L'utilisation de la chaleur ambiante à faible potentiel pour le chauffage et le chauffage de l'eau devient économiquement avantageuse avec une utilisation à long terme du système. Un obstacle à la large diffusion de tels dispositifs est le coût initial élevé de l'équipement et de son installation. Par conséquent, une installation complète ou partielle d'une pompe à chaleur de vos propres mains est toujours pertinente, ce qui vous permet d'économiser des fonds importants.
Riz. 1 Pompe à chaleur eau/eau dans la maison
Lors de la création de pompes à chaleur pour le chauffage, la chaleur naturelle de faible qualité des masses d'air, du sol et de l'eau est utilisée. Les espèces aquatiques absorbent l'énergie thermique des puits, des puits, des étangs et d'autres plans d'eau ouverts. Une pompe à chaleur fonctionne comme un réfrigérateur, prenant la chaleur du compartiment réfrigérateur et l'expulsant vers l'extérieur via un radiateur externe.
Lors de l'installation, l'échangeur de chaleur primaire avec un liquide de refroidissement en circulation est placé dans un récipient contenant de l'eau, d'où la chaleur est prélevée. L'eau est aspirée par une pompe à eau, passe à travers le système de canalisations puis pénètre dans l'évaporateur - dans l'appareil, lorsque le liquide est chauffé, il s'évapore. Dans l'évaporateur, le liquide de refroidissement transfère la chaleur au fréon, pour lequel une petite température positive de 6 à 8 C est le point d'ébullition, et le réfrigérant gazeux pénètre dans le compresseur.
Fig. 2. Schéma d'une pompe à chaleur eau/eau Là, il est comprimé, ce qui entraîne une augmentation de la température du gaz et est ensuite acheminé vers le condenseur. Dans le condenseur, l'énergie thermique du gaz à une température de 40 à 70 ° C est transférée à l'eau du système de chauffage, le gaz refroidi se condense et pénètre dans le détendeur (étrangleur). Sa pression diminue - cela conduit à un refroidissement plus important du gaz à l'état liquide, dans lequel il est à nouveau introduit dans l'évaporateur. Le système fonctionne en mode cyclique fermé circulaire.
Calcul pompe à chaleur
Pour concevoir un système de bricolage, il est tout d'abord nécessaire d'effectuer un calcul en tenant compte des besoins en énergie thermique (des pompes peuvent en outre être utilisées pour fournir de l'eau chaude à la maison) et des pertes éventuelles. L'algorithme de calcul comprend les opérations suivantes.
- La surface de la pièce chauffée est calculée.
- Sur la base des valeurs obtenues, la quantité totale d'énergie nécessaire au chauffage est déterminée sur la base du calcul de 70 à 100 watts par mètre carré. Le paramètre dépend de la hauteur des plafonds, du matériau de fabrication et du degré de conductivité thermique de la maison.
- Lors de la fourniture d'eau chaude, la valeur obtenue est augmentée de 15 à 20%.
- Sur la base de la puissance reçue, un compresseur est sélectionné, les principaux composants du système sont calculés et conçus: pipeline, évaporateur, condenseur, pompe électrique et autres composants.
Accessoires pour un système de chauffage avec une pompe à chaleur pour l'auto-fabrication
Il est assez difficile pour un propriétaire ordinaire de rivaliser avec les pompes à chaleur industrielles nationales et étrangères, cependant, son installation et la fabrication de composants individuels ne sont pas des tâches impossibles. La tâche principale dans la construction d'une pompe à chaleur reste l'exactitude des calculs, car en cas d'erreur, le système peut avoir une faible efficacité et devenir inefficace.
Compresseur
Pour l'installation, vous en aurez besoin d'un neuf ou d'occasion. le compresseur est en état de marche avec une ressource inutilisée de puissance appropriée. La puissance habituelle du compresseur doit être de 20 à 30% de celle calculée, vous pouvez utiliser des unités d'usine standard pour les réfrigérateurs ou les climatiseurs à défilement, qui ont une efficacité supérieure à celle des appareils à piston.
Évaporateur et condenseur
Pour refroidir et chauffer les liquides, on les fait généralement passer par des tuyaux en cuivre placés dans un récipient avec un échangeur de chaleur. Pour augmenter la surface de refroidissement, le tuyau en cuivre est disposé sous la forme d'une spirale, la longueur requise est calculée par la formule de calcul de la surface divisée par la section. Le volume du réservoir d'échange de chaleur est calculé en fonction de la mise en œuvre d'un échange de chaleur efficace, la valeur moyenne habituelle est d'environ 120 litres. Pour une pompe à chaleur, il est rationnel d'utiliser des tuyaux pour climatiseurs, qui ont initialement une forme en spirale et sont vendus en baies.
Riz. H Tuyau en cuivre et réservoir d'échangeur de chaleur
De nombreux fabricants de pompes à chaleur ont remplacé cette méthode de conception des échangeurs de chaleur de leurs propres mains par une méthode plus compacte, utilisant l'échange de chaleur selon le principe du "pipe in pipe". Le diamètre standard du tuyau en plastique pour l'évaporateur est de 32 mm, un tuyau en cuivre d'un diamètre de 19 mm y est placé, l'évaporateur est isolé thermiquement, la longueur totale de l'échangeur de chaleur est d'environ 10 à 12 m. 25 mm peut être utilisé pour le condenseur. tuyau métal-plastique et 12,7 mm. cuivre.
Fig 4. Assemblage et apparence d'un échangeur de chaleur composé de tuyaux en cuivre et en plastique Pour augmenter la surface et l'efficacité de l'échangeur de chaleur, certains artisans tordent une tresse de plusieurs tuyaux en cuivre de petit diamètre, les décalent avec du fil fin et placent la structure en plastique. Cela permet d'obtenir une surface d'échange thermique d'environ 1 mètre cube sur un segment de 10 mètres.
Soupape de détente
Un appareil correctement sélectionné régule le degré de remplissage de l'évaporateur et est en grande partie responsable des performances de l'ensemble du système. Par exemple, si l'apport de réfrigérant est trop élevé, il n'aura pas le temps de s'évaporer complètement et des gouttes de liquide pénétreront dans le compresseur, entraînant une perturbation de son fonctionnement et une diminution de la température du gaz en sortie. Trop peu de fréon dans l'évaporateur après avoir augmenté la température dans le compresseur ne suffira pas à réchauffer le volume d'eau requis.
Riz. 5 Equipement de base de la pompe à chaleur Capteurs
Pour faciliter l'utilisation, la surveillance du fonctionnement, le dépannage et la configuration du système, des capteurs de température intégrés sont nécessaires. L'information est importante à toutes les étapes du fonctionnement du système, seulement avec son aide, en utilisant des formules, il est possible d'établir le paramètre le plus important de l'équipement installé pour les pompes à chaleur à eau - l'indicateur d'efficacité COP.
Équipement de pompe
Pendant le fonctionnement des pompes à chaleur, l'admission et l'alimentation en eau d'un puits, d'un puits ou d'un réservoir ouvert se font à l'aide de pompes à eau. Des types submersibles ou de surface peuvent être utilisés, généralement leur puissance est faible, 100 à 200 watts suffisent pour fournir de l'eau. Pour contrôler le fonctionnement, protéger les pompes et le système, des filtres, un manomètre, des compteurs d'eau et une automatisation simple sont également montés.
Riz. 6 Aspect d'une pompe à chaleur auto-assemblée L'assemblage à faire soi-même d'équipements de pompe à chaleur ne présente pas de grandes difficultés avec la capacité de manipuler un outil spécial pour le soudage et le brasage du cuivre. Le travail effectué permettra d'économiser des fonds importants - le coût des composants sera d'environ 600 USD. Autrement dit, l'achat d'équipements industriels coûtera 10 fois plus cher (environ 6000 USD). Une conception de bricolage, avec un calcul et un réglage appropriés, a une efficacité (COP) d'environ 4, ce qui correspond aux conceptions industrielles.
La puissance calorifique d'une pompe à chaleur air/eau (PAC), sinon la quantité de chaleur renouvelable extraite de l'environnement, est directement proportionnelle à la température extérieure. Plus l'air est froid, plus il est coûteux d'en extraire la chaleur. Le facteur de conversion COP varie avec les températures ambiantes : plus la température extérieure est basse, plus la pompe à chaleur aérothermique consomme de l'énergie.
Déterminer la puissance et choisir une pompe à chaleur est une affaire assez compliquée. Habituellement, les chiffres réels et les diagrammes de performances sont fournis par les fabricants de pompes à chaleur, ainsi que des logiciels spéciaux pour le calcul et la sélection des équipements. Ici, vous entrez des données pour un objet spécifique situé dans une région de température spécifique.
Pompe à chaleur : puissance calorifique pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire
Analysons sur quels facteurs dépendent la puissance HP et, par conséquent, le coût des unités HP, ainsi que l'efficacité de son fonctionnement.
Radiateurs ou chauffage au sol
Un système de chauffage par pompe à chaleur est généralement mis en œuvre sur la base d'une distribution par radiateurs et/ou d'un système avec chauffage au sol, chauffage mural ou système de ventilo-convecteurs. Dans le même temps, la température de chauffage du fluide chauffant diffère de 35-45 °C - pour les sols chauds, jusqu'à 65-75 °C et plus - pour le système de radiateurs, ce qui affecte la puissance de la PAC. Plus la température du liquide de refroidissement dans le système de chauffage est basse, plus la consommation d'énergie est faible, plus la puissance calorifique est faible, moins l'équipement est cher. Pour la modernisation des systèmes de chauffage avec radiateurs lors du remplacement de chaudières à gaz coûteuses, des pompes à chaleur à air haute température avec chauffage du caloporteur jusqu'à 80 °C peuvent être installées. Par exemple, les pompes à chaleur Hitachi YUTAKI S 80. Même si le liquide de refroidissement est chauffé à 65 degrés et plus, un tel système est plusieurs fois plus économique qu'une chaudière à gaz.
Schéma de mise en œuvre : PAC seule, PAC + chaudière de réserve
TN. Si seule la pompe à chaleur fonctionne, elle doit résoudre entièrement les problèmes d'alimentation en chaleur et de chauffage de l'eau, en connectant le chauffage électrique intégré aux heures de pointe.
PAC + chaudière. Si une chaudière à gaz ou à granulés est installée précédemment, elle peut prendre en charge une partie des charges de pointe et réduire la consommation énergétique globale de la pompe à chaleur.
Il existe différents schémas de fonctionnement PAC, sélectionnés individuellement pour chaque objet : monoénergétique (uniquement à l'électricité), monovalent (PAC + élément chauffant) ou bivalent (PAC + chaudière). La température optimale économiquement avantageuse pour passer à une source de chaleur d'appoint est appelée « point de bivalence ». Pour Kiev et la région, il fait -7 °C.
Isolation thermique du bâtiment
Lors du choix d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison, il faut savoir qu'une maison mieux isolée nécessitera plusieurs fois moins de chaleur qu'un bâtiment sans modernisation thermique. Les valeurs des pertes de chaleur (charges thermiques spécifiques) pour différents types de bâtiments sont données dans le tableau.
On en déduit que pour compenser la perte de chaleur d'une pièce de 100 m2 dans une maison bien isolée, il vous faudra :
Q H \u003d 50 W / m2 x 100 m2 \u003d 5000 W ou 5 kW de puissance thermique.
Les valeurs de perte de chaleur estimées sont données sur la base de la température minimale calculée, par exemple, pour la région de Kiev, elle est de -22 °C.
Ainsi, pour une maison mal isolée on obtient :
Q H \u003d 200 W / m2 x 100 m2 \u003d 20 000 W ou 20 kW de puissance thermique.
Une telle différence: 5 kW et 20 kW oblige à prendre des mesures pour procéder à la modernisation thermique (isolation) du bâtiment, puis à choisir une pompe à chaleur plus abordable et plus rentable.
Pompes à chaleur pour le chauffage et la production d'eau chaude sanitaire (ECS)
Lors du choix d'une pompe à chaleur pour une maison privée, le fonctionnement d'une pompe à chaleur pour chauffer l'eau d'une cuisine, d'une salle de bain ou d'une douche est généralement pris en compte. Dans le même temps, la répartition quotidienne des charges est prise en compte. Ils utilisent plus souvent l'eau chaude le soir ou le matin, et en hiver, le travail de PAC pour le chauffage rejoint également ces charges. Habituellement, pour les systèmes de pompe à chaleur, les tâches d'approvisionnement en eau chaude sont plus prioritaires, puis le chauffage, le calcul est basé sur les charges thermiques totales : pour le chauffage et l'eau chaude.
Pour déterminer la puissance thermique d'une PAC de chauffage d'eau pour les besoins domestiques, ils utilisent des données standard sur la consommation d'eau d'une certaine température et la consommation totale de chaleur, en fonction du nombre de personnes vivant dans la maison.
Pour une personne, prenons un débit de 50 litres d'eau à une température de 45°C, ce qui correspond à un taux de consommation de 0,25 kW de puissance thermique.
On obtient que pour une famille de quatre personnes vivant dans une maison individuelle de 100 m2, la puissance calorifique est nécessaire :
Q W \u003d 0,25 kW / personne * 4 personnes. = 1,0kW
Il est maintenant possible d'effectuer un calcul moyen de la puissance thermique, en tenant compte des charges totales pour chauffer le liquide de refroidissement pour le système de chauffage et chauffer l'eau pour les besoins domestiques.
La puissance thermique totale pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire d'une maison bien isolée :
Q SUM \u003d Q H + Q W \u003d 5 kW + 1 kW \u003d 6 kW.
Puissance thermique totale pour le système de chauffage et eau chaude pour une maison mal isolée :
Q SUM \u003d Q H + Q W \u003d 20 kW + 1 kW \u003d 21 kW.
Et pour les conditions du "point de bivalence", lorsqu'il fait -7°C dehors, et qu'il faut maintenir +20°C à l'intérieur de la maison de 100 m2, il faudra, en tenant compte de la différence de température :
Q cal. = 6 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 6 * 27 / 42 = 3,86 kW de chaleur de la pompe à chaleur.
Et dans le deuxième exemple, pour un bâtiment sans isolation thermique, il faut :
Q cal.. = 21 * (20-(-7))/(20-(-22)) = 21 * 27 / 42 = 13,5 kW de chaleur de la pompe à chaleur.
Sur la base de ces données, en tenant compte de la température du « point de bivalence » et avec une marge de puissance, une valeur plus élevée proche de la puissance calorifique de la pompe à chaleur est sélectionnée dans la gamme du modèle.
Quelle est la réserve de marche ?
- Fluctuations de la température de l'eau d'entrée. Tout le monde sait que l'eau du robinet est beaucoup plus froide en hiver et que l'écart de température entre l'eau entrant/sortant de la PAC est plus important en hiver.
- La nécessité de chauffer l'eau à la température souhaitée dans le réservoir de stockage si elle n'en est pas utilisée pendant une longue période.
- Augmentation de la consommation d'eau chaude et de son chauffage à une température plus élevée en hiver.
Selon les tableaux proposés par le fabricant, en fonction de la température de l'eau de sortie et de la température de l'air extérieur, l'ensemble de l'unité intérieure et de l'unité extérieure correspondante de la pompe à chaleur est sélectionné en fonction de la puissance. Un exemple est une fiche technique pour les pompes à chaleur air-eau à haut rendement Hitachi Yutaki série S. Pour les données calculées, un modèle avec une capacité de chauffage d'environ 5,0 kW convient.
Qu'est-ce qui détermine le prix d'une pompe à chaleur ?
Plus la pompe à chaleur est puissante, plus son prix est élevé.
Comment réduire le coût d'une pompe à chaleur ?
- Effectuer correctement et professionnellement les calculs et la sélection des équipements.
- Isoler le bâtiment.
- Minimiser les pertes de chaleur par les fenêtres et la ventilation.
- Installer un plancher chauffant basse température ou des ventilo-convecteurs ou un système mixte (radiateurs + plancher chauffant, ventilo-convecteurs + plancher chauffant).
- Appliquer un schéma bivalent PAC + chaudière pour réduire la charge sur la PAC.
- Participez au programme énergétique IQ et économisez jusqu'à 35 % sur le coût de l'équipement et de l'installation.
Une sélection plus précise d'une pompe à chaleur, afin d'éviter des coûts ou des pertes inutiles, est mieux laissée aux professionnels.
Pour choisir la bonne pompe à chaleur, dont les prix et les services d'installation seraient raisonnables et justifiés, contactez les spécialistes expérimentés compétents d'AKLIMA. Nous avons une vaste expérience dans la mise en œuvre de systèmes de pompes à chaleur modernes et offrons des services de haute qualité pour l'installation et la maintenance de ces équipements dans toute l'Ukraine.
Cet article décrit les options de chauffage domestique et d'approvisionnement en eau chaude à l'aide d'une pompe à chaleur, d'un capteur solaire et d'un générateur de chaleur à cavitation. Une méthode approximative de calcul d'une pompe à chaleur et d'un générateur de chaleur est donnée. Le coût approximatif du chauffage d'une maison avec une pompe à chaleur est donné.
Pompe à chaleur. conception de chauffage domestique
Pour comprendre son principe de fonctionnement, vous pouvez regarder un réfrigérateur ou un climatiseur domestique ordinaire.
Les pompes à chaleur modernes utilisent pour leur travail faible potentiel sources de chaleur sol, eaux souterraines, air. Le même principe physique fonctionne à la fois dans le réfrigérateur et dans la pompe à chaleur (les physiciens appellent ce processus le cycle de Carnot). Une pompe à chaleur est un appareil qui « pompe » la chaleur du compartiment réfrigérateur et la rejette sur le radiateur. Le climatiseur "évacue" la chaleur de l'air de la pièce et la rejette sur le radiateur, mais situé dans la rue. Dans le même temps, à la chaleur "aspirée" de la pièce, plus de chaleur est ajoutée, dans laquelle l'énergie électrique consommée par le moteur électrique du climatiseur s'est transformée.
Le nombre qui exprime le rapport entre l'énergie thermique produite par la thermopompe (climatiseur ou réfrigérateur) et l'énergie électrique consommée par celle-ci est appelé « coefficient de chauffage » par les spécialistes de la thermopompe. Dans les meilleures pompes à chaleur, le coefficient de chauffage atteint 3-4. Autrement dit, pour chaque kilowattheure d'électricité consommée par le moteur électrique, 3 à 4 kilowattheures d'énergie thermique sont générés. (Un kilowattheure correspond à 860 kilocalories.) Ce facteur de conversion (facteur de chauffage) dépend directement de la température de la source de chaleur, plus la température de la source est élevée, plus le facteur de conversion est élevé.
Le climatiseur puise cette énergie thermique dans l'air extérieur, et les grandes pompes à chaleur "pompent" cette chaleur supplémentaire, généralement à partir d'un réservoir/d'une nappe phréatique ou d'un sol.
Bien que la température de ces sources soit bien inférieure à la température de l'air dans une maison chauffée, mais cette chaleur à basse température du sol ou de l'eau, la pompe à chaleur se transforme en haute température nécessaire pour chauffer la maison. Par conséquent, les pompes à chaleur sont également appelées "transformateurs de chaleur". (voir processus de transformation ci-dessous)
Note: Les pompes à chaleur chauffent non seulement les maisons, mais refroidissent également l'eau de la rivière, à partir de laquelle la chaleur est pompée. Et à notre époque où les rivières sont trop surchauffées par les eaux usées industrielles et domestiques, le refroidissement de la rivière est très utile pour que les organismes vivants et les poissons y vivent. Plus la température de l'eau est basse, plus l'oxygène peut y être dissous, ce qui est nécessaire pour les poissons. " pollution thermique".
Mais installer un système de chauffage par pompes à chaleur reste encore trop cher, car il faut beaucoup de terrassement et de consommables, comme des tuyaux pour créer un collecteur/échangeur.
Il convient également de rappeler que dans les pompes à chaleur, comme dans les réfrigérateurs conventionnels, un compresseur est utilisé pour comprimer le fluide de travail - l'ammoniac ou le fréon. Les pompes à chaleur fonctionnent mieux sur le fréon, mais l'utilisation du fréon a déjà été interdite car lorsqu'il pénètre dans l'atmosphère, il brûle l'ozone dans ses couches supérieures, ce qui protège la Terre des rayons ultraviolets du soleil.
Et pourtant, il me semble que l'avenir appartient aux pompes à chaleur. Mais eux, personne n'en produit encore en masse. Pourquoi? Pas difficile à deviner.
Si une source alternative d'énergie bon marché apparaît, alors où mettre le gaz, le pétrole et le charbon produits, à qui le vendre. Et de quoi amortir les pertes de plusieurs milliards de dollars dues aux explosions dans les mines et les mines.
Schéma de principe du chauffage d'une maison avec une pompe à chaleur
Comment fonctionne une pompe à chaleur
La source de chaleur à faible potentiel peut être l'air extérieur avec une température de -15 à +15°C, l'air évacué de la pièce avec une température de 15-25°C, le sous-sol (4-10°C) et le sol (plus supérieure à 10°C) eau, eau de lac et de rivière (0-10°С), sol de surface (0-10°С) et profond (plus de 20 m) (10°С). Aux Pays-Bas, par exemple, dans la ville de Heerlen, une mine inondée est utilisée à cette fin. L'eau qui remplit l'ancienne mine au niveau de 700 mètres a une température constante de 32°C.
Dans le cas de l'utilisation de l'air atmosphérique ou de ventilation comme source de chaleur, le système de chauffage fonctionne selon le schéma « air-eau ». La pompe peut être située à l'intérieur ou à l'extérieur. L'air est fourni à son échangeur de chaleur au moyen d'un ventilateur.
Si les eaux souterraines sont utilisées comme source de chaleur, le système fonctionne selon le schéma «eau-eau». L'eau est fournie à partir du puits au moyen d'une pompe à l'échangeur de chaleur de la pompe et, une fois la chaleur évacuée, elle est évacuée soit dans un autre puits, soit dans un réservoir. L'antigel ou l'antigel peut être utilisé comme liquide de refroidissement intermédiaire. Si un réservoir agit comme une source d'énergie, une boucle d'un tuyau en métal-plastique ou en plastique est posée sur son fond. Une solution de glycol (antigel) ou d'antigel circule dans la canalisation, qui transfère la chaleur au fréon à travers l'échangeur de chaleur de la pompe à chaleur.
Lors de l'utilisation du sol comme source de chaleur, le système fonctionne selon le schéma "sol-eau". Il existe deux options pour le dispositif collecteur - vertical et horizontal.
- Avec un collecteur horizontal, les tuyaux en métal-plastique sont posés dans des tranchées d'une profondeur de 1,2 à 1,5 m ou sous forme de spirales dans des tranchées d'une profondeur de 2 à 4 m.Cette méthode de pose peut réduire considérablement la longueur des tranchées .
Schéma d'une pompe à chaleur avec un collecteur horizontal avec pose de tuyau en spirale
1 - pompe à chaleur ; 2 - pipeline posé dans le sol; 3 - chaudière à chauffage indirect; 4 - système de chauffage "plancher chaud"; 5 - circuit d'alimentation en eau chaude.
Cependant, lors de la pose en spirale, la résistance hydrodynamique augmente considérablement, ce qui entraîne des coûts supplémentaires pour le pompage du liquide de refroidissement, et la résistance augmente également à mesure que la longueur des tuyaux augmente.
- Avec une disposition verticale du collecteur, les tuyaux sont posés dans des puits verticaux à une profondeur de 20 à 100 m.
Schéma de la sonde verticale
Photo de la sonde dans la baie
Installation de la sonde dans le puits
Calcul du collecteur horizontal d'une pompe à chaleur
Calcul du collecteur horizontal d'une pompe à chaleur.
q - évacuation de la chaleur spécifique (à partir de 1 m de tuyau).
- sable sec - 10 W/m,
- argile sèche - 20 W/m,
- argile humide - 25 W/m,
- argile à haute teneur en eau - 35 W/m.
Entre les boucles directe et de retour du collecteur, une différence de température du fluide caloporteur apparaît.
Habituellement, pour le calcul, il est pris égal à 3 ° C. L'inconvénient d'un tel système est qu'il n'est pas souhaitable d'ériger des bâtiments sur le site au-dessus du collecteur afin que la chaleur de la terre soit reconstituée en raison du rayonnement solaire. La distance optimale entre les tuyaux est considérée comme étant de 0,7 à 0,8 m.Dans ce cas, la longueur d'une tranchée est choisie entre 30 et 120 m.
Exemple de calcul de pompe à chaleur
Je vais donner un calcul approximatif d'une pompe à chaleur pour notre éco-maison, décrite dans l'article.
On pense que pour chauffer une maison avec une hauteur sous plafond de 3 m, il faut dépenser 1 kW. Énergie thermique par 10 m2 de surface. Avec une surface de maison de 10x10m \u003d 100 m2, 10 kW d'énergie thermique sont nécessaires.
Lors de l'utilisation d'un sol chaud, la température du caloporteur dans le système doit être de 35°C et la température minimale du caloporteur est de 0°C.
Tableau 1. Données de la pompe à chaleur Thermia Villa.
Pour chauffer un bâtiment, choisissez une pompe à chaleur d'une capacité de 15,6 kW (calibre supérieur le plus proche), qui consomme 5 kW pour le compresseur. Nous sélectionnons l'évacuation de la chaleur de la couche superficielle du sol en fonction du type de sol. Pour (argile humide) q est de 25 W/m.
Calculer la puissance du collecteur de chaleur :
Qo=Qwp-P, où
Qo- capacité du collecteur thermique, kW ;
qwp- puissance pompe à chaleur, kW ;
P- puissance électrique du compresseur, kW.
La puissance calorifique requise du collecteur sera de :
Qo = 15,6-5 = 10,6 kW ;
Déterminons maintenant la longueur totale des tuyaux :
L=Qo/q, où q est l'évacuation spécifique de la chaleur (de 1 m de tuyau), kW/m.
L \u003d 10,6 / 0,025 \u003d 424 m.
Pour organiser un tel collecteur, 5 contours d'une longueur de 100 m chacun seront nécessaires, sur cette base, nous déterminerons la zone requise du site pour la pose du contour.
A=Lxda, où da est la distance entre les tuyaux (pas de pose), m.
Avec un pas de pose de 0,75 m, la surface requise du chantier sera de :
Un \u003d 500x0,75 \u003d 375 m2.
Calcul du collecteur vertical
Lors du choix d'un collecteur vertical, des puits sont forés d'une profondeur de 20 à 100 m dans lesquels sont immergés des tuyaux en métal-plastique ou en plastique en forme de U. Pour ce faire, deux boucles sont insérées dans un puits, qui sont remplies de mortier de ciment. Élimination de la chaleur spécifique un tel collecteur est de 50 W/m.
Pour des calculs plus précis, les données suivantes sont utilisées :
- roches sédimentaires sèches - 20 W/m ;
- sol rocheux et roches sédimentaires saturées d'eau - 50 W / m;
- roches à haute conductivité thermique - 70 W/m;
- eaux souterraines - 80 W/m.
A plus de 15 m de profondeur, la température du sol est d'environ +10°C. Il faut tenir compte du fait que la distance entre les puits doit être supérieure à 5 m.S'il y a des courants souterrains dans le sol, les puits doivent être forés perpendiculairement à l'écoulement.
Exemple: L=Qo/q=10,6/0,05=212 m.
Ainsi, avec une évacuation spécifique de la chaleur d'un collecteur vertical de 50 W/m et une puissance requise de 10,6 kW, la longueur du tuyau L devrait être de 212 m.
Pour construire un collecteur, il est nécessaire de forer trois puits d'une profondeur de 75 m chacun, dans chacun desquels nous plaçons deux boucles d'un tuyau métal-plastique au total - 6 contours de 150 m chacun.
Fonctionnement de la pompe à chaleur en cas de fonctionnement selon le schéma "Sol-eau"
Le pipeline est posé dans le sol. Lors du pompage d'un liquide de refroidissement à travers celui-ci, ce dernier chauffe jusqu'à la température du sol. De plus, selon le schéma, l'eau pénètre dans l'échangeur de chaleur de la pompe à chaleur et cède toute la chaleur au circuit interne de la pompe à chaleur.
Du réfrigérant sous pression a été pompé dans le circuit interne de la pompe à chaleur. Le fréon ou ses substituts sont utilisés comme réfrigérant, car le fréon détruit la couche d'ozone de l'atmosphère et son utilisation est interdite dans les nouveaux développements. Le fluide frigorigène a un point d'ébullition bas et donc lorsque la pression chute brusquement dans l'évaporateur, il passe d'un état liquide à un état gazeux à basse température.
Après l'évaporateur, le réfrigérant gazeux entre dans le compresseur et est comprimé par le compresseur. En même temps, il se réchauffe et sa pression augmente. Le réfrigérant chaud pénètre dans le condenseur, où un échange de chaleur a lieu entre lui et le caloporteur depuis la conduite de retour. En cédant sa chaleur, le réfrigérant se refroidit et se transforme en un état liquide. Le liquide de refroidissement pénètre dans le système de chauffage et se refroidit à nouveau, transfère sa chaleur à la pièce. Lorsque le réfrigérant traverse détendeur, sa pression chute, et il repasse en phase liquide. Après cela, le cycle se répète.
Pendant la saison froide, la pompe à chaleur fonctionne comme un radiateur et par temps chaud, elle peut être utilisée pour refroidir la pièce (en même temps, la pompe à chaleur ne chauffe pas, mais refroidit le caloporteur - l'eau. Et le froid l'eau, à son tour, peut être utilisée pour refroidir l'air de la pièce).
En général, la pompe à chaleur est une machine Carnot fonctionnant en sens inverse. Le réfrigérateur pompe la chaleur du volume refroidi dans l'air ambiant. Si vous placez un réfrigérateur dans la rue, en extrayant la chaleur de l'air extérieur et en la transférant à l'intérieur de la maison, vous pouvez, dans une certaine mesure, chauffer la pièce de manière aussi simple.
Cependant, comme le montre la pratique, une pompe à chaleur seule ne suffit pas pour alimenter une maison en chaleur et en eau chaude. J'ose offrir le schéma optimal, à mon avis, pour le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude à la maison.
Le schéma proposé pour alimenter la maison en chauffage et en eau chaude
1 - générateur de chaleur ; 2 - capteur solaire ; 3 - chaudière à chauffage indirect; 4 - pompe à chaleur ; 5 - pipeline dans le sol; 6 - bloc de circulation du système solaire; 7 - radiateur de chauffage; 8 - circuit d'alimentation en eau chaude ; 9 - système de chauffage "plancher chaud".
Ce schéma suppose l'utilisation simultanée de trois sources de chaleur. Le rôle principal y est joué par le générateur de chaleur (1), la pompe à chaleur (4) et collecteur solaire(2), qui servent d'éléments auxiliaires et contribuent ainsi à réduire le coût de l'électricité consommée et à augmenter l'efficacité du chauffage. L'utilisation simultanée de trois sources de chauffage élimine presque complètement le danger système de dégivrage.
Après tout, la probabilité de défaillance en même temps que le générateur de chaleur, la pompe à chaleur et le capteur solaire est négligeable. Le diagramme montre deux options pour le chauffage des locaux : radiateurs (7) et "plancher chaud" (9). Cela ne signifie pas que les deux options doivent être utilisées, mais illustre seulement la possibilité d'utiliser à la fois l'une et la seconde.
Le principe de fonctionnement du circuit de chauffage
Le générateur de chaleur (1) alimente en eau chauffée la chaudière (3) et le circuit constitué de radiateurs de chauffage (7). De plus, le liquide de refroidissement chauffé de la pompe à chaleur (4) et du capteur solaire (2) pénètre dans la chaudière. Une partie de l'eau chauffée par la pompe à chaleur est également fournie à l'entrée du générateur de chaleur. Se mélangeant au "retour" du circuit de chauffage, il augmente sa température. Cela contribue à un chauffage plus efficace de l'eau dans le cavitateur du générateur de chaleur. L'eau chauffée et accumulée dans la chaudière est fournie au circuit du système « plancher chaud » (9) et au circuit d'alimentation en eau chaude (8).
Bien sûr, l'efficacité de ce schéma sera différente selon les latitudes. Après tout, le capteur solaire aura la plus grande efficacité en été et, bien sûr, par temps ensoleillé. Sous nos latitudes, il n'est pas nécessaire de chauffer les locaux d'habitation en été, le générateur de chaleur peut donc être complètement éteint. Et puisque notre été est assez chaud et que nous pouvons difficilement imaginer notre vie sans climatiseur, la pompe à chaleur est censée être allumée en mode refroidissement. Naturellement, le pipeline de la pompe à chaleur à la chaudière sera bloqué. Ainsi, il est censé résoudre le problème de l'approvisionnement en eau chaude uniquement à l'aide d'un système solaire. Et seulement si le système solaire ne fait pas face à cette tâche, utilisez un générateur de chaleur.
Comme vous pouvez le voir, le schéma est assez complexe et coûteux. Les coûts approximatifs généraux en fonction du régime choisi sont indiqués ci-dessous.
Coûts pour un collecteur vertical :
- Pompe à chaleur 6000 € ;
- Travaux de forage 6000 € ;
- Frais de fonctionnement (électricité) : environ 400 € par an.
Pour un collecteur horizontal :
- Pompe à chaleur 6000 € ;
- Travaux de forage 3000 € ;
- Frais de fonctionnement (électricité) : environ 450 euros par an.
Parmi les coûts importants, il faudra acheter des tuyaux et payer des ouvriers.
L'installation d'un capteur solaire plat (par exemple Vitosol 100-F et un chauffe-eau de 300 l) coûtera 3200 €.
Passons donc du simple au complexe. Tout d'abord, nous allons assembler un schéma de chauffage domestique simple basé sur un générateur de chaleur, le déboguer et y ajouter progressivement de nouveaux éléments, ce qui augmentera l'efficacité de l'installation.
Assemblons le système de chauffage selon le schéma:
Schéma de chauffage domestique à l'aide d'un générateur de chaleur
1 - générateur de chaleur ; 2 - chaudière à chauffage indirect; 3 - système de chauffage "plancher chaud"; 4 - circuit d'alimentation en eau chaude.
En conséquence, nous avons obtenu le schéma d'alimentation en chaleur le plus simple pour la maison.J'ai partagé mes réflexions afin d'encourager les gens qui prennent l'initiative de développer des sources d'énergie alternatives. Si quelqu'un a des idées ou des objections sur ce qui a été écrit ci-dessus, partageons nos réflexions, accumulons des connaissances et de l'expérience en la matière, et nous sauverons notre environnement et rendrons la vie un peu meilleure.
Comme on le voit ici, le principal et unique élément qui chauffe le liquide de refroidissement est le générateur de chaleur. Bien que le schéma ne fournisse qu'une seule source de chauffage, il prévoit la possibilité d'ajouter davantage d'appareils de chauffage supplémentaires. Pour cela, il est supposé utiliser une chaudière à chauffage indirect avec possibilité d'ajouter ou de supprimer des échangeurs de chaleur.
L'utilisation de radiateurs de chauffage disponibles dans le circuit illustré sur la figure ci-dessus n'est pas prévue. Comme vous le savez, le système "plancher chaud" permet de chauffer les locaux plus efficacement et d'économiser de l'énergie.
Attention : Les prix sont valables pour 2009.
Lorsque nous avons développé notre pompe à chaleur, le concept était de construire d'abord une unité fiable et durable. Dans le même temps, la pompe à chaleur doit être compréhensible pour le client final pendant son fonctionnement, doit fonctionner dans des modes "non idéaux" (si cela se produit, par exemple, lorsque la source principale de chaleur de basse qualité est mal calculée ou que le sonde cassée) et chauffer la maison en hiver avant l'apparition des fortes chaleurs. La pompe à chaleur doit disposer de toutes les protections nécessaires afin que des erreurs lors de l'installation ou du fonctionnement ultérieur ne puissent pas l'endommager. OLa protection de notre pompe à chaleur est de douze. Par courant, thermique, surchauffe, hypothermie, température (2 pcs.), anticyclique, basse pression, haute pression, protection thermique du bobinage moteur, contrôle du réseau d'alimentation.Notre pompe à chaleur Henk est facile à comprendre pour les installateurs et facile à utiliser. Nous ne facturons pas la "connexion". Beaucoup de nos clients l'installent eux-mêmes ou par leurs plombiers en consultation avec nous. Cependant, nos obligations de garantie restent inchangées.
Prix d'une pompe à chaleur Henk
En tant que fabricant de pompes à chaleur, il nous est assez facile d'obtenir des remises maximales sur les composants et les composants auprès des fournisseurs et des fabricants. Il n'est pas difficile de réduire le prix des pompes à chaleur Henk de 30 à 70 000 roubles, selon le modèle, en raison de composants moins chers, tandis que le bénéfice que nous prévoyons ne changera pas. Nous ne suivons pas fondamentalement cette voie, menant un travail explicatif. Nous essayons également de vendre nos produits à des installateurs fiables qui font honnêtement leur travail, ne pensent pas qu'au profit momentané, économisent sur tout ce qu'ils peuvent. Heureusement, la liste noire est très petite. Nous adhérons à une règle simple et honnête - félicitez-vous et ne grondez pas les autres. Nous ne sommes en concurrence avec personne. Nous avons notre propre client et notre propre chemin. En termes de prix, les pompes à chaleur Henk se situent entre les pompes chinoises et européennes, mais sont fabriquées sur exactement les mêmes compresseurs et échangeurs de chaleur que les pompes européennes. Notez que la puissance des échangeurs de chaleur dans nos pompes à chaleur est 20-30% plus élevée que nécessaire, cela compense la perte de conductivité thermique des liquides non gelés, par rapport à l'eau.
Assemblage de pompes à chaleur
Nous portons une attention toute particulière au montage de nos pompes à chaleur. Il faut un an et demi à deux ans pour « former » un employé qui comprend l'ensemble du processus. Et le mot QUALITÉ, pour un tel employé, n'est pas un vain mot. Les pompes à chaleur subissent des tests d'évacuation, de séchage et de pression du circuit de fréon, qui est presque entièrement soudé, afin de réduire les éventuelles fuites de réfrigérant. Les quatre connexions filetées restantes sont en acier et sont serties avec une presse spéciale.
Les échangeurs de chaleur en acier inoxydable sont soudés avec 40 % de soudure à l'argent. Tuyau en cuivre à paroi épaisse de marques renommées. Isolation - caoutchouc mousse (Allemagne). La partie supérieure la plus chaude du compresseur est également isolée. Dans les circuits d'alimentation, nous installons également les meilleurs composants (ABV, Schneider, etc.). Automatisation basse tension et contrôleurs électroniques, produits en République de Biélorussie. Toute la partie électrique est re-étirée avant l'assemblage final. Tous les câbles électriques sont protégés par des gaines spéciales ondulées et thermorétractables. Les extrémités des fils sont scellées avec des cosses. Certaines connexions électriques importantes sont en outre soudées avec de la soudure. Seuls les voyants d'alarme du boîtier de commande peuvent être classés comme des composants bon marché, mais en fonctionnement normal, ils ne doivent pas s'allumer. En cas de problème ou de réalisation de souhaits supplémentaires du client, tous les composants sont toujours en stock, il n'est pas nécessaire d'attendre longtemps une solution. Ceci est important, surtout pendant la saison de chauffage.
Pompe à chaleur - gestion et réglementation
Le fonctionnement de l'unité de commande de la pompe à chaleur est conçu pour que l'algorithme du circuit entier soit très simple. L'affichage permet de comprendre facilement, même à distance, ce qui se passe avec la pompe à chaleur. Si une question se pose, en règle générale, elle est résolue par un simple appel téléphonique.
Vous n'avez pas besoin d'un ordinateur pour programmer ! Il est très facile d'abaisser ou d'augmenter la température, de modifier l'hystérésis, de calibrer les capteurs.
La pompe à chaleur a une quantité réglable de réfrigérant entrant dans l'évaporateur. Il vous permet d'ajuster très précisément votre pompe à chaleur à votre source de chaleur (collecteur au sol, puits ou sondes) et à vos appareils de chauffage dans la maison, car chaque système est très individuel et a son propre "caractère", ce qui vous permettra pour obtenir une efficacité maximale de l'ensemble du système.
Important! Chaque modèle de notre pompe à chaleur est recommandé pour une certaine zone chauffée, sur la base de 80 à 100 watts de chaleur par mètre carré. Cela nous permet de tenir compte de nos rudes hivers russes et des maladresses de certains constructeurs. Cependant, les normes de construction étrangères strictes ne permettent de dépenser qu'environ 30 watts de chaleur par 1 m². Par conséquent, il existe une idée fausse selon laquelle, par exemple, notre pompe à chaleur Henk-120 est capable de chauffer seulement 120 m², consommant 1,7 kW d'électricité, et une pompe importée chauffant 150 m² ne consomme que 1 kW !
Soit dit en passant, en Russie, le client, selon sa mentalité, souhaite maintenir un confort de +25 +26 degrés Celsius dans toute la maison, quel que soit le gel, tandis que les Européens sont prêts à "endurer" la période de cinq jours la plus froide en pull .
Tuning et garanties
A la demande du client, nous pouvons installer des régulateurs de fréquence. Ils sont capables de démarrer et d'arrêter le compresseur en douceur. L'installation du module GSM est possible. Il est possible de monter la pompe à chaleur sur des compresseurs avec régulation numérique de puissance de l'ensemble de la pompe à chaleur, solénoïde intégré, de 10% à 100%. Cependant, le coût d'un convertisseur de fréquence "pédigrée" est comparable à 1\2-3\4 du coût d'un compresseur, et si vous en installez un bon marché, la question se pose de la fiabilité de l'ensemble du système.
En hiver, en cas de gel, un court laps de temps suffit pour dégivrer tout le système. Certains clients pensent à faire des économies, à baisser la température en leur absence (par exemple, s'ils ne viennent à la datcha que pour le week-end). Donc, si nous calculons que le compresseur devra fonctionner davantage le jeudi-vendredi, après un "repos" le lundi-mardi, plus l'entretien de la carte GSM, il s'avère qu'il n'y a aucune différence. Mon avis personnel est que le module GSM est une option très utile ! Cependant, il peut être mis assez simplement (par exemple, 4 zones), pour contrôler la présence de tension d'alimentation dans toute la maison, contrôler la température globale, pénétrer dans la maison ... Dans tous les cas, vous devrez quelqu'un allez éliminer la cause. Pour un réglage sérieux, il existe des unités de contrôle et de gestion propriétaires très fiables. Il y a suffisamment de fans de systèmes intelligents et complexes. Mais il ne faut pas oublier que seuls trois nœuds chauffent les locaux.... compresseur et deux échangeurs de chaleur.
Lorsque la période de garantie d'une pompe à chaleur se termine, la question se pose de savoir à quel point les réparations sont coûteuses et difficiles ? Je peux déclarer de manière responsable que pour réparer l'ensemble de l'unité de commande de la pompe à chaleurHenkpresque tout le monde peut. Le prix des pièces de pompe à chaleur est négligeable. Nous allons juste vous montrer comment faire.
Sincèrement, Savostyanov Igor Yurievich
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Établissement d'enseignement supérieur budgétaire de l'État fédéral
Université d'économie d'État de Saint-Pétersbourg
Institut du service de transport motorisé, des appareils municipaux et ménagers
Département "Machines et matériel pour le ménage et l'habitation et les usages collectifs"
COURS DE TRAVAIL
sur le thème : Calcul des pompes à chaleur
discipline : "Machines et appareils électroménagers"
Les travaux ont été réalisés par : Melnik A.O.
Le travail a été vérifié par : Lepesh G.V.
Saint-Pétersbourg - 2014
1. Sources de chaleur. Pompes à chaleur géothermiques
2. Le principe de fonctionnement de la pompe à chaleur
3. Cinq avantages des pompes à chaleur par rapport aux types de chauffage traditionnels
4. Efficacité de l'application de la pompe à chaleur
5. Comparaison des coûts de chauffage actuels pour la population en août 2008
6. Coûts en capital
7. Quelques données de référence
8. Exemples de calcul
1. Sources de chaleur. Pompes à chaleur géothermiques
Comme vous le savez, les pompes à chaleur géothermiques utilisent des sources d'énergie gratuites et renouvelables: chaleur de faible qualité de l'air, du sol, du sous-sol, des déchets et des eaux usées provenant de processus technologiques, réservoirs ouverts non gelés. L'électricité y est dépensée, mais le rapport entre la quantité d'énergie thermique reçue et la quantité d'énergie électrique consommée est d'environ 3-7.
Plus précisément, les sources de chaleur à faible potentiel peuvent être l'air extérieur avec une température de -15 à +15°C, l'air extrait (15-25°C), le sous-sol (4-10°C) et le sol (plus de 10°C). C) eau, eau de lac et de rivière (0-10 °С), surface (0-10 °С) et sol profond (plus de 20 m) (10 °С).
Si l'air atmosphérique ou de ventilation est choisi comme source de chaleur, des pompes à chaleur fonctionnant selon le schéma "air-eau" sont utilisées. La pompe peut être située à l'intérieur ou à l'extérieur. L'air est fourni à son échangeur de chaleur au moyen d'un ventilateur.
Lorsque l'eau souterraine est utilisée comme source de chaleur, elle est pompée d'un puits par une pompe dans un échangeur de chaleur d'une pompe eau-eau et soit pompée dans un autre puits, soit rejetée dans un réservoir.
2. Comment fonctionne une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur, dont le principe de fonctionnement est basé sur le cycle de Carnot, est essentiellement un moteur thermique, qui, contrairement au procédé de combustion traditionnel, permet de fournir de la chaleur à un objet en utilisant la chaleur ambiante ou la chaleur de retour (perdue) de la technologie processus. Un facteur important est la consommation d'énergie extrêmement faible de la pompe à chaleur pour son fonctionnement - en dépensant 1 kW d'électricité, la pompe à chaleur est capable de générer 4 kW de chaleur. Pour certains types de pompes à chaleur, ce chiffre peut être plus élevé. En d'autres termes, le principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur repose sur le transfert d'énergie thermique d'une source à faible potentiel (eau, air, terre) vers un consommateur (caloporteur) en raison de la dépense d'énergie pour la transformation de le fluide de travail. Schématiquement, une pompe à chaleur peut être représentée par quatre éléments principaux : un évaporateur, un compresseur, un condenseur et une soupape de décharge. Deux autres circuits sont connectés au circuit de travail de la pompe à chaleur elle-même: le primaire (externe), dans lequel circule le fluide de travail (eau, antigel ou air), en évacuant la chaleur de l'environnement (terre, air, eau), et le secondaire - eau dans les systèmes de chauffage et d'eau chaude.
Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur repose sur la capacité du fluide de travail, qui est un liquide qui peut bouillir et s'évaporer même à des températures inférieures à zéro (par exemple, le fréon). La température de la source d'énergie à faible potentiel perçue par l'évaporateur est supérieure au point d'ébullition du fréon à la pression correspondante. À la suite du transfert de chaleur, le fréon bout et passe à l'état gazeux. La vapeur de fréon pénètre dans le compresseur, dans lequel elle est comprimée. Dans le même temps, sa pression et sa température augmentent. Ensuite, le fréon chaud et comprimé est envoyé au condenseur, refroidi par le liquide de refroidissement. Sur les surfaces refroidies du condenseur, la vapeur de fréon se condense, passe à l'état liquide et sa chaleur est transférée au liquide de refroidissement, qui est ensuite utilisé dans les systèmes de chauffage et d'eau chaude. Le fréon liquide est envoyé à la soupape de décharge, en passant par laquelle il réduit la pression et la température et retourne à nouveau à l'évaporateur. Le cycle est alors terminé et se répétera automatiquement tant que le compresseur fonctionnera.
3. Cinqavantages des pompes à chaleur par rapport aux modes de chauffage traditionnels
Rentabilité - facteur de puissance élevé - 1 kW d'électricité est utilisé pour produire 4 kW d'énergie thermique, soit trois des kilowatts reçus coûteront gratuitement au consommateur - il s'agit de la chaleur prélevée dans l'environnement par la pompe. En pratique, cela signifie des économies annuelles sur les coûts d'exploitation.
Polyvalence - à l'aide d'une pompe à chaleur, vous pouvez résoudre non seulement le problème du chauffage, mais également celui du refroidissement.
Indépendance de la présence d'une source de chaleur.
Durabilité exceptionnelle - le seul élément soumis à l'usure mécanique est le compresseur
Sécurité incendie et environnementale - la génération de chaleur ne s'accompagne pas du processus de combustion.
Sources de chaleur pour pompes à chaleur
Dans les systèmes d'alimentation en chaleur d'objets de tout usage fonctionnel, les ressources naturelles et continuellement renouvelables de la Terre peuvent être utilisées comme sources d'énergie thermique de faible qualité:
air atmosphérique
Masses d'eau de surface et eaux souterraines
Sol sous la profondeur de congélation.
En tant que sources artificielles et technogéniques de chaleur à faible potentiel, on peut citer :
Air de ventilation d'échappement
Système d'assainissement des eaux usées
Rejets industriels des eaux de process
Variétés de pompes à chaleur
Le type de pompe à chaleur est déterminé par le type de source de chaleur qu'elle utilise comme primaire. Rappelons que la source de chaleur primaire peut être aussi bien naturelle (sol, eau, air) qu'industrielle (air ventilé, eaux de process et épurées).
Pompes à chaleur air/eau
L'air ambiant atmosphérique est particulièrement attractif pour une utilisation comme source de chaleur, il est disponible partout et de manière illimitée. Les pompes à chaleur aérothermiques ne nécessitent ni capteurs horizontaux ni sondes verticales. L'unité extérieure compacte élimine efficacement la chaleur de l'air et s'intègre parfaitement dans n'importe quel intérieur. Les pompes à chaleur air/eau peuvent fonctionner toute l'année, aussi bien en hiver qu'en été. Cependant, à des températures inférieures à -15C, le système de chauffage doit être complété par un deuxième appareil de chauffage, comme une chaudière à gaz ou à combustible solide. Avantage - coûts d'investissement réduits par rapport à d'autres types de pompes à chaleur en raison de l'absence de travaux de terrassement auxiliaires, conception simple pour une utilisation à la fois en chauffage et en refroidissement. L'inconvénient est la limite de température de la source de chaleur primaire. Facteur de puissance - 1,5-2.
Pompes à chaleur type "eau-eau"
L'eau souterraine est un bon accumulateur d'énergie solaire thermique. Même en hiver, ils maintiennent une température positive constante pendant les jours (par exemple, pour la région du Nord-Ouest, ce chiffre est au niveau de + 5 + 7 ° С). Cependant, à notre avis, les pompes à chaleur fonctionnant sur la chaleur des eaux usées et des eaux de process ont les meilleures perspectives d'application. Le débit d'eau continu, son niveau de température élevé garantit un facteur de puissance constamment élevé. Pour les entreprises industrielles, investir dans une installation de transfert de chaleur immédiatement, dès le lancement, permettra de réaliser des économies sur les coûts de chauffage et de réduire la dépendance aux réseaux de chauffage urbain. Dans ce cas, la chaleur rejetée dans les égouts est en fait une source de revenus supplémentaires, ce qui ne serait pas possible sans l'utilisation d'une pompe à chaleur. L'avantage est la stabilité. Inconvénient - un fonctionnement stable nécessite un débit constant d'eau de qualité satisfaisante. Facteur de puissance - 4-6.
Pompes à chaleur sol-eau
L'énergie thermique du Soleil est reçue par le sol soit directement sous forme de rayonnement, soit indirectement sous forme de chaleur reçue de la pluie ou de l'air. La chaleur accumulée dans le sol est prélevée soit par des sondes de sol verticales, soit par des collecteurs de sol disposés horizontalement. Les pompes de ce type sont également appelées pompes à chaleur géothermiques. L'avantage est la stabilité de fonctionnement et l'évacuation de chaleur la plus élevée parmi tous les types de pompes à chaleur. L'inconvénient est le coût relativement élevé du forage dans le cas d'une pompe à chaleur géothermique et une grande surface pour placer des capteurs au sol horizontaux (avec une demande de chaleur d'environ 10 kW et un sol argileux sec, la surface de capteur doit être d'au moins 450 m2) . Facteur de puissance 3-5.
chauffage par pompe à chaleur géothermique
4 . Efficacité des applications de pompe à chaleur
Il est possible de réduire la consommation totale de gaz de plus de deux fois, ou s'il existe d'autres sources d'électricité, de l'abandonner complètement, alors pour des objets spécifiques à l'heure actuelle, beaucoup dépend de la politique tarifaire de l'État, de l'emplacement, de l'isolation thermique propriétés de l'objet, etc.
5 . Comparaison des coûts de chauffage actuels pour la population en date d'août 2008
Tarifs : 1000 mètres cubes gaz -- 300 USD
1kWh Électricité -- 0,1 USD
Pour une chaudière au sol en fonte conventionnelle avec un rendement = 0,82 sur 1000 mètres cubes. gaz on obtient :
1000 * 9,1 kWh M. petit. * 0,82 = 7462 kWh chaleur
Pour une chaudière à condensation à la pointe de la technologie avec un rendement = 1,05 - 9555 kWh. chaleur.
Pour obtenir la même quantité de chaleur avec une pompe à chaleur universelle à rendement moyen, dans le premier cas :
7462 / 4,5 = 1658 kWh l'électricité coûte 166 $.
dans la seconde:
9555 / 4,5 = 2123 kWh, d'une valeur de 212 $
Réduction des coûts par rapport au coût du gaz (300 $), respectivement :
(300 - 166) / 300 -- 45%
(300 - 212) / 300 -- 29%
États-Unis (Vermont)
1000 mètres cubes -- 350 $
1kWh électricité -- 0,12 $
Économies 27--43 %.
Biélorussie
1000 mètres cubes -- 141 600 roubles. = 66 $
1kWh électricité - 74,7 roubles. = 0,0349 $
C'est si nous utilisons les tarifs différenciés dans le temps approuvés en 2007 dans de nombreux pays, c'est-à-dire éteindre la PAC pendant les périodes de charge maximale du système électrique de 8h00 à 11h00 et de 19h00 à 22h00, ce qui est réaliste avec l'utilisation d'accumulateurs de chaleur. Économies par rapport à une chaudière à gaz conventionnelle - seulement jusqu'à 12 %. Mais c'est aujourd'hui. La situation où le gaz est vendu à 200-230 $ ne peut pas durer longtemps. Quelque chose de similaire sera probablement introduit en Moldavie.
6 . Dépenses en capital
Le coût de la pompe à chaleur elle-même est beaucoup plus élevé que le coût d'une chaudière à gaz, ce qui, cependant, ne changera pas beaucoup l'estimation globale de la nouvelle construction d'un chalet décent. Les prix sont pratiquement comparables s'il est nécessaire de construire un gazoduc de 200 à 300 m. Si ce n'est pas une maison temporaire en contreplaqué qui est construite, mais un bâtiment permanent pour les enfants et les petits-enfants, il serait moche de leur laisser un héritage de dépendance à la pression dans une conduite de gaz. Quelque chose, mais il y aura toujours de l'électricité dans le pays. Mais avec des problèmes de gaz peuvent survenir dans un proche avenir. Le monopole bien connu Gazprom, qui a des dizaines de milliards de dollars de dettes, augmente rapidement les prix du gaz non seulement pour ses alliés les plus proches, mais aussi pour les consommateurs nationaux russes, qui n'ont pas une bonne vie. Il n'y a tout simplement rien à explorer et à développer de nouveaux gisements, à réparer les pipelines construits en URSS. Surtout lorsque ses principaux revenus provenant des exportations de gaz vers l'Europe via l'Ukraine s'envolent tranquillement dans une direction inconnue par l'intermédiaire des fondateurs suisses de la société d'exportation UkrGazenergo, et que personne en Moldavie ne s'en soucie. Nous n'avons pas d'autres fournisseurs et ne sommes pas censés en avoir.
7 . Quelques données de référence
Donnée de référence.
1. Prévision du prix du gaz naturel :
2. Dépendance approximative de la puissance calorifique requise d'une PAC sur la surface d'une maison avec de bonnes propriétés d'isolation thermique :
Dans chaque cas, un calcul individuel est effectué pour la perte de chaleur du bâtiment. Pour réduire les coûts d'investissement, HP est souvent utilisé en mode bivalent. Parallèlement à cela, un réchauffeur de pointe supplémentaire est installé, ou lors de la reconstruction, sur tout type de combustible, qui est mis en service les jours les plus froids, que nous n'avons pas tant. Selon le Centre hydrométéorologique, la température moyenne à Molodov pour janvier est de 4,8°C, pour la période décembre - février - 4,0°C. Dans l'année la plus froide de toute l'histoire des observations (2006), elle s'élevait à - 8,6... - 5,7°C aux mêmes périodes.
Avec cette connexion, la PAC peut soit s'éteindre si elle devient inefficace (par exemple, "air-eau" à des températures extérieures négatives élevées), soit fonctionner
Si la source est un réservoir, une boucle d'un tuyau en métal-plastique ou en plastique est posée sur son fond. Une solution de glycol (antigel) circule dans la canalisation, qui transfère la chaleur au fréon à travers l'échangeur de chaleur de la pompe à chaleur.
Il existe deux options pour obtenir une faible chaleur du sol: poser des tuyaux en métal-plastique dans des tranchées de 1,2 à 1,5 m de profondeur ou dans des puits verticaux de 20 à 100 m de profondeur.Parfois, les tuyaux sont posés sous forme de spirales dans les tranchées 2-4. m de profondeur, ce qui réduit considérablement la longueur totale des tranchées. Le transfert de chaleur maximal du sol de surface est de 50 à 70 kWh/m2 par an. Selon les entreprises étrangères, la durée de vie des tranchées et des puits est supérieure à 100 ans.
Calcul du collecteur horizontal d'une pompe à chaleur
L'évacuation de la chaleur de chaque mètre de tuyau dépend de nombreux paramètres : profondeur de pose, disponibilité de la nappe phréatique, qualité du sol, etc. A titre indicatif, on peut considérer que pour les capteurs horizontaux il est de 20 W/m. Plus précisément : sable sec - 10, argile sèche - 20, argile humide - 25, argile à forte teneur en eau - 35 W/m. La différence de température du liquide de refroidissement dans les conduites directe et de retour de la boucle dans les calculs est généralement supposée être de 3 °C. Les bâtiments ne doivent pas être érigés sur le site au-dessus du collecteur afin que la chaleur de la terre soit reconstituée en raison du rayonnement solaire.
La distance minimale entre les tuyaux posés doit être de 0,7 à 0,8 m.La longueur d'une tranchée est généralement de 30 à 120 m.Il est recommandé d'utiliser une solution de glycol à 25% comme liquide de refroidissement du circuit primaire. Dans les calculs, il convient de tenir compte du fait que sa capacité calorifique à une température de 0 °C est de 3,7 kJ / (kg K), densité - 1,05 g / cm3. Lors de l'utilisation d'antigel, la perte de charge dans les canalisations est 1,5 fois plus importante que lorsque l'eau circule. Pour calculer les paramètres du circuit primaire d'une installation de pompe à chaleur, il faudra déterminer la consommation d'antigel :
Vs = Qo 3600 / (1,05 3,7 .t),
où t est la différence de température entre les lignes d'alimentation et de retour, qui est souvent supposée être de 3 K, et Qo est la puissance thermique reçue d'une source à faible potentiel (sol). Cette dernière valeur est calculée comme la différence entre la puissance totale de la pompe à chaleur Qwp et la puissance électrique dépensée pour chauffer le fréon P :
Qo = Qwp - P, kW.
La longueur totale des tuyaux collecteurs L et la surface totale de la surface en dessous A sont calculées par les formules:
Ici q - évacuation de la chaleur spécifique (à partir de 1 m de tuyau); da - distance entre les tuyaux (étape de pose).
Exemple de calcul de pompe à chaleur
Conditions initiales: demande de chaleur d'un chalet d'une superficie de 120 à 240 m2 (selon l'isolation thermique) - 12 kW; la température de l'eau dans le système de chauffage doit être de 35 ° C; la température minimale du caloporteur est de 0 °С. Pour chauffer le bâtiment, une pompe à chaleur d'une capacité de 14,5 kW (la plus grande taille standard la plus proche) a été sélectionnée, qui consomme 3,22 kW pour le chauffage au fréon. L'évacuation de la chaleur de la couche superficielle du sol (argile sèche) q est de 20 W/m. Conformément aux formules ci-dessus, nous calculons :
1) la puissance calorifique requise du capteur Qo = 14,5 - 3,22 = 11,28 kW ;
2) la longueur totale des canalisations L = Qo / q = 11,28 / 0,020 = 564 m Pour organiser un tel collecteur, 6 circuits de 100 m de long sont nécessaires ;
3) avec une étape de pose de 0,75 m, la surface requise du site A \u003d 600 × 0,75 \u003d 450 m2;
4) consommation totale de la solution glycolée Vs = 11,28 3600/ (1,05 3,7 3) = 3,51 m3/h, le débit par circuit est de 0,58 m3/h.
Pour le dispositif collecteur, nous sélectionnons un tuyau en polyéthylène haute densité (PEHD) de taille 32. La perte de charge dans celui-ci sera de 45 Pa / m; la résistance d'un circuit est d'environ 7 kPa ; débit de liquide de refroidissement - 0,3 m/s.
Calcul de la sonde
Lors de l'utilisation de puits verticaux d'une profondeur de 20 à 100 m, des tuyaux en métal-plastique ou en plastique en forme de U (d'un diamètre supérieur à 32 mm) y sont immergés. En règle générale, deux boucles sont insérées dans un puits, après quoi il est coulé avec du mortier de ciment. En moyenne, l'évacuation thermique spécifique d'une telle sonde peut être prise égale à 50 W/m. Vous pouvez également vous concentrer sur les données suivantes sur l'évacuation de la chaleur :
roches sédimentaires sèches - 20 W/m ;
sol rocheux et roches sédimentaires saturées d'eau - 50 W / m;
roches à haute conductivité thermique - 70 W/m;
eaux souterraines - 80 W/m.
La température du sol à plus de 15 m de profondeur est constante et est d'environ +10 °C. La distance entre les puits doit être supérieure à 5 m En présence de courants souterrains, les puits doivent être situés sur une ligne perpendiculaire à l'écoulement.
La sélection des diamètres de tuyaux est effectuée sur la base des pertes de charge pour le débit de liquide de refroidissement requis. Le calcul du débit de liquide peut être effectué pour .t = 5 °С.
Exemple de calcul. Les données initiales sont les mêmes que dans le calcul ci-dessus du collecteur horizontal. Avec une évacuation spécifique de la chaleur de la sonde de 50 W/m et une puissance requise de 11,28 kW, la longueur de sonde L devrait être de 225 m.
Pour construire un collecteur, il est nécessaire de forer trois puits d'une profondeur de 75 m. Dans chacun d'eux, nous plaçons deux boucles à partir d'un tuyau métal-plastique de taille 26Ch3; au total - 6 contours de 150 m chacun.
La consommation totale de liquide de refroidissement à t = 5 °С sera de 2,1 m3/h ; débit à travers un circuit - 0,35 m3 / h. Les circuits auront les caractéristiques hydrauliques suivantes : perte de charge dans la canalisation - 96 Pa/m (caloporteur - solution glycolée à 25 %) ; résistance de boucle - 14,4 kPa; vitesse d'écoulement - 0,3 m/s.
Sélection d'équipement
La température antigel pouvant varier (de -5 à +20 °C), un vase d'expansion est nécessaire dans le circuit primaire du groupe pompe à chaleur.
Il est également recommandé d'installer un ballon de stockage sur la ligne de retour : le compresseur de la pompe à chaleur fonctionne en mode marche/arrêt. Des démarrages trop fréquents peuvent entraîner une usure accélérée de ses pièces. Le réservoir est également utile comme accumulateur d'énergie - en cas de panne de courant. Son volume minimum est pris à raison de 10-20 litres pour 1 kW de puissance de pompe à chaleur.
Lors de l'utilisation d'une deuxième source d'énergie (chaudière électrique, à gaz, à combustible liquide ou solide), celle-ci est raccordée au circuit par l'intermédiaire d'un mitigeur dont l'entraînement est commandé par une pompe à chaleur ou un automatisme général.
En cas d'éventuelles coupures de courant, il est nécessaire d'augmenter la puissance de la pompe à chaleur installée d'un facteur calculé par la formule : f = 24/(24 - toff), où toff est la durée de la coupure de courant.
En cas d'éventuelle coupure de courant pendant 4 heures, ce coefficient sera égal à 1,2.
La puissance de la pompe à chaleur peut être choisie en fonction du mode monovalent ou bivalent de son fonctionnement. Dans le premier cas, on suppose que la pompe à chaleur est utilisée comme seul générateur d'énergie thermique.
Il faut en tenir compte : même dans notre pays, la durée des périodes de basse température de l'air est une petite partie de la saison de chauffage. Par exemple, pour la région centrale de la Moldavie, le moment où la température descend en dessous de -10 ° C n'est que de 900 heures (38 jours), tandis que la durée de la saison elle-même est de 5112 heures et que la température moyenne de janvier est d'environ -10 °C. Par conséquent, le plus opportun est le fonctionnement de la pompe à chaleur en mode bivalent, qui prévoit l'inclusion d'un générateur de chaleur supplémentaire pendant les périodes où la température de l'air descend en dessous d'un certain: -5 ° C - dans les régions du sud de la Moldavie , -10 ° C - dans les centrales. Cela permet de réduire le coût de la pompe à chaleur et, surtout, l'installation du circuit primaire (pose de tranchées, forage de puits, etc.) qui augmente fortement avec l'augmentation de la capacité de l'installation.
Dans les conditions de la Moldavie, pour une évaluation approximative, lors de la sélection d'une pompe à chaleur fonctionnant en mode bivalent, vous pouvez vous concentrer sur le rapport de 70/30 : 70 % de la demande de chaleur est couverte par la pompe à chaleur, et les 30 % restants % par une chaudière électrique ou autre générateur de chaleur. Dans les régions du sud, on peut se laisser guider par le rapport de la puissance de la pompe à chaleur et du générateur de chaleur d'appoint, souvent utilisé en Europe de l'Ouest : 50 à 50.
Pour un gîte d'une superficie de 200 m2 pour 4 personnes avec une déperdition de chaleur de 70 W/m2 (calculée à -28°C de température d'air extérieur), la demande de chaleur sera de 14 kW. Ajouter 700 W pour l'eau chaude sanitaire à cette valeur. En conséquence, la puissance requise de la pompe à chaleur sera de 14,7 kW.
S'il existe une possibilité de panne de courant temporaire, vous devez augmenter ce nombre du facteur approprié. Disons que le temps d'arrêt quotidien est de 4 heures, alors la puissance de la pompe à chaleur doit être de 17,6 kW (facteur multiplicateur - 1,2). Dans le cas du mode monovalent, vous pouvez choisir une pompe à chaleur sur nappe phréatique ALTAL GWHP19 d'une capacité de 19 kW, consommant 5,3 kW d'électricité ou une pompe à chaleur plus récente et à facteur de conversion plus élevé avec un système multi-compresseurs, GWHP16C (Copeland compresseurs, contrôleur Carel, échangeurs améliorés de nouvelle génération, système de redondance, démarrage progressif, etc.).
Dans le cas d'utilisation d'un système bivalent avec un chauffage électrique supplémentaire et une température de consigne de -10 °C, compte tenu du besoin en eau chaude et du coefficient de sécurité, la puissance de la pompe à chaleur doit être de 11,4 W, et la chaudière - 6,2 kW (au total - 17, 6). La puissance électrique de pointe consommée par le système sera de 9,7 kW.
Notez que lors de l'installation de pompes à chaleur, vous devez tout d'abord veiller à l'isolation du bâtiment et à l'installation de fenêtres à double vitrage à faible conductivité thermique.
8. Primerypour le calcul
Ainsi, ayant appris suffisamment d'informations pour choisir une pompe à chaleur, il nous reste à calculer la puissance calorifique minimale requise pour notre pièce particulière.
Cela dépend beaucoup :
Quelles sources de chaleur peut-on utiliser (tout à l'égout, gaz d'échappement, puits....) ?
Le débit et la profondeur du miroir d'eau du puits, s'il y en a un sur le site ?
La propriété est-elle située au bord de l'eau ?
Quelle est la géologie du sol sur le site (au sens : sable, argile, tourbe...) ?
Niveaux d'occurrence des eaux souterraines, eaux souterraines sur le site ?
Quelles sont les déperditions de chaleur à la maison ?
Calcul de la puissance thermique requise
Appellations acceptées.
V - Le volume de la pièce chauffée (largeur, longueur, hauteur) - Mі
T - Différence entre la température de l'air extérieur et la température intérieure souhaitée - °С
K - Facteur de dissipation (dépend du type de construction et d'isolation de la pièce)
K = 3,0 - 4,0 - Structure bois simplifiée ou structure tôle ondulée. Sans isolation thermique.
K = 2,0 - 2,9 - Structure de bâtiment simplifiée, maçonnerie simple, construction simplifiée des fenêtres et du toit. Peu d'isolation thermique.
K = 1,0 - 1,9 - Construction standard, double maçonnerie, peu de fenêtres, toit standard. Isolation thermique moyenne.
K = 0,6 - 0,9 - Construction améliorée, murs en briques à double isolation, peu de fenêtres à double vitrage, sous-plancher épais, matériau de toiture isolant de haute qualité. Haute isolation thermique.
Exemple de calcul de la puissance calorifique
V = largeur 4m, longueur 12m, hauteur 3m = Volume de la pièce chauffée = 144 m³. (V=144)
T = Température extérieure -5° C, + température intérieure souhaitée +18° C, = différence entre les températures intérieure et extérieure 23° C. (T = 23)
K - Ce coefficient dépend du type de construction et d'isolation de la pièce (voir ci-dessus)
Puissance calorifique requise
Vous pouvez maintenant commencer à choisir un modèle de pompe à chaleur
Note. Les unités de mesure de puissance (performance) utilisées dans la technologie climatique sont interconnectées par les relations :
Tableau des puissances calorifiques requises pour les différentes pièces
|
Puissance thermique kW |
Espace dans le nouveau bâtiment |
Le volume de la chambre dans l'ancien bâtiment |
Serre carrée en verre à isolation thermique et double feuille |
Zone de serre en verre ordinaire avec feuille |
|
|
DIFFÉRENCE DE TEMPÉRATURE 30°C |
|||||
|
1050 - 1300 mètres |
|||||
|
1350 - 1600 mètres |
|||||
|
2100 - 2500 mètres |
1400 - 1650 mètres |
||||
|
2600 - 3300 m |
1700 - 2200 m |
||||
|
3400 - 4100 m |
2300 - 2700 m |
||||
|
4200 - 5000 mètres |
2800 - 3300 mètres |
||||
|
5000 - 6500 mètres |
3400 - 4400 m |
conclusion
1) Inconvénients: Polyvalence - à l'aide d'une pompe à chaleur, vous pouvez résoudre non seulement le problème du chauffage, mais également celui du refroidissement.
2) Indépendance de la présence d'une source de chaleur.
3) Durabilité exceptionnelle - le seul élément soumis à l'usure mécanique est le compresseur
4) Sécurité incendie et environnementale - la génération de chaleur ne s'accompagne pas d'un processus de combustion.
5) Faible période de récupération. Environ 3-5 ans.
6) L'énergie est la principale source de chaleur. Surtout, ce ne sera pas fini de sitôt.
Défauts:
1) Coût initial élevé.
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