Особливості використання теплових насосів на півдні України

Найбільш поширеними способами використання теплових насосів (ТН) є варіанти використання низькотемпературного тепла повітря (цикл «повітря-повітря») або верхніх шарів землі (цикл «грунт-вода»).

Робота ТН типу «повітря-повітря» або «повітря-вода» мають дуже високу ефективність при температурі зовнішнього повітря від 0 до 15°С. В простіших традиційних моделях не передбачена робота при зовнішній температурі нижче 5 градусів морозу – починається обмерзання  поверхні випаровувача, що зупиняє роботу ТН.

Для використання ТН, які задіюють тепло грунту, потрібно визначити енергетичний потенціал в місці залягання трубопроводів випаровувача (такі труби називають ще теплообмінником або грунтовим колектором). Потрібно чітко володіти даними про температуру грунту і динаміку її зміни в залежності від пори року і глибини.


Верхній шар землі прогрівається сонячною радіацією, що можна оцінити як 1,4 кВт/м2-доба. Цей показник береться за основу розрахунків потенціалу низькопотенціального тепла для ТН.

Були проведені дослідження зміни температури грунту в Миколаєві, де визначили залежність температури від глибини і пори року. Враховували і вплив грунтових вод на температурний режим грунту. Встановлено, що температурний режим грунту залежить в першу чергу від його складу, наявності рослинності на поверхні грунту і кількості опадів. Заміри проводились на різних глибинах: 0,2; 0,8; 1,2; 3,2 і 8,6 м. На останній глибині існує водоносний шар з дебетом 1 м3/год. Заміри проводилися один раз на тиждень протягом року.

Характер зміни температури грунту протягом року відрізняється від змін температури повітря. Із збільшенням глибини грунту збільшується інерційність в динаміці змін тепмператури грунту. Це пов’язано із впливом теплових потоків від більш глибоких шарів грунту. На глибині 3,2 метри зафіксована сезонна зміна температури грунту в діапазоні 7°С. А для глибини 8,6 м температура грунту (від +10 до +12°С) практично не залежить від сезонних коливань температури повітря. На це впливає горизонт залягання грунтових вод, який є достатньо потужним акумулятором низькотемпературної енергії і суттєво впливає на температурне поле у вищерозміщених шарах грунту.

Розрахунки показують, що значення мінімально допустимої температури грунту повинно бути не нижче 5-7°С на глибині до 8 м (для областей, в яких зафіксована мінімальна температура повітря в зимовий період мінус 20°С). 

Теоретична оцінка кількості тепла, яке можна зняти з 100 м² поверхні грунту, розміщеного паралельно поверхні землі на глибині від 3 до 8 метрів, показує, що воно може обігріти 2-3 м² приміщення протягом опалювального сезону без додаткового акумулювання енергії. Якщо забезпечити акумулювання енергії в цьому об’ємі грунту в літній період, то без додаткових мір по забезпеченню розсіювання тепла, можна обігріти площу 10 м² при висоті 2,7 м. При цьому в системі повинна циркулювати робоча рідина в кількості 25-28 кг/год, що є досить складною інженерною задачею.

6.jpg

Дуже ефективним концентратором низькотемпературного тепла є грунтові води. Згідно розрахунків, для обігрівання стандартного приміщення 250 м², достатньо 10 м³/год з початковою температурою 10°С. При цьому вода охолоджується до 7°С, а температура кипіння холодоагенту не понижується нижче 5°С. Це дозволяє отримати коефіцієнт перетворення 2,6-2,7. Такий показник роботи ТН вказує на те, що для отримання 1 кВт теплової енергії буде затрачено біля 0,4 кВт електричної.


На основі проведених досліджень зроблено висновки, що використання низькотемпературної енергії грунту без додаткової акумуяції тепла нераціонально. А таке акумулювання можна проводити в літній період за рахунок сонячної енергії. Правильно спроектована і змонтована система ТН дає можливість отримувати дешеве і стабільне тепло, будучи для мешканців одночасно повністю автоматизованою і комфортною системою.

За матеріалами atmosfera.ua

Якщо Ви помітили орфографічну помилку, виділіть її мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Новини по темі:

comments powered by Disqus
Система Orphus
Щотижнева
e-mail розсилка