Проектирование систем отопления на базе теплового насоса

Проект любой системы отопления или охлаждения с тепловым насосом гарантирует заданные параметры и облегчает последующий монтаж. Основная особенность проектирования систем отопления на базе теплового насоса связана с низкими температурами теплоносителя, что требует особого подход к расчету отопительных приборов и гидравлических параметров. Только грамотно спроектированная система обеспечит максимальный коэффициент преобразования теплового насоса, а вместе с ним и минимальные расходы на отопление.

Разновидности систем с тепловыми насосами

Тепловой насос, как основа преобразования тепла, выступает центральной частью в нескольких вариантах построения системы отопления или охлаждения:

• отопление зданий и сооружений, где тепловой насос выступает центральным звеном только отопительного цикла;
• комплекс оборудования не только для отопления, но и для приготовления горячей воды;
• универсальный комплекс отопления и кондиционирования помещений, с возможностью реверсной работы теплового насоса как на отопление, так и на охлаждение;
• проектирование нагрева бассейнов тепловыми насосами является частным случаем оборудования для отопления первого типа.

Отличия перечисленных систем при проектировании учитываются в перечне необходимого дополнительного оборудования, сохраняя единый подход построения комплексов с тепловыми насосами.

Порядок работы над проектом

Основой проектирования систем отопления с тепловыми насосами выступают Строительные Нормы и Правила (СНиП) и теплотехнические параметры объекта. Качество проектируемой системы и ее выходные параметры требуют совместной работы заказчика и проектировщика над первым этапом проекта — техническом задании на проектирование.

Дальнейший перечень работ над проектом состоит из нескольких этапов:

• теплотехнические и гидравлические расчеты, предварительный выбор оборудования и технико-экономическое обоснование проектных решений. На этом этапе происходит окончательное утверждение заказчиком выбранной схемы работы оборудования;
• эскизное проектирования с составлением предварительных смет и полного перечня необходимого оборудования и материалов;
• разработка рабочих чертежей, спецификаций оборудования и материалов, окончательной сметы на все работы. После завершения данного этапа заказчик получает полный комплект рабочей документации для начала общестроительных работ и заказа необходимого оборудования.

Возникающие в процессе проектирования небольшие отклонения в последовательности работ не изменяют общей схемы и обоснованы лишь индивидуальными характеристиками объектов.

Чиллеры для охлаждения воды и их особенности

Проектирование систем охлаждения на базе чиллеров собственного производства не имеет кардинальных отличий и включает все вышеперечисленные этапы.

Главной особенностью данных проектных работ является выбор конечной схемы теплообмена чиллера с охлаждаемым помещением — специальные устройства вентиляционного оборудования или фанкойлы (теплообменники с вентилятором).

Фанкойлы выступают в качестве источника теплообмена и в универсальных комплексах отопления и кондиционирования.

В заключение отметим, что грамотное проектирование климатических систем с тепловым насосом обеспечивает не только требуемые параметры отапливаемых или охлаждаемых помещений, но и позволяет избежать лишних расходов на дополнительное оборудование и аккумулирующие емкости.

Установка тепловых насосов

квалифицированный выбор оборудования, кластерное бурение, сервис геотермальных тепловых насосов. +7(499)499-04-24 info@geoteplo.com

ООО «ГЕОТЕПЛО» являетcя официальным дилером и сервисным центром :

NEW: Газовые тепловые насосы

Отопительный сезон в средней полосе России 235 дней, по длитель-ности сопоставим с кругосветным путе-шествием. Ежегодно отправляясь в такое дальнее плавание со своими родными и близкими, безусловно разумно выбрать самое надежное оборудова-ние:

ВАЖНО ЗНАТЬ!

Геотермальный тепловой насос прост и надежен, требует лишь грамотного планирования, монтажа с соблюдением общепринятых норм и правил, и конечно прямых рук. В отличии от классических систем — ошибок не прощает.

На что стоит обратить внимание:

ОСНОВАНИЯ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ и ПРОЕКТИРОВАНИЯ:

• Правила установки тепловых насосов: VDI4640.часть 1.
• Правила создания геотермического контура: VDI4640.часть 2.
• Руководства по проектированию и монтажу заводов изготовителей тепловых насосов.
• СНиП 41-01-2003 Отопление , вентиляция и кондиционирование.
• СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий.
• СНиП 23-01-99 (2003) Строительная климатология

Основанием не является:

• Утверждения: «- Все (я) так делают(ю), и у меня и так всё работает!»
• «- Это наше «ноу-хау», и физику процесса не раскрываем. «
• .

Последнее время появилось много «производителей» тепловых насосов называющих себя: российскими «заводами», «концернами» и прочим. Постоянно сталкиваемся со сравнением подобной «продукции» с европейскими брендами. Для объективного сравнения цен следует сопоставить заявленные технические характеристики, комплектацию и возможности оборудования. Иллюстрации того как делать нельзя!>>

ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ:

• По статистике — 80% установленных в мире геотермальных тепловых насосов получают энергию из установленных в скважины специальных геотермических зондов.
• Использование «переливных» скважин (вода, поднятая скважинным насосом, пройдя через теплообменник, сливается в приемную скважину) — ограничено многими Законами РФ, и негативным опытом за рубежом и в РФ. Основная техническая проблема это высокое содержание железа, растворенного в воде и хлопья которого «забивают» приемную скважину, и гарантировать работоспособность системы на срок более одного года — невозможно. Юридических проблем намного больше: в месте расположения скважин должна быть устроена 50-ти метровая водоохранная зона, без построек. ; возврат воды допустим только питьевой кондиции. Закон есть Закон.
• Использование горизонтального контура сбора тепла: низкая эффективность системы из-за довольно большой глубины промерзания грунта в средней полосе России и невозможность использования пассивного режима кондиционирования.
• Когда Вам советуют использовать водоем, для погружения в него теплообменных труб, следует учесть: температуру воды в зимний период, количество/вес груза который должен компенсировать положительную плавучесть льда который образуется на трубах (от 30 до 50 см), а так же человеческий фактор — рыбаков и якоря лодок и судов.
• Воздушные насосы прекрасно работают в южных регионах, и для нагрева сезонных бассейнов в средней полосе России. П ри наступлении привычных для России холодов в оздушный тепловой насос откажется выполнять возложенную на него ответственную задачу — обеспечение теплом дома, что на наш взгляд недопустимо.

Следует иметь в виду, что:

• Мощность теплового насоса должна соответствовать тепловым потерям здания, следовательно скважинное поле с зондами должно обеспечивать работу теплового насоса с эффективностью заявленной производителем и в конце нашего продолжительного отопительного сезона (235 дней для московского региона), при режимах B0W35 либо B0W50.
• Эффективность зонда 2U32mm (четыре трубы в скважине, две независимых петли) выше на 20% чем 1U40 мм (две трубы в скважине, одна петля). Коаксиальные зонды (труба в трубе) и по расчетам, и по практике применения проигрывают одинарным 1U40 мм, даже при использовании внешней трубы 63 мм, из-за малой теплообменной площади. Зонды 2U32mm дороже и более трудоемки при установке: больше трубы, больше диаметр бурения, но экономить на качестве источника геотермальной энергии не следует. Зонды 2U32mm — рекомендованы во всех руководствах производителей тепловых насосов, так как имеют минимальное термическое сопротивление и максимальную площадь теплообмена / контакта с грунтом.
• Так как изменение температуры вокруг зонда происходит в радиусе до 4 метров, принимаемое в расчетах расстояние между соседними вертикальными скважинами: не менее 8-ми метров! Это же правило применяется и при наклонном бурении геотермальных скважин, где это расстояние соблюдается между серединами двух соседних лучей-скважин. Это соответствует VDI4640.часть 2 и подтверждено в ряде научных трудов и экспериментальных данных (для более детального рассмотрения готовы поделиться материалами), а также практикой устойчивой эксплуатации объектов, как в России так и в мире.
• Кластерное расположение зондов позволяет использовать в теплообмене массив грунта на 15% больший, чем при вертикальном размещении зондов, так как в теплообмене участвует больший объем грунта.
• В средней полосе России п родолжительность отопительного сезона и температура грунта отличается от европейского — следовательно, требуется соответствующая корректировка размера геоконтура.
• Резюмирую вышесказанное: температура теплоносителя поступающая из геотермального контура, в месяцы с самой холодной пятидневкой, должна быть не менее нуля градусов, для обеспечения заявленной производителеммаксимальной мощности теплового насоса.
• В ряде стран, для защиты Заказчика от некомпетентности установщиков или от желания подрядчика максимально сократить бюджет для победы в тендере, законодательно запрещено извлекать из земли энергии более 100 кВт*час с погонного метра зонда в год. Стоит обратить на это внимание когда вам предлагается: «импульсный отбор тепла», уникальные свойства порозной влаги, или заявляются мощности не соответствующие действующему во всем мире стандарту EN 14511.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ:

• Первичный контур: материал зондов и распределительных трубопроводов — полиэтилен. Использование полипропилена — недопустимо: на основании: СН 550-82 «Инструкция по проектированию технологических трубопроводов из пластмассовых труб» .
• Использование «нержавеющей гофрированной электро-сварной трубы» не прописано ни в одном руководстве, и из-за опасности возникновения электро-химической коррозии не допустимо к применению в качестве материала для геотермальных зондов. Если у Вас установлен подобный контур в пластиковой защите — требуйте проведение измерения омического сопротивления!
• Использование стальной трубы на резьбовом либо конусном соединении, на наш взгляд неприемлемо, так как невозможно обеспечить герметичность и отсутствие попадания теплоносителя в долгосрочной перспективе. За рубежом есть пример применения 50-70 мм нержавеющей трубы AISI 304 или 316 со стенкой толщиной 2.5-3 мм, стыки труб соединены сварочным роботом, стоимость зондирования при этом значительно возрастает.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Современные требования к геотермическим тепловым насосам:

Коэффициент эффективности СОР более : 4,30 (в рабочей точке B0/W35), включая потребление циркуляционных насосов (текущий стандарт EN 14511).

Перечень тепловых насосов, на установку которых можно получить дотацию от государства, с РЕАЛЬНЫМИ характеристиками на сайте » Федеральное ведомство экономики и экспортного контроля (BAFA)Германии» :

http://www.bafa.de (Дотации подлежат насосы прошедшие тепловые насосы прошедшие экспертизу в лаборатории ведомства)*

*Дотации на установку тепловых насосов в Германии и многих других странах, в РФ к сожалению пока.

Ознакомится со списком насосов сертифицированных на 2014 г. можно здесь: стр с 23 по 38

Ознакомится со списком насосов сертифицированных на 2015 г. можно здесь: стр с 26 по 46

Этот список можно рассматривать как постоянно обновляемый независимый рейтинг тепловых насосов.

Проектирование тепловых насосов

Принцип работы

тепловых насосов

Тепловой насос (ТН) – 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 ВигорЦентр отталкиваются от данных геологических изысканий и с помощью программного обеспечения производителей ТН 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.