если порекомендуете его друзьям или оставите полезный комментарий.

Определение максимального расхода

Общая потребность в необходимой энергии за используемый период QDPB (кВт∙ч) определяется так:

QDPB = NNE ∙ QDPBNNE,

где QDPBNNE – потребность в единице энергии за выбранный период в кВт∙ч; NNE – количество пользователей с одинаковым потреблением.Исходя из общей потребности в энергии, рассчитывается количество энергии непосредственно для нагрева питьевой воды (энергии для ГВС) для используемого периода VDP (л):

38e657dd119c8a35e300a97f8b47d5d1.jpgгде сw – удельная теплоемкость (для воды равен 1,163 Вт∙ч/кг∙K); tsoll – заданная температура горячей воды; tcw – температура холодной воды.

При расчете потребления энергии необходимо также учитывать потери тепла через теплоизоляцию и от подмешивания холодной воды.

Потери рассеиванием через теплоизоляцию указаны в технической документации накопительной емкости.

Как правило, величину потерь при подмешивании холодной воды и снижения полезного объема накопительной емкости принимают в пределах 15–20% от номинального объема емкости.

Таким образом, минимальный объем накопительной емкости VSp-мин (л) рассчитывается по формуле:

VSp-мин = VDP ⋅ 1,15,

где 1,15 – 15% потери при перемешивании с холодной водой.

Следующим шагом является расчет необходимой мощности теплового насоса для горячего водоснабжения QWP (кВт). Этот расчет является необходимым для определения нагрузки ГВС за выбранный период водоразбора.

2ad66d568a6329bf3bc4ecef53747eba.jpg

где VSp – объем накопительной емкости (л); Taufh – время разогрева емкостного водонагревателя.

Если время разогрева водонагревателя небольшое, то необходимо, исходя из максимальной производительности теплового насоса, определить следующее: увеличивать объем накопительной емкости либо использовать дополнительный теплогенератор? Второй вариант является более предпочтительным, особенно для многоквартирных домов с большими пиками водоразборов, чем увеличение первичной мощности теплового насоса, влекущей за собой повышение инвестиционных издержек.

При определении максимальных периодов водоразбора производится расчет мощности теплового насоса для ГВС QWP (кВт), исходя не только из номинальной нагрузки в течении дня, но и с учетом пикового поправочного числа.

QWP > QDPT⋅NNE.

где NNE – поправочное число периода максимального водоразбора; QDPT – мощность дневного потребления в кВт.

Таким образом, этапы оценки включают:

  1. установка профиля нагрузки;
  2. установка потребности в энергии для самого длительного периода;
  3. расчет теоретического объема накопительной емкости для самого длительного периода;
  4. определение реального объема с учетом теплопотерь через изоляцию и с подмеса;
  5. определение необходимой мощности теплового насоса на отопление;
  6. проверка соответствия мощности насоса периоду максимального водоразбора.

Упрощенный подход

Для коттеджей со стандартным санитарным оборудованием расчет мощности теплового насоса можно провести по упрощенной схеме: на 1 человека ежедневно принимается 25 л (60°C). Согласно минимальному объему рассчитывается температура подачи. Таким образом, объем накопителя (общий) в литрах:

VSp = Vtsoll.

Требуемый объем ГВС при tsoll (л):

7d0127ce30cf851155dd2b437b3fd317.jpg

где VDP60 – требуемый объем ГВС при 60°C в литрах.

Выбор места и установка

fc37d57c4ae4037d460f8c1e80880c01.jpgКоллектор для комбинированной системы отопления нужно устанавливать в сухом месте, любое устройство в его комплектации имеет в составе металл и нельзя подвергать его опасности коррозии. Принцип работы узла – забор теплоносителя, распределение и сбор, поэтому логично монтировать коллектор для отопления рядом с котлом.

Стена, на которой будет установлен шкаф, должна быть выровнена, чтобы в дальнейшем не производились грязные работы по оштукатуриванию. Если планируется встроенный узел, то в стене необходимо заранее вырезать отверстие по размерам будущего шкафа и установить его. При монтаже наружного узла, в зависимости от вида шкафа, можно сначала установить гребенку и подвести к ней трубы контуров либо первично монтировать коробку и затем уже своими руками собирать коллектор.

Последовательность действий по установке узла своими руками:

1Монтаж трубопровода;
2Установка шкафа;
3Сборка узла;
4Проверка работы системы.

Для проведения дальнейших ремонтных работ узел необходимо закрыть, чтобы избежать попадания грязи на соединения.

Расчет узла

050860be3ea354622de9dd5a2749b6ab.jpgПрежде чем составить чертеж узла, необходимо рассчитать количество отопительных контуров: радиаторных, теплого пола, нагрева воды для бытовых нужд. У каждого контура имеется подача и обратка теплоносителя, соответственно, рассчитывается схема с двумя гребенками и необходимым количествам патрубков входа и выхода.

Далее нужно сделать предварительный чертеж гребенки. Принцип расчета диаметра гребенки подразумевает использование общепринятой формулы (как пример используется 4-х контурный узел):

D0 = D1 + D2 + D3 + D4, где

D0 – диаметр трубы гребенки,

D1…4 – диаметры сечения отводящих патрубков.

Формула универсальна и при изготовлении коллектора своими руками.

Затем составляется окончательная схема узла, где точно указана каждая группа трубопровода и дополнительные устройства.

Коллектор для отопления желательно устанавливать в специальном шкафу. Назначение шкафа – скрыть узел, закрыть несанкционированный доступ и предоставить возможность декорировать помещение без препятствий.

Модель шкафа может быть наружной или встроенной. Исходя из составленного чертежа, нужно рассчитать ширину гребенки плюс размеры дополнительных устройств (гидравлический насос, гидрострелка и т.д.), затем определиться с высотой расположения гребенки – это будет минимальная высота шкафа. Обязательно нужно прибавить к полученным размерам до 50 см и выбирать шкаф согласно этим параметрам либо сделать его своими руками.

Особенности лучевой схемы коллекторов для отопления

Оптимальной может считаться схема коллектора отопления из полипропилена, которая изображена на фото, в том случае, когда дом имеет несколько этажей или в здании насчитывается большое количество комнат и подсобных помещений. 

Если в данной ситуации установить коллектор отопительный, тогда можно значительно увеличить работоспособность конструкции. Тем самым удастся обеспечить максимальный уровень теплопередачи и существенно сократить теплопотери. Принцип функционирования оборудования при варианте обогрева, реализуемом с использованием коллектора, отличается простотой и наличием определенных особенностей. Читайте также: «».

Так, схема подключения коллектора отопления подразумевает, что он будет установлен на каждом этаже (иногда их может быть несколько), а уже от него производится разводка труб. Как правило, инструкция предусматривает, что монтаж элементов отопительной системы выполняется в стены или цементную стяжку. 

 

Составлять проект отопительной конструкции и ее разветвления следует перед началом ремонтных работ, чтобы потом не портить основание для укладки напольного покрытия. 

3bbdcf26c2f03225e6cd0fa956a1d967.jpg

Немного подробнее о вертикальных грунтовых теплообменниках.

С 1986 года в Швейцарии, недалеко от Цюриха, проводились исследования системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками [4]. В грунтовом массиве был устроен вертикальный грунтовой теплообменник коаксиального типа глубиной 105 м. Этот теплообменник использовался в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии для теплонаносной системы, установленной в одноквартирном жилом доме. Вертикальный грунтовой теплообменник обеспечивал пиковую мощность примерно 70 Вт на каждый метр длины, что создавало значительную тепловую нагрузку на окружающий грунтовой массив. Годовое производство тепловой энергии составляет около 13 МВт•ч.
На расстоянии 0,5 и 1 м от основной скважины были пробурены две дополнительных, в которых на глубине в 1, 2, 5, 10, 20, 35, 50, 65, 85 и 105 м установлены датчики температуры, после чего скважины были заполнены глинисто-цементной смесью. Температура измерялась каждые тридцать минут. Кроме температуры грунта фиксировались и другие параметры: скорость движения теплоносителя, потребление энергии приводом компрессора температура воздуха и т. п.

Первый период наблюдений продолжался с 1986 по 1991 год. Измерения показали, что влияние тепла наружного воздуха и солнечной радиации отмечается в поверхностном слое грунта на глубине до 15 м. Ниже этого уровня тепловой режим грунта формируется главным образом за счет тепла земных недр. За первые 2-3 года эксплуатации температура грунтового массива, окружающего вертикальный теплообменник, резко понизилась, однако с каждым годом понижение температуры уменьшалось, и через несколько лет система вышла на режим, близкий к постоянному, когда температура грунтового массива вокруг теплообменника стала ниже первоначальной на 1-2 °C.

Осенью 1996 года, через десять лет после начала эксплуатации системы, измерения были возобновлены. Эти измерения показали, что температура грунта существенным образом не изменилась. В последующие годы были зафиксированы незначительные колебания температуры грунта в пределах 0,5 °C в зависимости от ежегодной отопительной нагрузки. Таким образом, система вышла на квазистационарный режим после первых нескольких лет эксплуатации.

На основании экспериментальных данных были построены математические модели процессов, проходящих в грунтовом массиве, что позволило сделать долгосрочный прогноз изменения температуры грунтового массива.

Математическое моделирование показало, что ежегодное понижение температуры будет постепенно уменьшаться, а объем грунтового массива вокруг теплообменника, подверженного понижению температуры, с каждым годом будет увеличиваться. По окончании периода эксплуатации начинается процесс регенерации: температура грунта начинает повышаться. Характер протекания процесса регенерации подобен характеру процесса «отбора» тепла: в первые годы эксплуатации происходит резкое повышение температуры грунта, а в последующие годы скорость повышения температуры уменьшается. Продолжительность периода «регенерации» зависит от продолжительности периода эксплуатации. Эти два периода примерно одинаковы. В рассматриваемом случае период эксплуатации грунтового теплообменника равнялся тридцати годам, и период «регенерации» также оценивается в тридцать лет

Таким образом, системы тепло- и холодоснабжения зданий, использующие низкопотенциальное тепло земли, представляют собой надежный источник энергии, который может быть использован повсеместно. Этот источник может использоваться в течение достаточно длительного времени и может быть возобновлен по окончании периода эксплуатации.

Преимущества лучевой системы теплоснабжения

c1eef15368fea7142a305b770de548e8.jpgПри сравнении лучевой системы (когда используется промышленный или самодельный коллектор отопления) с классическими аналогами ее преимущества выглядят следующим образом: 

  • имеется возможность выполнить скрытый монтаж различных элементов оборудования для теплоснабжения строения;
  • отсутствуют места соединений на участке, где произведен монтаж коллектора отопления и вплоть до радиаторов отопления;
  • несложные работы по установке составляющих элементов, в результате чего работу можно выполнить самостоятельно, не имея соответствующих навыков. В процессе монтажа число соединений минимально и сборка выполняется в кратчайшие сроки; 
  • стабильная работа системы обусловлена невозможностью гидравлических ударов, что актуально для хозяев, решивших установить дорогие отопительные приборы;
  • быстрая замена пришедших в негодность элементов, например, трубопроводов, без проведения сложных монтажных работ и разрушения поверхности бетонной стяжки. Достаточно будет отключить луч, нуждающийся в ремонте, и устранить появившийся дефект, не отключая системы теплоснабжения;
  • доступная стоимость оборудования и комплектующих изделий;
  • упрощенный монтаж;
  • проектировка системы выполняется в кратчайшие сроки на основе вычислений ее параметров, включая расчет коллектора отопления;
  • совместимость с другими источниками тепловой энергии, в том числе альтернативными. 

Подобное решение часто касается солнечных коллекторов. Применение гребенок и этого альтернативного вида тепла вполне возможно, но оно имеет недостатки, над которыми не один год работают специалисты (прочитайте: «Распределительная гребенка системы отопления — назначение и принцип работы»). 

В итоге можно сделать следующий вывод: лучевую разводку системы отопления с использованием коллекторов можно считать наиболее высокоэффективной, производительной и недорогой конструкцией теплоснабжения из всех, которые имеются на сегодняшний день на отечественном рынке. Применяется подобная схема в зданиях любого назначения, начиная от крупных строений и заканчивая собственными домами. Читайте также: «».

О самостоятельном монтаже коллектора для отопления на видео:

Выбор правильного диаметра труб

dc22d16efd6a86899379f0043bd81b64.jpgРазобрать схему расчета диаметра гребенки недостаточно для того, чтобы собрать эффективный гидроколлектор. Нужно также понять, какого диаметра должны быть трубы, чтобы баланс системы соблюдался. Основан подбор труб на их внутреннем диаметре, от которого зависит площадь сечения и пропускная способность, то есть количество воды, которое может пройти через систему отопления за единицу времени.

Считается, что для обеспечения комфортной температуры ветки, отходящие от коллектора, должны отдавать 1 кВт тепла на каждые 10 м2 помещения. Обычно предусматривают 20% запас на случай чрезмерных заморозков, то есть нужно 1,2 кВт на каждые 10 м. Учитывая, что оптимальная скорость движения теплоносителя равна 0,4-0,7 м/с, а ее температура составляет 80 градусов, для помещения площадью 20 м2 нужны трубы сечением около 10 мм. Расход воды, покидающей гидроколлектор, при этом составит 110 л/час.

Расчет всех этих цифр ведется по сложной формуле, заменить которую проще таблицей. С помощью таблицы легко можно соотнести размер помещения с необходимым размером трубопроводов, зная нужную тепловую мощность системы.

Упрощенная же схема расчета выглядит так: D = √354∙(0,86∙Q:Δt):V, где:

  • D – диаметр трубы в сантиметрах;
  • Q – тепловая мощность отопления в киловаттах (1,2 кВт на каждые 10 м2);
  • Δt – разница температур на подаче из гребенки (80 градусов) и возврате (обычно 65-70 градусов);
  • V – скорость воды в м/с (0,4-0,7 м/с при оптимальном варианте).

Отдельно стоит отметить требуемую мощность насосного узла, устанавливаемого в гидроколлектор. Он заставляет воду циркулировать внутри системы отопления. Она основана на коэффициенте пропускной способности, которая, в свою очередь, зависит от расхода воды и диаметра труб и измеряется в м3/ч.

Вид и принцип работы коллектора на отопление

По большому счету, коллектор на отопление – это металлическая двухтрубная гребенка, у которой множество выводов, чтобы подключить нужное устройство. Одна труба регулирует подачу теплоносителя, другая – сбор обратки.

Размер гребенки может варьироваться в зависимости от количества контуров. Большой плюс в том, что в случае чего, при необходимости распределительный коллектор отопления можно усовершенствовать, нарастить секции для выводов, подключить дополнительные трубы.

Совет! Чтобы иметь возможность модернизировать гидравлический узел своими руками, необходимо изначально отвести для него площадь с «запасом». Это также пригодится в случае ремонта системы. При проектировании нужно разрабатывать чертеж с учетом удобного доступа к гребенке.

Расчет мощности теплового насоса

 

На сегодняшний день в наличии три тепловых насоса различной мощности — Henk — 120Н (380Вольт), Henk — 320 (380Вольт), Henk — 120 ЭКО (220Вольт)

О наличии уже готовых тепловых насосов Henk уточняйте по нашим телефонам.   

Расчет мощности геотермальных тепловых насосов

Телефон специалиста для расчета мощности теплового насоса 8 (915) 131-55-77

Чтобы иметь представление, о соотношении мощности теплового насоса с площадью дома, приведу только три варианта — самый слабый, средний и самый мощный тепловой насос.

 

На дом, площадью        100-120кв.м — компрессор Copeland ZR-28, потребляемая мощность до 1,7кВт

                                      200кв.м — компрессор Copeland ZR-48 (до 3,4кВт)

                                      300-330кв.м — компрессор Copeland ZR-81 (до 4,8кВт)

 

 Хочется добавить, что если у Вас однофазная сеть, то Copeland ZR-48 это крайний компрессор с обмоткой на 220 Вольт (т.е. дом до 200 кв.м.).  Если у Вас дом больше 200 кв.метров, а  трёх фаз нет, то решение есть!

Два компрессора с разнесённым пуском решают эту проблему. Двигатель  и  спирали компрессора смонтированы  в одном корпусе. Следовательно, охлаждение обмотки  мотора происходит  холодными парами фреона, поэтому можно легко, не боясь «подгружать» двигатель, проблем не будет! Другими словами можно снимать с компрессора большую мощность в период, например нагрева горячей воды или резкого похолодания и не выбирать переразмеренный  тепловой насос, для отопления дома, так сказать без запаса. Двигатели в компрессорах мотает Сименс…  без комментариев. 

  В тех случаях, когда потребляемая мощность насоса близка к выделенной электрической мощности дома (например, если на дом 200 кв. метров  выделено всего 3кВт), можно дополнить тепловой насос «приоритетным реле», которое будет приостанавливать работу насоса в пользу других «мощных»  потребителей (стиральная/посудомоечная машины, СВЧ, духовой шкаф).

      Возможно дополнение наших тепловых насосов блоками GSM, при помощи которых вы сможете контролировать и управлять насосом. Например, если Вы живете на даче только по выходным дням. Хотя на мой взгляд это не нужно. Еще никто не заказывал эту опцию.

Тепловые насосы, независимо от мощности, имеют большой срок службы и работают полностью в автоматическом режиме.  

 

      О сроках службы! 

e3e73515ffad6ea46be80a68fe19190a.jpg

 Приведу пример из личного опыта. В промышленном холоде «убить» спиральный компрессор (при грамотной теплообменной и  электрической обвязке) очень сложно! Он прощает ошибки монтажа, неправильную регулировку всей холодильной машины и т.д….

«Породистый» спиральный компрессор работает на отказ 10 — 15 лет! В отоплении он работает по полгода, следовательно, срок службы его в тепловом насосе составит 20-30 лет!

Именитые фирмы-производители так и пишут — 30 лет до замены компрессора (не обманывают :_)). Стоимость  «сердца» составляет 15 % от стоимости теплового насоса и замена, в случае чего, быстра и проста.

Замечено, тепловой насос обладает ещё и способностью согревать Ваши мысли, когда Вы находитесь далеко  от своего дома, например, на отдыхе. Потребляя относительно низкие токи, теплонасос выиграет у любых систем отопления по безопасности, необходимости обслуживания  и  «поглядывания» за ним.       

Обслуживание такого оборудования примитивно и заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.

Чтобы не переплачивать и подобрать оптимальную мощность теплового насоса именно для Вашего дома обращайтесь к нашим специалистам.

Расчет потребности в ГВС

Для оценки потребности в европейской практике существует несколько подходов. Для жилого сектора расчет проводится согласно немецкого строительного стандарта DIN 4708, ч. 2. Учитывая санитарно-бытовое оснащение квартир в многоквартирном доме или количество индивидуальных коттеджей, а также число проживающих и возможность одновременного открытия точек водоразбора, определяется потребительский индекс N. Этот показатель, наряду с производительностью котла и выходной характеристикой NL накопителя определяет основу проектирования горячего водоснабжения объекта.

Однако надо учитывать, что, к примеру, NL горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов отличается от аналогичного показателятрадиционных отопительных котлов.

Поэтому, в первую очередь, необходимо обращать внимание на такие важные факторы, как: суточный расход воды, максимальный (пиковый) расход, возможные потери и тепловая производительность выбранного теплового насоса для режимов отопления и ГВС. . Мощность приготовления горячей воды должна обеспечивать приоритет ГВС перед режимом отопления

Для определения полной нагрузки теплоснабжения необходимо, в первую очередь, рассчитать отопительную нагрузку. После этого определяют реальную нагрузку в период максимального водоразбора с учетом одновременного открытия точек водоразбора. Для европейского потребителя эти нормы представлены в EN 15450, глава E, на примере семьи из трех человек. С учетом величины максимальной нагрузки ГВС определяют пиковую производительность теплогенератора и максимальный объем накопительной емкости. Приблизительно устанавливается показатель ежесуточной потребности в горячем водоснабжении на 1 человека равный 1,45 кВт·ч. При расчете температуры подачи 60°C это соответствует 25 литрам на человека ежедневно. Зависит водоразбор и от нужд, на которые расходуется горячая вода (табл. 1), а также времени суток (табл. 2).

Мощность приготовления горячей воды должна обеспечивать приоритет ГВС перед режимом отопления. Для определения полной нагрузки теплоснабжения необходимо, в первую очередь, рассчитать отопительную нагрузку. После этого определяют реальную нагрузку в период максимального водоразбора с учетом одновременного открытия точек водоразбора. Для европейского потребителя эти нормы представлены в EN 15450, глава E, на примере семьи из трех человек. С учетом величины максимальной нагрузки ГВС определяют пиковую производительность теплогенератора и максимальный объем накопительной емкости. Приблизительно устанавливается показатель ежесуточной потребности в горячем водоснабжении на 1 человека равный 1,45 кВт·ч. При расчете температуры подачи 60°C это соответствует 25 литрам на человека ежедневно. Зависит водоразбор и от нужд, на которые расходуется горячая вода (табл. 1), а также времени суток (табл. 2).

Таблица 1. Расходы ГВС и их соотношение (согласно EN 15450)

Таблица 2. Средний расход на 1 семью (без ванны, 100 литров при 60°C)

Преимущества тепловых насосов и целесообразность их установки

Как заявлено в рекламе, главное преимущество тепловых насосов — экономичность отопления. В какой-то мере все работает именно так. Если теплонасос имеет среду отбора энергии, обеспечивающую оптимальные показатели температуры, установка работает эффективно, расходы на отопление снижаются примерно на 70-80%. Однако всегда есть случаи, когда теплонасос может быть нерациональным вложением средств.

Эффективность работы теплового насоса обуславливается следующими технологическими характеристиками:

  • параметр граничного предела снижения температуры рабочим телом;
  • минимальная разница в температурах внешнего обменника и окружающей среды, при которой отбор тепла крайне мал;
  • уровень потребления энергии и отдачи полезной тепловой мощности.

Целесообразность применения теплонасоса зависит от нескольких факторов.

  1. Территории, где такое оборудование не показывает хороших результатов — регионы с морозными зимами и низкими среднесуточными температурами. В этом случае, теплонасос просто не способен отобрать достаточно тепла из окружающей среды, вплотную приближаясь к зоне нулевой эффективности. В первую очередь, это касается систем воздух-воздух.
  2. При росте объемов отапливаемого пространства технологические параметры теплонасоса увеличиваются почти в геометрической прогрессии. Становятся габаритнее теплообменники, размер и количество зондов погружения в воду или землю увеличиваются. В определенной точке стоимость теплонасоса для отопления, необходимые траты на его монтаж и обслуживание, а также оплату потребленной мощности становятся просто нерациональными вложениями. Гораздо дешевле создать классическую газовую схему отопления с котлом.
  3. Чем сложнее система, тем дороже и проблематичнее ее ремонт в случае поломки. Это негативное дополнение к размеру отапливаемой площади и характеристикам климатической зоны.

Совет! В целом, использование теплового насоса в качестве единственного источника тепла для дома может рассматриваться только в ограниченном числе ситуаций. Всегда разумно применять систему комплексного обеспечения. Здесь количество возможных комбинаций ограничено только доступными источниками энергии и финансовыми возможностями владельца.

Классика — это тепловой насос и газовый/твердотопливный котел, работающие в связке. Идея проста: продукты сгорания топлива выводятся по широкой трубе. В ней располагается обменник теплонасоса. В системе отопления и горячего водоснабжения устанавливаются накопительные емкости и бойлер косвенного нагрева. Оборудование (котел и насос) активируется одновременно при падении температуры жидкости в распределительной сети. Работая в паре, они практически полностью утилизируют энергию сгорающего топлива, показывая близкие к максимуму показатели эффективности.

79ad9dfa4401cf8111703038d44039be.jpg

Система с адаптацией к характеристикам окружающей среды построена на термонасосе, вентиляторном блоке, тепловой пушке любого класса. При достаточно высокой температуре воздуха на улице (до -5…-10 градусов Цельсия) теплонасос работает в штатном режиме, обеспечивая достаточную отдачу мощности для отопления. Особенность конструкции системы — расположение его внешнего теплообменника в отдельном вентиляционном канале. При падении температуры на улице ниже оптимальной отметки подаваемый воздух нагревается тепловой пушкой (дизельной, электрической или газовой).

Особо стоит отметить: большинство схем, предусматривающих адаптацию к температуре воздуха или стабилизирующие параметры эксплуатации теплонасоса, применяются к устройствам класса воздух-воздух и воздух-вода. Другие системы, из-за изолированных в земле или воде внешних теплообменников не позволяют создания подобных «тепличных» условий работы.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

  1. В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.
  2. Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться в режиме обогрева.
  3. Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно получить COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.
  4. Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

e1bda79cbc5e020eebdf6907840c6407.jpgПрокладка внешнего контура ТН к водоему

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии необходимы определенные условия (на выбор):

  • водоем за 25—50 м от жилища, на большем расстоянии потребление электричества сильно вырастет за счет мощного циркуляционного насоса;
  • колодец либо скважина с достаточным запасом (дебетом) воды и место для слива (шурф, вторая скважина, сточная канава, канализация);
  • сборный канализационный коллектор (если вам позволят туда врезаться).

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.

На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

b9d7028b39df84ab835863e30eed6811.jpgСпособы отбора теплоты геотермальным ТН

Сборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант с горизонтальной раскладкой трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ с пробивкой скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Что такое тепловой насос, сфера его применения

Техническое определение теплового насоса — устройство для переноса энергии из одной области в другую с одновременным повышением результативности ее работы. Проиллюстрировать такую механику несложно. Представим ведро холодной воды и стакан горячей. Для их нагрева с определенной отметки тепла затрачено одинаковое количество энергии. Однако результативность ее применения — разная. Если одновременно снизить температуру ведра воды на 1 градус, полученной тепловой энергией можно довести жидкость в стакане практически до кипения.

4e68316dec38bf299eb954fb9c5d7c35.jpg

Именно по такой механике работает тепловой насос, с помощью которого можно сделать обогрев бассейна или полностью обеспечить отопление загородного дома. Установка переносит тепло из одной области в другую, в общем случае снаружи помещения вовнутрь. Вариантов применения такой техники множество.

  1. При определенных показателях мощности теплового насоса обогрев дома становится недорогим и эффективным.
  2. Легко сделать ГВС с тепловым насосом, используя бойлеры вторичного нагрева.
  3. При определенных усилиях и правильном проектировании доступно создание полностью автономной отопительной системы, питающейся от солнечных батарей.
  4. Большинство моделей тепловых насосов — приемлемый вариант для теплого пола, используемого в роли нагревательного контура.

Чтобы выбрать и приобрести подходящую систему нужно, прежде всего, правильно ставить стоящую перед ней задачу. И только после выдвигать требования к мощности и оценивать приемлемость отдельных типов тепловых котлов для удовлетворения всех потребностей.

Расчет теплового насоса

Для конструкции системы своими руками в первую очередь необходимо выполнить расчет с учетом потребностей в тепловой энергии (насосы могут дополнительно использоваться для обеспечения горячего водоснабжения дома) и возможных потерь. Алгоритм расчета состоит из следующих операций.

  1. Вычисляется площадь отапливаемого помещения.
  2. Основываясь на полученных значениях определяется общее количество энергии, необходимой для отопления исходя из расчета 70 — 100 ватт на квадратный метр. Параметр зависит от высоты потолков, материала изготовления и степени теплопроводности дома.
  3. При обеспечении горячего водоснабжения полученное значение увеличивают на 15 — 20 %.
  4. Исходя из полученной мощности выбирается компрессор, производится расчет и проектирование основных узлов системы: трубопроводной магистрали, испарителя, конденсатора, электрической помпы и других узлов.

Схема отопления частного дома с применением теплового насоса

Оптимальная схема применения теплонасоса для отопления дома включает в себя накопительный бак. Упрощенно это выглядит так:

cf40da148c83b3419febe415cd47fe55.jpg

Здесь блоки 1 и 2 — запорная арматура, которая решает задачу регулирования поступающих потоков тепла. Они могут быть ручного перекрытия потока или представлять собой автоматизированные термоголовки. Блок 3 — общий терморегулятор или система датчиков.

Работает отопление по следующему принципу:

  • тепловой насос отбирает тепло окружающей среды и нагревает воду;
  • жидкость поступает либо в теплообменник вторичного нагрева накопительной емкости, либо циркулирует в едином контуре;
  • система отопления строится по классическому принципу, ток воды в ней обеспечивается циркулярным насосом.

Приведенная на рисунке схема — минимальное оснащение дома. Она может быть легко дополнена. В частности, никто не мешает установить две емкости и использовать принцип вторичного нагрева жидкости. Одна из них — бойлер с тепловым насосом (установленный непосредственно на выходе последнего) — используется для горячего водоснабжения. А более объемный бак решает задачу подачи теплоносителя в систему отопления.

Отлично работает вариант отопления дома с теплонасосом, накопительной емкостью и системой теплый пол. В этом случае не нужно нагревать жидкость до высокой температуры. Оптимальный показатель для теплого пола — от 30 до 40 градусов. Схема отопления аналогична уже приведенной, только вместо радиаторов вода поступает на коллекторный узел с собственной регулировкой потока.

7947ac99aa6d2e3726fe47fe6e675b79.jpg

Сравнение текущих расходов на отопление для населения по состоянию на август 2008

  • Молдова
    Тарифы: 1000 м. куб. газа — 300 долл. США
    1 квт.ч. электроэнергии — 0,1 долл. США
    Для обычного чугунного напольного котла с кпд = 0,82 из 1000 м. куб. газа получим:
    1000 * 9,1 квт.ч. м. куб. * 0,82 = 7462 квт.ч. тепла
    Для суперсовременного конденсационного котла с кпд = 1,05 — 9555 квт.ч. тепла.
    Для получения такого же количества тепла с помощью среднеэффективного универсального ТН нужно в первом случае:
    7462 / 4,5 = 1658 квт.ч. электроэнергии стоимостью 166 долл.
    во втором:
    9555 / 4,5 = 2123 квт.ч., стоимостью 212 долл.
    Уменьшение затрат по сравнению со стоимостью газа (300 долл.) соответственно:
    (300 — 166) / 300 — 45%
    (300 — 212) / 300 — 29%
  • США (Вермонт)
    1000 м. куб. — 350 долл.
    1 квт.ч. электроэнергии — 0,12 долл.
    Экономия 27—43%.
  • Беларусь
    1000 м. куб. — 141 600 руб. = 66 долл.
    1 квт.ч. электроэнергии — 74,7 руб. = 0,0349 долл.
    Это если использовать утвержденные 2007 г. во многих странах дифференцированные по времени тарифы, т.е. отключать ТН в периоды максимальных нагрузок энергосистемы с 8.00 по 11.00 и с 19.00 по 22.00, что реально с использованием аккумуляторов тепла. Экономия по сравнению с обычным газовым котлом – всего до 12%. Но это сегодня. Ситуация когда газ продается по 200-230$ не может продолжаться долго. Вероятно что-то подобное будет введено и в Молдове.

Расчет зонда

При использовании вертикальных скважин глубиной от 20 до 100 м в них погружаются U-образные пластиковые (при диаметрах от 32 мм) трубы. Как правило, в одну скважину вставляется две петли, с заливкой суспенсным раствором. В среднем удельный теплосъем такого зонда можно принять равным 50 Вт/м.п. Можно также ориентироваться на следующие данные по теплосъему:

  • сухие осадочные породы – 20 Вт/м;
  • каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м;
  • каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м;
  • подземные воды – 80 Вт/м.

Температура грунта на глубине более 15 м постоянна и составляет примерно +9 °С. Расстояние между скважинами должно быть более 5 м. При наличии подземных течений, скважины должны располагаться на линии, перпендикулярной потоку.
Подбор диаметров труб проводится исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя. Расчет расхода жидкости может проводиться для t = 5 °С. Пример расчета.

Исходные данные – те же, что и в приведенном выше расчете горизонтального коллектора. При удельном теплосъеме зонда 50 Вт/м и требуемой мощности 11,28 кВт длина зонда L должна составить 225 м.
Для устройства коллектора необходимо пробурить три скважины глубиной по 75 м. В каждой из них размещаем по две петли трубы типоразмера 32х3; всего – 6 контуров по 150 м.

Общий расход теплоносителя при .t = 5 °С составит 2,1 м3/ч; расход через один контур – 0,35 м3/ч. Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25-процентный раствора этиленгликоля); сопротивление контура – 14,4 кПа; скорость потока – 0,3 м/с.

Принцип работы тепловых насосов

В любом ТН имеется рабочая среда, именуемая хладагентом. Обычно в этом качестве выступает фреон, реже – аммиак. Само устройство состоит всего из трех компонентов:

  • испаритель;
  • компрессор;
  • конденсатор.

Испаритель и конденсатор – это два резервуара, имеющие вид длинных изогнутых трубок – змеевиков. Конденсатор одним концом присоединяется к выходному патрубку компрессора, а испаритель — ко входному. Концы змеевиков стыкуются и в месте соединения между ними устанавливается редукционный клапан. Испаритель контактирует – непосредственно или косвенно – со средой-источником, а конденсатор – с системой отопления или ГВС.

e6b2e16fcbbe4b89d3e7a16a7bca3627.jpg

Принцип работы теплового насоса

Работа ТН основана на взаимозависимости объема, давления и температуры газа. Вот что происходит внутри агрегата:

  1. Аммиак, фреон или другой хладагент, двигаясь по испарителю, нагревается от среды-источника, допустим, до температуры +5 градусов.
  2. Пройдя испаритель, газ достигает компрессора, который перекачивает его в конденсатор.
  3. Нагнетаемый компрессором хладагент удерживается в конденсаторе редукционным клапаном, поэтому его давление здесь выше, чем в испарителе. Как известно, с ростом давления температура любого газа увеличивается. Именно это происходит с хладагентом – он разогревается до 60 – 70 градусов. Поскольку конденсатор омывается циркулирующим в системе отопления теплоносителем, последний также нагревается.
  4. Через редукционный клапан хладагент небольшими порциями сбрасывается в испаритель, где его давление снова падает. Газ расширяется и остывает, а поскольку часть внутренней энергии была потеряна им в результате теплообмена на предыдущем этапе, его температура опускается ниже изначальных +5 градусов. Следуя по испарителю, он снова нагревается, далее закачивается в конденсатор компрессором – и так по кругу. По-научному этот процесс называется циклом Карно.

Главная особенность ТН состоит в том, что тепловая энергия берется из окружающей среды буквально даром. Правда, для ее добычи необходимо потратить некоторое количество электроэнергии (для компрессора и циркуляционного насоса/вентилятора).

Но ТН все-равно остается очень выгодным: за каждый потраченный кВт*ч электроэнергии удается получить от 3 до 5 кВт*ч тепла.

Добавить комментарий

Adblock
detector