Bir toprak kaynaklı ısı pompası iklimimizde bir hava pompasına göre daha düşük bir ısıtma maliyeti sağlar. Düzgün tasarlanmış ve inşa edilmiş bir yer ısı eşanjörü, etkili çalışması üzerinde temel bir etkiye sahiptir. REHBER: bir toprak kaynaklı ısı pompası hakkında bilmeniz gereken her şey.

Toprak kaynaklı ısı pompası kimin için

Isıtma kurulumu hala tasarım aşamasındayken, onu her bir ısı pompasının parametrelerine uyarlamakta bir sorun yoktur ve henüz geliştirilmemiş bir arsa üzerinde, eşanjörü yerden ısı toplamak için gerekli hale getirmek için herhangi bir engel yoktur. Yeryüzündeki 1, 5 m derinliğindeki ısının neredeyse yalnızca atmosferik yağış ve güneş enerjisinden kaynaklandığını bilmeniz gerekir, bu nedenle ısı eşanjörünün üstündeki yüzey mümkün olduğu kadar güneş ışığına maruz kalmalı ve su geçirgen olmalıdır. Üzerinde kökleri gelecekte boruya zarar verebilecek bitkileri dikemezsiniz. Ayrıca, ısı pompasının çalışmasının yer sıcaklığını birkaç derece düşürdüğü ve bitkilerin bitki örtüsünü bozan dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, uzun süredir geliştirilen bir arsaya bir toprak ısı pompasının takılması genellikle çok zordur.

Polonya ikliminde toprak kaynaklı ısı pompası

Yer sıcaklığı havadan çok daha fazla dengelidir, bu nedenle yer ısı pompasının geniş bir evaporatör sıcaklık aralığında çalışması gerekmez ve bileşenleri iyi bir hava pompasından daha ucuz olabilir. Donma derinliği olarak adlandırılan, yeryüzünün altındaki belirli bir derinlikteki sıcaklık her zaman 0 o C'den yüksektir. Polonya, bu derinliğin 0, 8 m'den (bölge I'de) 1, 4 m'ye (IV olarak) kadar uzandığı dört bölgeye ayrılmıştır. bölgesi). Yerel olarak, toprak sıcaklığı bu değerlerden farklı olabilir (toprak, örneğin kuvvetli rüzgarlarla soğutulabilir). Bununla birlikte, 1, 5 m'den daha derin bir derinlikteki toprağın her zaman pozitif bir sıcaklığa sahip olduğu söylenebilir. Ne kadar derin olursa, zemin sıcaklığı o kadar sabit olur - soğuk hava ile soğutulmaz, ancak güneş ışığından dolayı daha az ısınır.

Yerden ısıtma pompası nasıl çalışır?

Isıyı yerden kaldırmak için bir toprak ısı eşanjörüne ihtiyaç vardır. Basitçe, toprağa yerleştirilen ve içinde tuzlu su olarak bilinen sıvının dolaştığı bir halka oluşturan bir borudur. Döngü (pratikte bunlardan birkaçı vardır) tuzlu su sıcaklığının azaldığı ve yer sıcaklığından daha düşük olduğu ısı pompası buharlaştırıcısından geçer. Boruyu zeminde devam ettirerek, tuzlu su yavaş yavaş ısınır. Sonunda tekrar buharlaştırıcıya gider ve ısı verir. Bu şekilde, zemin ile pompa buharlaştırıcısı arasındaki değişiminde aracı olarak hareket eder. Eşanjör yatay veya dikey olabilir. Çözümün seçimi arsanın büyüklüğüne göre belirlenebilir - yatay bir eşanjör birkaç yüz metrekare gerektirir ve dikey problar için birkaç düzine gerekir. Eşanjörün hacminin önemli olması önemlidir - tüm ısıtma mevsimi boyunca pompa yerden birkaç megavat saatlik ısı alır. Çok küçükse, aşırı soğumaya başlar ve bunun sonucunda pompa düzgün bir şekilde çalışamaz. Toprak ısı pompası kontrol sistemi genellikle tuzlu su sıcaklığı -7 ° C'ye düştüğünde kapanır, çünkü bu değerin altında kompresör döngüsündeki işlemler aşırı derecede rahatsız edilir.

Yatay ısı eşanjörlü toprak kaynaklı ısı pompası

Yatay olarak düzenlenmiş bir ısı eşanjörü durumunda, donma noktasının 0, 2-0, 5 m altında bir derinliğin optimal olduğu kabul edilir. Bununla birlikte, nispeten küçük bir derinlikte su yolu varsa, en iyi çözüm boruları içine yerleştirmektir. Isı pompası daha sonra daha yüksek bir COP elde eder. Yatay eşanjör boruları, eşanjörün istenen yüzeyine karşılık gelen boyutlarda önceden hazırlanmış bir açmada döşenmiştir. Kazı alanının tümünde, bitişik bölümler arasında belirli aralıklarla bir bobin (kıvrımlı) şeklinde yapılırlar. Boşluk 0, 4 m'den az veya 1, 2 m'den daha büyük olmamalıdır - toprağın tipine adapte edilebilir ("yenilenme" kabiliyeti) (ısı takviyesi) sonuçlanır. Zemin yüzeyi ne kadar uzun süre donarsa, boşluklar o kadar büyük olmalıdır.

Eşanjörün ısı gücünün borunun uzunluğundan değil, üzerine döşendiği zeminin yüzeyinden kaynaklandığı unutulmamalıdır. Küçük mesafeler ondan daha fazla ısı almasına izin vermez, ancak daha uzun bir boru kullanılmasını gerektirir. Bu, daha yüksek bir yatırım ve işletme maliyetine dönüşür, çünkü tuzlu suyun daha uzun bir borudan pompalanması için daha büyük bir güç sirkülasyon pompası gerekir. Öte yandan, borular arasında çok fazla bir mesafe olması, ısının varsayılan miktarda toplanmadığı anlamına gelir, bu nedenle ısı eşanjörü gücü daha küçüktür.

Yatay ısı eşanjörlü toprak kaynaklı ısı pompası

Toprak ısı pompasının yüzey ısı eşanjörünün hesaplanması

Bir zemin ısı değiştiricisinin ısıyı aktardığı güç, toprak tipine ve tam olarak neme bağlıdır. Yatay değiştiricinin yüzeyinin hesaplanmasına bağlı olarak, toprak ısı verimi qg'nin (polietilen borular için) aşağıdaki değerleri kabul edilir:

  • kuru kumlu - 10 W / m2
  • Nemli kumlu - 15-20 W / m2
  • kuru ot - 20-25 W / m2
  • nemli dolaşım - 25-30 W / m2
  • ıslak (akifer) - 35-40 W / m2.

Tabii ki, bunlar rehber değerlerdir.

Toprağın, inşa edilene kadar eşanjör için amaçlanan tüm alanda aynı olup olmadığını değerlendirmek zordur, bu nedenle hesaplama için daha küçük bir değer hesaplamak daha güvenlidir. Düzgün yapılmış bir sistemde, ısı pompası kompresörü yılda 1.800 ila 2.400 saat çalışır - toprağın düşük ısı çıkışı daha uzun çalışma süresi sağlar.

Isı eşanjörü yüzeyi aşağıdaki formülden hesaplanır: A = Q soğutma / q g

Örnek: evin ısıtma için enerji talebi 14 kW'tır ve pompa bunları tamamen karşılar (tek değerlikli bir sistemde çalışmaktır). Seçilen cihaz, B0 / W35 parametreleri için 14 kW'lık bir termal (ısıtma) güç elde ederken, 4.5 = 4.5 olan bir COP elde eder. Bu nedenle soğutma kapasitesi Q Chł = (4.5-1) / 4.5 · 14 = 10.9 kW, yani 10 900 W'dir. Eşanjör kuru killi toprakta yapılmalıdır, bu nedenle yüzeyi A = 10 900 / olmalıdır 20 = 545 m2. Bir akifer durumunda, ısı eşanjörünün yarısına yakın olabileceğini ancak toprağın kumlu olması durumunda yüzeyinin 1000 m 2 'den fazla alacağını not ediyoruz. Bu durumda, boruları dikey olarak yerleştirmek daha iyidir - kuyulara.

Dikey ısı eşanjörü

Isı pompası, eşanjör boruları yere düşey olarak yerleştirildiğinde - 40-150 m derinlikte deliklere yerleştirildiğinde daha yüksek bir COP verim faktörü elde eder.Bu, 10 m'den daha az bir derinlikte, zemin sıcaklığının yıl boyunca yaklaşık 10 ° C olması, yani kışın 1, 5 m derinlikte yaklaşık on daha fazla.

Bununla birlikte, dikey eşanjör, yatay olandan açıkça daha pahalıdır. Bunlar, bir ilmek oluşturan borunun dikey bölümleridir (boru, kuyudan aşağıya, geri döner ve yukarı doğru gider). Jeotermal sondalar denir. Bu durumda, alan hesaplanmaz, ancak eşanjörün toplam uzunluğu genellikle birden fazla probdan oluşur.

Dikey kuyucuklara bir veya iki çift boru (U veya çift U prob) yerleştirilir. Borunun kuyuya girmesi, kafa ile kolaylaştırılır - dikey boruları birleştiren, ek bir doldurma (itme) borusu kullanmak için uyarlanabilen bir eleman. Kafa ve eşanjör boruları delinmiş deliğe itilir. Daha sonra bir beton-çimento karışımı deliğe bir doldurma borusu ile sokulur.

U tipi bir eşanjörde, sıvı kafaya bir boru ile akar ve diğeri ondan geri döner. Çift U eşanjöründe - iki boru aşağı ve iki yukarıya doğru akar.

50 m derinliğe kadar olan kuyucuklar arasındaki mesafe 5 metreden az olmamalıdır ve daha derinler için 8 ila 15 metreden derin olmalıdır, bunlar subkutan suların akış yönüne dik bir çizgide yerleştirilmelidir.

Yerden ısıtma pompasının dikey ısı eşanjörünün uzunluğunun hesaplanması

Bu durumda, toprak özelliklerinin derinlikte nasıl değiştiğini belirtmek önemlidir. Bu bilgiler jeolojik haritalar ve daha önce yakındaki sondaj yapılan kuyucukların dokümantasyonu ile sağlanabilir. Bu temelde, ayrı ayrı toprak katmanlarının kalınlığını değerlendirmek ve eşanjör borularının yerleştirileceği alan için l ısı iletkenlik katsayısının ortalama değerini hesaplamak mümkündür. Bununla birlikte, hesaplamalar, tüm yeraltı suyu hareketlerini hesaba katamaz ve pratikte, elde edilen sonucun gerçeklikten önemli ölçüde farklı olduğu durumudur. Dikey değiştiricinin düzgün çalışacağından emin olmak için yapılacak olan yerde toprağın test edilmesini sağlayın. Bu durumda, toprak ısısı verimliliği q g aynı zamanda türüne de bağlıdır.

PE80 borular için:

  • kuru kumlu toprak - 10-12 W / m;
  • ıslak kumlu - 12-16 W / m;
  • orta killi kuru - 16-18 W / m;
  • orta loam ıslak - 19-21 W / m;
  • ağır kuru ot - 18-19 W / m;
  • ıslak ıslak loam - 20-22 W / m;
  • ıslak (akifer) - 25-30 W / m

Elbette, belirli bir toprak türünün ayrı katmanlarının kalınlığını göz önünde bulundurmanız ve bu temelde her sondanın toplam kapasitesini hesaplamanız gerekir.

Kuru ve akiferlerin bulunduğu toprağın, çift U sonda (kuyudaki dört boru) kullanılarak ısıl verimi, ortalama 50 W / m'dir. Dolayısıyla, yatay ısı eşanjörünün (10.9 kW soğutma kapasitesine sahip) hesaplanması örneğinde düşünülen ısı pompası durumunda, toplam uzunluğu L = 10 900/50 = 218 m olan kuyucuklara, örneğin her biri dört 55 metreye ihtiyaç duyulduğu varsayılabilir.

Toprak kaynaklı ısı pompası: daha az güç, daha ucuz kurulum anlamına gelir

Yatırım maliyeti, tesisin ısı çıkışıyla doğrudan orantılıdır. Bu nedenle, zemin pompasının verimlilik faktörü şiddetli don başlangıcı ile azalmasa da, bir bivalent sistemde bir ısı pompası kullanmayı düşünmeye değer.
Elektrikli bir anlık su ısıtıcısı ile donatmak en kolay yoldur (genellikle bir aksesuar olarak sunulur - bir ısı pompası muhafazasına montaj için). Daha sonra iki değerli nokta belirlenir ve bunun için pompanın gerekli ısı çıkışı belirlenir. Pompa, evi üçüncü iklim bölgesinde ısıtırsa ve dış sıcaklığın -10 o C'nin altında bir elektrikli ısıtıcı tarafından desteklenebileceğini varsayalım, o zaman ısı gücünün PN-EN 12831'e göre hesaplanan tasarım ısı yükünden% 25 daha düşük olabileceğini varsayıyoruz. Bir toprak eşanjörü yapma maliyeti de daha düşük olacaktır.

Söz konusu örnekte, 10.9 kW'lık bir soğutma kapasitesi yerine, 8.2 kW yeterlidir ve bu nedenle yatay bir değiştirici 545 m2 yerine 410 m 2 ve dikey bir değiştirici 218 m yerine 164 m olabilir, bu nedenle daha düşük fiyata ihtiyaç duyulan daha küçük miktar yer.

Toprak eşanjörü için hangi borular?

Tek bir döngünün (sirkülasyon) uzunluğu sınırlıdır - bu, toprak ısı pompasının genellikle fabrikada donatıldığı sirkülasyon pompasının gücünden kaynaklanır (değilse, boruların uzunluğu ve uygun sirkülasyon pompasının kurulum tasarımcısı tarafından seçilmesi gerekir). İzin verilen boru uzunluğu, cihazın teknik verilerinden okunmalıdır. Kullanılan iş akışkanının (tuzlu su) çapına ve türüne bağlıdır. Birkaç kilowatt'a kadar bir güce sahip ısı pompaları durumunda, 100 ila 400 m arasında bir ila dört ilmek, DN25 ila DN65 arasında bir boru çapı ile kullanılır (diğerlerinin yanı sıra, borunun yapıldığı malzemeye bağlı olarak). Yatay değiştiriciler için, PE100 polietilen borular (toprağa taş yoksa) veya PE100 RC en sık kullanılır, PE80 borular dikey olanlar için kullanılabilir. Topraklı ısı eşanjörleri, plastik bir ceket içinde PE-Xa, polibütilen (PB) ve bakır borulardan da yapılır.

Öğütülmüş ısı eşanjörü boruları, negatif bir sıcaklıkta donmayan bir sıvı ile doldurulmalıdır, kesin olarak, -15 o C'ye kadar olduğu varsayılmaktadır, ancak ısı pompasının onu -7 o C'de kapatarak koruması vardır (daha sonra toprağı soğutmayı durdurur). Atmosferik hava daha soğuk olduğu için, ısı eşanjörü borusu herhangi bir yere maruz bırakılmamalıdır - toprağa muhtemelen yalıtılmış en az 0, 5 m derinlikte gömülmelidir. Boruların bina duvarından geçişinin yakınında, toprak temelden 2 m'ye kadar donmayacak ve inşaat felaketine neden olabilecek şekilde izolasyon gereklidir.

Toprak ısı pompası kurulumunda çalışma sıvısı

Geçmişte, yerden ısı taşıyan tesisatlarda NaCl tuzu çözeltisi kullanılmış, bu nedenle bugüne kadar kullanılmış olan tuzlu su pompaları terimi kullanılmıştır. Salamura uzun zamandır kullanılmıyor. En popüler ekolojik olarak kabul edilen sulu bir propilen glikol çözeltisidir. Genel olarak, tesisin doldurulması tavsiye edilir - bu tür uygulamalar için hazır bir çalışma sıvısı olarak satın alınabilir. Seçim yaparken, ısı pompası üreticisinin tavsiyelerine rehberlik edilmelidir, çünkü sıvı çeşitli inhibitör, stabilizatör, antioksidan ve köpük önleyici ilaveler içerebilir. Propilen glikol sadece yeterince düşük akma noktasına sahip değildir, aynı zamanda metal aşınmasına neden olmaz, plastikleri çözmez ve pompaların akmasına neden olmaz. Bununla birlikte, pompalama için gereken enerjinin miktarına dönüşen yoğunluğu ve viskozitesi, sudan daha yüksektir, bu yüzden çok yüksek konsantrasyonda (% 34) kullanılmaz. Elbette, -15 ° C'de donmayan çok fazla sıvı vardır. Etilen glikol çözeltisi de sıklıkla kullanılır, ancak zehirli olduğu ve biyolojik olarak parçalanmadığı için çevreye zararlı olduğu düşünülmektedir.

Etanol de iyi özelliklere sahiptir - en büyük avantajı düşük pompa viskozitesini ve daha az enerji harcadığı yoğunluğudur. Yanıcılık, yüksek uçuculuk, yoğun koku ve her şeyden önce sirkülasyon pompasının yakalanmasına neden olabilecek yağlama özelliklerinin bulunmamasından dolayı kullanımı popüler değildir. Bazı üreticilerin kullanımını yasaklamasının nedeni budur.

Kategori:

Isıtma