Тепловые насосы Viessmann. Теплогенерация.
Для рационального использования тепла окружающей среды в качестве источников тепла в распоряжении имеются грунт, вода и окружающий воздух. Все они накапливают солнечную энергию, в результате чего посредством этих источников тепла косвенно используется солнечная энергия. Для практического использования этих источников тепла необходимо принять во внимание следующие критерии:
- достаточное наличие
- как можно более высокая аккумулирующая способность
- как можно более высокий уровень температур
- достаточная регенерация
- экономичное получение
- низкие затраты на техническое обслуживание.
Грунт
Грунт обладает способностью аккумулировать солнечную энергию в течение длительного периода времени, что обеспечивает сравнительно равномерную температуру источника тепла в течение года и, тем самым, высокий к.п.д. работы теплового насоса. Температура в верхних слоях почвы меняется в зависимости от сезона.
Ниже границы замерзания эти температурные колебания значительно снижаются.Накопленное в грунте тепло извлекается посредством горизонтально проложенных геотермических теплообменников, называемых также земляными коллекторами, или посредством вертикально проложенных теплообменников, так называемых земляных зондов.
Тепло окружающей среды передается смесью воды и антифриза (рассолом), температура замерзания которой должна составлять примерно -15 °С (принять во внимание данные изготовителя). Благодаря этому рассол не замерзает в процессе работы.
Эксплуатация установок осуществляется, как правило,в моновалентном режиме. Изменение температур в грунте в течение года
|
Земная поверхность Температура в °С |
В соответствии с законодательством по охране водных ресурсов эти установки должны рассматриваться в качестве тепловых насосов грунтовых вод (см. также стр. 28).
Тепловые зонды и теплообменники разрешается вводить только в приповерхностные грунтовые воды. Установка тепловых зондов и теплообменников в глубинных слоях грунтовых вод, как правило, не разрешается контрольными органами, так как нельзя с достаточной гарантией исключить отрицательное воздействие на водоносные горизонты. Этим обеспечивается охрана подземных ресурсов питьевой воды.
Вода
Вода хорошо аккумулирует солнечное тепло. Даже в холодный зимний период грунтовые воды имеют постоянную температуру от +7 до +12 °С. В этом заключается преимущество данного источника тепла. Вследствие постоянного температурного уровня этого источника тепла к.п.д. (см. стр. 10) теплового насоса в течение всего года остаестя высоким.
К сожалению, грунтовые воды не везде имеются в достаточном количестве и подходящего качества. Однако там, где выполняются требуемые условия, их использование является выгодным.
При использовании богатых кислородом грунтовых вод с высоким содержанием железа и марганца возможно обызвествление колодцев. В этих случаях необходимо исключить контакт грунтовых вод с окружающим воздухом или требуется их соответствующая обработка (VDI 4640, лист 2).
Озера и реки также годятся при определенных условиях для теплогенерации, так как они тоже аккумулируют тепло.
Информацию о возможностях использования водных ресурсов можно получить в водохозяйственных организациях.
Воздух
Воздух как источник тепла наиболее прост в использовании, имеется повсюду и в неограниченном количестве. При этом в большинстве случаев можно использовать только наружный воздух.
Использование внутреннего воздуха зданий в качестве источника тепла для отопления жилых сооружений, как правило, исключается.
Это целесообразно лишь в особых случаях, например, при промышленном использовании тепла отходящих газов.
Теплогенерация при использовании земляных коллекторов.
Генерация тепла из грунта осуществляется посредством проложенных в грунте на большой площади систем полимерных труб.Полимерные (полиэтиленовые) трубы прокладываются в грунте на глубине 1,2-1,5 м. Длина трубопроводов не должна превышать 100 м, так как иначе имеет место значительная потеря давления и, тем самым, потребуется слишком высокая производительность насосов. На концах трубы соединяются распределительными гребенками подающей и обратной магистралей, которые должны располагаться немного выше самих труб, чтобы обеспечить возможность удаления воздуха из системы. Каждый трубопровод должен иметь отдельную запорную арматуру.
Рассол перекачивается циркуляционным насосом по полимерным трубам и при этом отбирает накопленное в грунте тепло. С помощью теплового насоса это тепло используется для отопления помещений.
Временное замерзание грунта в непосредственной близости от труб - как правило, во второй половине отопительного периода - не оказывает никакого отрицательного воздействия на работу системы и на произрастание растений.
При этом, однако, не следует сажать растения с глубокими корнями на участке прокладки рассольных труб.
Регенерация прогретого грунта происходит уже во второй половине отопительного периода под влиянием усиливающейся инсоляции и осадков, в результате чего к следующему отопительному периоду грунт в качестве "аккумулятора тепла" снова может быть использован в целях отопления.
Необходимые работы по перемещению грунта при новом строительстве могут быть выполнены, как правило, без больших дополнительных затрат; в противоположность этому, для существующего здания связанные с этим расходы в большинстве случаев столь велики, что дооснащение уже по этой причине, как правило, исключается. Количество тепла, которое можно извлечь из грунта, зависит от различных факторов. В соответствии с имеющимися на данный момент сведениями в качестве источника тепла наиболее пригодна сильно пропитанная водой глинистая почва.
По опыту можно рассчитывать на получение тепла (холодопроиз-водительность) в количестве qE = 10 -35 Вт на м2 площади грунта в качестве среднегодового значения при круглогодичном (моновалентном) режиме работы (см. также стр. 18).
При почве с большим содержанием песка количество получаемой тепловой энергии ниже. При этом в неясных случаях рекомендуется обратиться к эксперту по состоянию почвы.
А Тепловой насос Vitocal 300/350
В Распределитель рассола (обратная магистраль)
С Распределитель рассола (подающая магистраль)
D Земляной коллектор
E Коллекторный колодец с распределителем рассола
F Низкотемпературная отопительная установка
Тепловые насосы Viessmann.Теплогенерация при использовании земляных зондов.
Главным образом, вследствие большой занимаемой площади прокладка горизонтальных земляных коллекторов для новых сооружений зачастую затруднена. В особенности в местах плотного заселения с очень малыми по размеру земельными участками возможности реализации таких систем значительно ограничены. По этой причине в настоящее время все чаще находят применение вертикальные земляные тепловые зонды, достигающие глубин до 50 - 150м.
Зонды состоят из полиэтиленовых труб. Как правило, устанавливаются параллельно четыре трубы (двойные U-образные трубные зонды). Рассол поступает по двум трубам от распределителя вниз и возвращается по двум другим трубам обратно вверх к коллектору.
Земляные тепловые зонды устанавливаются в зависимости от исполнения посредством буровых устройств или копров. Для таких установок требуется получение разрешения в соответствии с законодательством по охране водных ресурсов.
Надзор за бурением на глубину <100 м осуществляют водохозяйственные органы, для бурения на глубину >100 м требуется разрешение соответствующего органа горного надзора.
Буровые работы должны быть поручены специализированному предприятию, с которым можно заключить гарантийный контракт на производительность работ (например, сроком на 10лет).
Актуальный перечень рекомендуемых фирмой Viessmann буровых компаний приведен на сайте www.viessmann.de. Произведенные замеры показывают, что при хороших гидрогеологических условиях, прежде всего при наличии проточных грунтовых вод, возможен моновалентный режим работы теплового насоса без длительного охлаждения грунта.
Условием для проектирования и установки земляных тепловых зондов являются точные знания характеристик почвы, залегания пластов, сопротивления грунта и наличия грунтовых или пластовых вод с с определением уровня воды и направления ее течения.
При проектировании системы земляных тепловых зондов при нормальных гидрогеологических условиях можно исходить из средней теплогенерации зонда 50 Вт/м длины зонда (согласно VDI 4640). Если зонд находится в мощном водоносном слое, то могут быть реализованы и более высокие мощности теплогенерации.
A Тепловой насос Vitocal 300/350
B Распределитель рассола (обратная магистраль)
C Распределитель рассола (подающая магистраль)
D Земляной (дуплексный) зонд
E Коллекторный колодец
F Низкотемпературная отопительная установка
Тепловые насосы Viessmann. Теплогенерация из грунтовых вод.
На пользование грунтовыми водами необходимо получить разрешение соответствующих организаций (как правило, водохозяйственных органов). Для теплогенерации необходимо пробурить отсасывающую и поглощающую или инфильтрационную скважину.
В целом качество воды должно соответствовать предельным значениям, приведенным в нижеследующей таблице отдельно для используемых в теплообменнике материалов - нержавеющей стали (1.4401) и меди. При соблюдении данных предельных значений, как правило, не должно возникать проблем с эксплуатацией скважин.
Если предельные значения для меди не могут быть выдержаны, то необходимо использовать смонтированный посредством резьбовых соединений теплообменник из нержавеющей стали в качестве теплообменника промежуточного контура (по причине непостоянства качества воды в целом рекомендуется) (см. стр. 29).
При использовании воды из озер и прудов должен быть предусмотрен промежуточный контур.
Указание!
Заполнить промежуточный контур теплоносителем с примесью антифриза (рассол, мин. -5 °C).
A Тепловой насос Vitocal 300/350
B Теплообменник промежуточного контура
C Добывающая скважина с отсасывающим насосом
D Поглощающая скважина
E Направление течения грунтовых вод
F Низкотемпературная отопительная установка
Стойкость нержавеющей стали (1.4401) и меди при воздействии ингредиентов/своиствах воды
|
Условные обозначения: а - при нормальных условиях хорошая стойкость. b - опасность коррозии, в основном при наличии нескольких веществ с "b" с - не голится
|
Тепловые насосы Viessmann. Теплогенерация из окружающего (наружного) воздуха.
A Тепловой насос Vitocal 300/350
B Приточный канал
C Вытяжной канал
E Низкотемпературная отопительная установка
В настоящее время воздушно-водяные тепловые насосы, также как земляные тепловые насосы и насосы, использующие тепло грунтовых вод, могут работать круглогодично.
В зданиях, соответствующих современным строительным нормам, воздушно-водяной тепловой насос может работать в моноэнергетическом режиме в сочетании с электронагревательной вставкой.
Для воздушно-водяных тепловых насосов параметры источника тепла задаются конструкцией или размерами устройства.
При этом необходимое количество воздуха подается через воздушные каналы посредством встроенного вентилятора в испаритель и при этом охлаждается.
Тепловые насосы типа AWH могут работать в моновалентном режиме при температурах до -15 °C.
Даже при температуре наружного воздуха -15 °C они обеспечивают максимальную температуру подачи теплоносителя 65 °C.
Приточные и вытяжные отверстия должны быть расположены таким образом, чтобы исключить возможность "замыкания” воздушного потока.