Теплообменники для теплового насоса

Теплообменники для теплового насоса


Главным составляющей теплового насоса считается обменник тепла. Благодаря подобной части конструкции, насос может получать тепло с низким потенциалом. Грамотно продуманный и монтированный грунтовой обменник тепла будет гарантией исправной работы теплового насоса. 
Есть много видов конструкций теплообменника, чтобы получить тепло из глубинных грунтовых вод. Они подразделяются на три вида:

  • Горизонтальные (коллекторы)
  • Вертикальные (зонды)
  • Теплообменники вида «спираль» и «корзина». 


Установка горизонтальной системы менее хлопотно и затратно. Если у вас есть большая территория и вы не планируете застройку или посадку деревьев, то горизонтальное расположение станет для вас самым удобным вариантом.
Монтаж теплообменника происходит на глубине, которая находится намного глубже возможности замерзания. В большинстве случаев, это 1 или 3 м. показатель зависит от географического положения и преобладающего грунта. 


Поверхностный пласт почвы может копить солнечное тепло. Их считают накопителями солнечной энергии. Температура в таком пласте грунта колеблется от сезонных изменений. Показатели оказывают влияние на мощность и эффективность работы такого насоса.
Количество тепла, получаемое с любого метра грунтового механизма зависит от таких параметров: глубина монтажа труб, вид и степень влажности грунта, уровень затенения площади. Средний показатель составляет 20 Вт/м. Чтобы узнать более точные расчеты, стоит обратиться к мастерам.
Для того, чтобы коллектор работал исправно и эффективно, стоит точно знать размер шага укладки труб. Он должен быть менее 0,7 метра. Можно использовать контур общей длиной 150 м. Такие параметры будут оптимальными при внушительном гидравлическом сопротивлении. Чтобы правильно применить несколько контуров, нужно брать два одинаковых элемента. 


Пример размещения горизонтального теплообменника
К примеру, можно просчитать площадь, которую займет коллектор. Возьмем за основу тепловой насос с мощностью 10 киловатт.
Мощность контуров теплообменника в тепловом насосе вычисляема при помощи формулы:
Ре = Pн * (1 – 1/СОР), кВт
Рн –это мощность самого насоса. СОР – показатель преобразования. Расчет применяют для одного из режимов согласно стандарту EN 14511 (обычно берут точку В0/W35, где 0 °С – температура тепла на входе в испаритель, 35 °С – температуры отдачи в систему отопления). В качестве образца возьмем тепловой насос Nibe F1145-10 с параметрами при В0/W35: мощность – 9,95 кВт и СОР  — 5,03.
Ре = 9,95 * (1 -1/5,03) = 7,97 кВт;
Нужная длина теплообменника в горизонтальном положении будет равняться отношению нужной мощности к снимаемой мощности метра трубы:
L = Pe/q, м
Где q  — берем 20 Вт/м (средний показатель для горизонтальных коллекторов).
L = 7,97/0,02 = 398,5 м
Для взятого к примеру геотермального насоса, нужно взять четыре контура по 100 метров. Для того, чтобы высчитать занимаемую площадь коллектора, нужно число умножить на длину шага монтажа труб. Шаг считается 0,7 м. S = 400 * 0,7  = 280 м².


«Зонд»-вертикальный обменник тепла
На глубине толщи земли, ниже двадцати сантиметров, круглый год держится на отметке 8-10С. Такие показатели держаться благодаря энергии Земли. Чтобы получить эту энергию, можно пользоваться вертикальными грунтовыми теплообменниками. Они называются «Зонды». Механизм погружают в скважину. Глубина обычно составляет от 20 до 300 м. Оптимальный диаметр составляет 100 или 200 мм. Как правило, используют трубы, изготовленные из пластика. На глубину помещают петли зонда, а пространство заполняют раствором. Необходимым условием будет высокая теплопроводимость.
Съем тепла с расположенного по вертикали коллектора намного выше, чем показатель горизонтального. В среднем, это 50 Вт/м. показатель может быть разным, ведь на него влияет степень влажности породы и присутствие подземных вод. 


Энергия земли именуется возобновляемым источником энергии. Несмотря на это, возобновляется такой ресурс очень медленно. Человек быстро расходует полученное тепло от грунта. Данные выбирали на основе 1800 часов эксплуатации насоса на протяжении года. Если верить исследованиям, то происходит ежегодное снижение температуры возле скважины. Эффективность такого насоса уменьшается. Когда человек использует геотермальный насос больше отмеренных часов, то такие действия могут повлечь за собой плачевные последствия. Слои грунта могут серьезно просесть, а трубы насоса износятся и деформируются. Можно самостоятельно стимулировать регенерацию тепла в недрах. Летом, стоит подать тепло от солнечного коллектора. Также, можно использовать тепловой насос для того, чтобы охладить насос и подогреть зонд.
Длину вертикального теплообменника рассчитывают так точно, как и длину горизонтального коллектора. Для насоса, взятого к примеру:
L = Pe/q = 7,97/0,05 = 159,4 м
Таких скважин может быть несколько. Три скважины, диной в 55 м каждая или одна с показателем 160 м. Если вы хотите использовать несколько зондов, то необходимо пробурить скважины на большом расстоянии друг от друга. Лучше сделать меньше скважин, тогда работа насоса будет в несколько раз эффективнее. 


Другие виды грунтовых теплообменников для тепловых насосов
Теплообменники вида «Спираль» и «Корзина» выделили отдельно. 

Они объединяют в себе свойства горизонтальных теплообменников и способ установки, напоминающий вертикальные теплообменники. Такие теплообменники укладываются на глубину до 5 м. Существуют так же некоторые другие модификации грунтовых теплообменников геотермальных тепловых насосов.