Types de modèles de pompes à chaleur
Le type de HP est généralement désigné par une phrase indiquant le milieu source et le caloporteur du système de chauffage.
Il existe les variétés suivantes :
- TN "air - air" ;
- TN "air - eau" ;
- TN "sol - eau" ;
- TN "eau - eau".
La toute première option est un système split classique fonctionnant en mode chauffage. L'évaporateur est monté dans la rue et un bloc avec un condenseur est installé à l'intérieur de la maison. Ce dernier est soufflé par un ventilateur, grâce auquel une masse d'air chaud est fournie à la pièce.
Si un tel système est équipé d'un échangeur de chaleur spécial avec buses, une pompe à chaleur air-eau sera obtenue. Il est relié au système de chauffage de l'eau.
Un évaporateur HP air-air ou air-eau peut être placé non pas sur rue, mais dans le conduit de ventilation d'extraction (il doit être forcé). Dans ce cas, l'efficacité de HP sera augmentée plusieurs fois.
Les pompes à chaleur de type "eau - eau" et "sol - eau" utilisent l'échangeur de chaleur dit externe ou, comme on l'appelle aussi, un collecteur pour extraire la chaleur.
Schéma de principe de la pompe à chaleur
Il s'agit d'un long tuyau en boucle, généralement en plastique, à travers lequel circule un milieu liquide, lavant l'évaporateur. Les deux types de PAC sont le même dispositif : dans un cas, le collecteur est immergé au fond d'un réservoir de surface, et dans le second, au sol. Le condenseur d'une telle PAC est situé dans un échangeur de chaleur relié à un système de chauffage à eau.
Le raccordement d'une PAC selon le schéma "eau - eau" est beaucoup moins laborieux que "sol - eau", puisqu'il n'y a pas besoin de travaux de terrassement. Au fond du réservoir, le tuyau est posé en forme de spirale. Bien sûr, seul un tel plan d'eau convient à ce schéma, qui ne gèle pas au fond en hiver.
Il est temps d'étudier en détail l'expérience étrangère
Presque tout le monde connaît déjà les pompes à chaleur capables d'extraire la chaleur ambiante pour chauffer les bâtiments, et si jusqu'à récemment un client potentiel, en règle générale, posait une question déconcertante "comment est-ce possible?", Maintenant la question "comment est-ce bien" est de plus en plus entendu. faire?".
Il n'est pas facile de répondre à cette question.
À la recherche d'une réponse aux nombreuses questions qui se posent inévitablement lors de la conception de systèmes de chauffage avec pompes à chaleur, il est conseillé de se tourner vers l'expérience de spécialistes des pays où les pompes à chaleur sur échangeurs de chaleur au sol sont utilisées depuis longtemps.
Une visite * à l'exposition américaine AHR EXPO-2008, qui a été entreprise principalement pour obtenir des informations sur les méthodes de calculs techniques des échangeurs de chaleur au sol, n'a pas apporté de résultats directs dans cette direction, mais un livre a été vendu sur le stand de l'exposition ASHRAE, dont certaines dispositions ont servi de base à ces publications.
Il faut dire tout de suite que le transfert des méthodes américaines sur le sol domestique n'est pas une tâche facile. Les Américains ne font pas les choses comme ils le font en Europe. Seulement, ils mesurent le temps dans les mêmes unités que nous. Toutes les autres unités de mesure sont purement américaines, ou plutôt britanniques. Les Américains ont été particulièrement malchanceux avec le flux de chaleur, qui peut être mesuré à la fois en unités thermiques britanniques par unité de temps et en tonnes de refroidissement, qui ont probablement été inventées en Amérique.
Le problème principal, cependant, n'était pas l'inconvénient technique de recalculer les unités de mesure acceptées aux États-Unis, auquel on peut éventuellement s'habituer, mais l'absence dans le livre mentionné d'une base méthodologique claire pour construire un algorithme de calcul. Les méthodes de calcul usuelles et bien connues y sont trop mises à l'honneur, tandis que certaines dispositions importantes restent totalement occultées.
En particulier, ces données d'entrée physiquement liées pour le calcul des échangeurs de chaleur verticaux au sol, telles que la température du liquide circulant dans l'échangeur de chaleur et le coefficient de conversion de la pompe à chaleur, ne peuvent pas être définies arbitrairement, et avant de procéder aux calculs liés à la chaleur instable transfert dans le sol, il faut déterminer les dépendances reliant ces options.
Le critère d'efficacité d'une pompe à chaleur est le facteur de conversion α dont la valeur est déterminée par le rapport de sa puissance thermique à la puissance de l'entraînement électrique du compresseur. Cette valeur est fonction des températures d'ébullition dans l'évaporateur ttu et condensation tk, et par rapport aux pompes à chaleur "eau-eau" on peut parler de la température du liquide à la sortie de l'évaporateur t2I et à la sortie du condensateur t2K:
? = ?(t2I,t2K). (1)
Une analyse des caractéristiques du catalogue des machines frigorifiques de série et des pompes à chaleur eau/eau a permis de visualiser cette fonction sous forme de schéma (Fig. 1).
À l'aide du diagramme, il est facile de déterminer les paramètres de la pompe à chaleur aux toutes premières étapes de la conception. Il est évident, par exemple, que si le système de chauffage raccordé à la pompe à chaleur est conçu pour fournir un fluide caloporteur avec une température de départ de 50°C, alors le facteur de conversion maximum possible de la pompe à chaleur sera d'environ 3,5. Dans le même temps, la température du glycol à la sortie de l'évaporateur ne doit pas être inférieure à +3°C, ce qui signifie qu'un échangeur de chaleur au sol coûteux sera nécessaire.
En même temps, si la maison est chauffée par un chauffage au sol, un liquide de refroidissement d'une température de 35°C entrera dans le système de chauffage à partir du condenseur de la pompe à chaleur. Dans ce cas, la pompe à chaleur peut fonctionner plus efficacement, par exemple, avec un facteur de conversion de 4,3, si la température du glycol refroidi dans l'évaporateur est d'environ -2°C.
À l'aide de feuilles de calcul Excel, vous pouvez exprimer la fonction (1) sous la forme d'une équation :
? = 0,1729 • (41,5 + t2I – 0,015 t2I • t2K – 0,437 • t2K (2)
Si, avec le facteur de conversion souhaité et une valeur donnée de la température du liquide de refroidissement dans le système de chauffage alimenté par une pompe à chaleur, il est nécessaire de déterminer la température du liquide refroidi dans l'évaporateur, alors l'équation (2) peut être représentée par :
(3)
Pour sélectionner la température du caloporteur dans le système de chauffage pour des valeurs données du coefficient de conversion de la pompe à chaleur et de la température du liquide à la sortie de l'évaporateur, vous pouvez utiliser la formule :
(4)
Dans les formules (2)…(4) les températures sont exprimées en degrés Celsius.
Après avoir déterminé ces dépendances, nous pouvons maintenant passer directement à l'expérience américaine.
Méthodologie de calcul des pompes à chaleur
Bien sûr, le processus de sélection et de calcul d'une pompe à chaleur est une opération techniquement très complexe et dépend des caractéristiques individuelles de l'objet, mais approximativement, il peut être réduit aux étapes suivantes :
Les pertes de chaleur à travers l'enveloppe du bâtiment (murs, plafonds, fenêtres, portes) sont déterminées. Cela peut être fait en utilisant le ratio suivant :
Qok \u003d S * ( étain - tout) * (1 + Σ β ) * n / Rt (W) où
tout - température de l'air extérieur (°C);
étain – température de l'air intérieur (°C) ;
S est la superficie totale de toutes les structures enveloppantes (m2);
n est un coefficient indiquant l'influence de l'environnement sur les caractéristiques de l'objet. Pour les locaux en contact direct avec l'environnement extérieur par les plafonds n=1 ; pour les objets avec plancher mansardé n=0,9 ; si l'objet est situé au-dessus du sous-sol n = 0,75 ;
β est le coefficient de déperdition thermique supplémentaire, qui dépend du type de bâtiment et de sa situation géographique, β peut varier de 0,05 à 0,27 ;
Rt - résistance thermique, est déterminée par l'expression suivante :
Rt = 1/αinterne + Σ ( δje /λje ) + 1/acouchette (m2*°С / W), où :
δje / λі est l'indicateur calculé de la conductivité thermique des matériaux utilisés dans la construction.
αcouchette- coefficient de dissipation thermique des surfaces extérieures des structures enveloppantes (W / m2 * ° C);
αinterne- coefficient d'absorption thermique des surfaces internes des structures enveloppantes (W / m2 * ° C);
- La perte de chaleur totale de la structure est calculée selon la formule :
Qt.pot \u003d Qok + Qi - Qbp, où :
Qi - coûts énergétiques pour chauffer l'air entrant dans la pièce par des fuites naturelles;
Qbp - dégagement de chaleur dû au fonctionnement des appareils électroménagers et des activités humaines.
2. Sur la base des données obtenues, la consommation annuelle d'énergie thermique est calculée pour chaque objet individuel :
Qannée = 24*0,63*Qt. sueur.*(( d*( étain — tout.av.)/ ( étain — tout.)) (kWh par an) où :
tvn - température de l'air recommandée à l'intérieur de la pièce;
tout - température de l'air extérieur ;
tout.average - la moyenne arithmétique de la température de l'air extérieur pour toute la saison de chauffage ;
d est le nombre de jours de la période de chauffage.
3. Pour une analyse complète, il faudra aussi calculer le niveau de puissance thermique nécessaire pour chauffer l'eau :
Qhv \u003d V * 17 (kW / h par an.) où:
V est le volume de chauffage quotidien de l'eau jusqu'à 50 °C.
Ensuite, la consommation totale d'énergie thermique est déterminée par la formule:
Q \u003d Qgw + Qyear (kW / h par an.)
Compte tenu des données obtenues, il ne sera pas difficile de choisir la pompe à chaleur la plus appropriée pour le chauffage et la production d'eau chaude. De plus, la puissance calculée est déterminée comme. Qtn=1.1*Q, où :
Qtn=1.1*Q, où :
1.1 - facteur de correction indiquant la possibilité d'augmenter la charge de la pompe à chaleur lors de l'apparition de températures critiques.
Après avoir effectué le calcul des pompes à chaleur, vous pouvez choisir la pompe à chaleur la plus appropriée, capable de fournir les paramètres de microclimat requis dans les pièces présentant toutes les caractéristiques techniques. Et compte tenu de la possibilité d'intégrer ce système à une unité de climatisation au sol chauffant, on peut noter non seulement sa fonctionnalité, mais aussi sa grande valeur esthétique.
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Comment calculer correctement le nombre et la profondeur des puits pour HP peut être trouvé dans la vidéo suivante :
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Types de pompes à chaleur
Les pompes à chaleur sont divisées en trois types principaux selon la source d'énergie de basse qualité :
- Air.
- Amorçage.
- Eau - La source peut être des eaux souterraines et des masses d'eau de surface.
Pour les systèmes de chauffage à eau, qui sont plus courants, les types de pompes à chaleur suivants sont utilisés :
"Air-eau" - une pompe à chaleur de type air qui chauffe le bâtiment en aspirant l'air de l'extérieur à travers une unité extérieure. Il fonctionne sur le principe d'un climatiseur, uniquement en sens inverse, convertissant l'énergie de l'air en chaleur. Une telle pompe à chaleur ne nécessite pas de coûts d'installation importants, elle n'a pas besoin de lui allouer un terrain et, de plus, de forer un puits. Cependant, l'efficacité du fonctionnement à basse température (-25ºС) diminue et une source supplémentaire d'énergie thermique est nécessaire.
Le dispositif "eau souterraine" fait référence à la géothermie et produit de la chaleur à partir du sol à l'aide d'un collecteur posé à une profondeur inférieure au gel du sol. Il y a aussi une dépendance à la superficie du site et du paysage, si le collecteur est situé horizontalement. Pour une disposition verticale, un puits devra être foré.
"Eau-eau" est installé là où il y a un réservoir ou une nappe phréatique à proximité. Dans le premier cas, le collecteur est posé sur le fond du réservoir, dans le second, un puits est foré ou plusieurs, si la superficie du site le permet. Parfois, la profondeur des eaux souterraines est trop grande, de sorte que le coût d'installation d'une telle pompe à chaleur peut être très élevé.
Chaque type de pompe à chaleur a ses avantages et ses inconvénients, si le bâtiment est éloigné d'un plan d'eau ou si la nappe phréatique est trop profonde, alors l'eau-eau ne fonctionnera pas."Air-eau" ne sera pertinent que dans les régions relativement chaudes, où la température de l'air pendant la saison froide ne descend pas en dessous de -25º C.
Méthode de calcul de la puissance d'une pompe à chaleur
En plus de déterminer la source d'énergie optimale, il faudra calculer la puissance de la pompe à chaleur nécessaire au chauffage. Cela dépend de la quantité de chaleur perdue par le bâtiment. Calculons la puissance d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison à l'aide d'un exemple précis.
Pour ce faire, nous utilisons la formule Q=k*V*∆T, où
- Q est la perte de chaleur (kcal/heure). 1 kWh = 860 kcal/h ;
- V est le volume de la maison en m3 (on multiplie la superficie par la hauteur des plafonds) ;
- ∆Т est le rapport des températures minimales à l'extérieur et à l'intérieur du local pendant la période la plus froide de l'année, °C. Du tº interne, nous soustrayons le tº externe;
- k est le coefficient de transfert de chaleur généralisé du bâtiment. Pour un bâtiment en brique avec deux couches de maçonnerie k=1 ; pour un bâtiment bien isolé k=0,6.
Ainsi, le calcul de la puissance d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison en brique de 100 m² et une hauteur sous plafond de 2,5 m, avec une différence de ttº de -30º extérieur à +20º intérieur, sera le suivant :
Q \u003d (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 \u003d 12500 kcal / heure
12500/860= 14,53kW. Autrement dit, pour une maison en brique standard d'une superficie de 100 m2, vous aurez besoin d'un appareil de 14 kilowatts.
Le consommateur accepte le choix du type et de la puissance de la pompe à chaleur en fonction d'un certain nombre de conditions :
- caractéristiques géographiques de la zone (proximité de plans d'eau, présence d'eau souterraine, zone libre pour un collecteur) ;
- caractéristiques climatiques (température);
- type et volume intérieur de la pièce ;
- opportunités financières.
Compte tenu de tous les aspects ci-dessus, vous serez en mesure de faire le meilleur choix d'équipement. Pour une sélection plus efficace et correcte d'une pompe à chaleur, il est préférable de contacter des spécialistes, ils pourront effectuer des calculs plus détaillés et fournir la faisabilité économique de l'installation de l'équipement.
Depuis longtemps et avec beaucoup de succès, les pompes à chaleur sont utilisées dans les réfrigérateurs et les climatiseurs domestiques et industriels.
Aujourd'hui, ces appareils ont commencé à être utilisés pour remplir la fonction de nature opposée - chauffer la maison pendant la saison froide.
Voyons comment les pompes à chaleur sont utilisées pour chauffer les maisons privées et ce que vous devez savoir pour calculer correctement tous ses composants.
Exemple de calcul de pompe à chaleur
Nous sélectionnerons une pompe à chaleur pour le système de chauffage d'une maison à un étage d'une superficie totale de 70 m². m avec une hauteur de plafond standard (2,5 m), une architecture rationnelle et une isolation thermique des structures enveloppantes répondant aux exigences des codes du bâtiment modernes. Pour chauffer le 1er m². m d'un tel objet, selon les normes généralement acceptées, vous devez dépenser 100 W de chaleur. Ainsi, pour chauffer toute la maison il vous faudra :
Q \u003d 70 x 100 \u003d 7000 W \u003d 7 kW d'énergie thermique.
Nous choisissons une marque de pompe à chaleur "TeploDarom" (modèle L-024-WLC) avec une puissance calorifique de W = 7,7 kW. Le compresseur de l'unité consomme N = 2,5 kW d'électricité.
Calcul du collecteur
Le sol de la zone affectée à la construction du collecteur est argileux, le niveau de la nappe phréatique est élevé (on prend le pouvoir calorifique p = 35 W/m).
La puissance du collecteur est déterminée par la formule :
Qk \u003d W - N \u003d 7,7 - 2,5 \u003d 5,2 kW.
L = 5200 / 35 = 148,5 m (env.).
Partant du fait que la pose d'un circuit de plus de 100 m est irrationnelle en raison d'une résistance hydraulique trop élevée, nous supposons ce qui suit : le collecteur de la pompe à chaleur sera composé de deux circuits - 100 m et 50 m de long.
La superficie du site qui devra être prise sous le collecteur est déterminée par la formule :
S = L x A,
Où A est le pas entre les sections adjacentes du contour. Nous acceptons : A = 0,8 m.
Alors S = 150 x 0,8 = 120 m². M.
Amortissement d'une pompe à chaleur
Quand il s'agit de combien de temps une personne pourra retourner son argent investi dans quelque chose, cela signifie à quel point l'investissement lui-même a été rentable. Dans le domaine du chauffage, tout est assez difficile, car nous nous procurons confort et chaleur, et tous les systèmes coûtent cher, mais dans ce cas, vous pouvez rechercher une option qui rendrait l'argent dépensé en réduisant les coûts d'utilisation. Et quand on commence à chercher une solution adaptée, on compare tout : une chaudière à gaz, une pompe à chaleur ou une chaudière électrique. Nous analyserons quel système sera rentable plus rapidement et plus efficacement.
Le concept de retour sur investissement, dans ce cas, l'introduction d'une pompe à chaleur pour moderniser le système d'alimentation en chaleur existant, si simplement, peut être expliqué comme suit :
Il existe un système - une chaudière à gaz individuelle, qui fournit un chauffage et de l'eau chaude indépendants. Il y a un climatiseur split-system qui fournit du froid dans une pièce. Installation de 3 systèmes split dans différentes pièces.
Et il existe une technologie de pointe plus économique - une pompe à chaleur qui chauffera / refroidira les maisons et chauffera l'eau dans les bonnes quantités pour une maison ou un appartement. Il est nécessaire de déterminer dans quelle mesure le coût total de l'équipement et les coûts initiaux ont changé, ainsi que d'évaluer dans quelle mesure les coûts annuels d'exploitation des types d'équipement sélectionnés ont diminué. Et pour déterminer combien d'années un équipement plus cher sera rentable avec les économies qui en résultent. Idéalement, plusieurs solutions de conception proposées sont comparées et la plus rentable est sélectionnée.
Nous calculerons et découvrirons quelle est la période de récupération d'une pompe à chaleur en Ukraine
Prenons un exemple précis
- Maison sur 2 étages, bien isolée, d'une superficie totale de 150 m².
- Système de distribution chaleur/chauffage : circuit 1 - plancher chauffant, circuit 2 - radiateurs (ou ventilo-convecteurs).
- Une chaudière à gaz pour le chauffage et la production d'eau chaude (ECS), par exemple, 24 kW, à double circuit, est installée.
- Système de climatisation split pour 3 pièces de la maison.
Coûts annuels de chauffage et de chauffage de l'eau
| Max. puissance calorifique HP pour le chauffage, kW | 19993,59 |
| Max. consommation d'énergie HP en travaillant pour le chauffage, kW | 7283,18 |
| Max. capacité de chauffage de HP pour l'alimentation en eau chaude, kW | 2133,46 |
| Max. consommation d'énergie HP lors du travail sur l'alimentation en eau chaude, kW | 866,12 |
- Le coût approximatif d'une chaufferie avec une chaudière à gaz de 24 kW (chaudière, tuyauterie, câblage, réservoir, compteur, installation) est d'environ 1000 Euros. Un système de climatisation (un système divisé) pour une telle maison coûtera environ 800 euros. Au total, avec l'aménagement de la chaufferie, les travaux de conception, le raccordement au réseau de gazoducs et les travaux d'installation - 6100 euros.
- Le coût approximatif d'une pompe à chaleur Mycond avec système de ventilo-convecteur supplémentaire, travaux d'installation et raccordement électrique est de 6650 euros.
- La croissance des investissements en capital est de : K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euros (soit environ 16500 UAH)
- La réduction des coûts d'exploitation est de : C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
- Délai de récupération Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 ans !
Facilité d'utilisation de la pompe à chaleur
Les pompes à chaleur sont les équipements les plus polyvalents, multifonctionnels et économes en énergie pour chauffer une maison, un appartement, un bureau ou une installation commerciale.
Un système de contrôle intelligent avec programmation hebdomadaire ou quotidienne, commutation automatique des réglages saisonniers, maintien de la température dans les maisons, modes économiques, contrôle d'une chaudière esclave, chaudière, pompes de circulation, contrôle de la température dans deux circuits de chauffage, est le plus avancé et le plus avancé . Le contrôle par onduleur du fonctionnement du compresseur, du ventilateur, des pompes, permet une économie maximale de la consommation d'énergie.
Fonctionnement de la pompe à chaleur pendant le fonctionnement sur nappe phréatique
La pose du collecteur dans le sol peut se faire de trois manières.
Option horizontale
Les tuyaux sont posés dans des tranchées "serpent" à une profondeur dépassant la profondeur de gel du sol (en moyenne - de 1 à 1,5 m).
Un tel collecteur nécessitera un terrain d'une superficie suffisamment grande, mais tout propriétaire peut le construire - aucune compétence autre que la capacité de travailler avec une pelle ne sera nécessaire.
Il faut cependant tenir compte du fait que la construction d'un échangeur de chaleur à la main est un processus assez laborieux.
Variante verticale
Des tuyaux collecteurs en forme de boucles, ayant la forme de la lettre «U», sont immergés dans des puits d'une profondeur de 20 à 100 m.Si nécessaire, plusieurs de ces puits peuvent être construits. Une fois les tuyaux installés, les puits sont remplis de mortier de ciment.
L'avantage d'un collecteur vertical est qu'une très petite surface est nécessaire pour sa construction. Cependant, il n'y a aucun moyen de forer des puits d'une profondeur de plus de 20 m par vous-même - vous devrez embaucher une équipe de foreurs.
Variante combinée
Ce collecteur peut être considéré comme une variante du collecteur horizontal, mais sa construction nécessitera beaucoup moins d'espace.
Un puits rond est creusé sur le site d'une profondeur de 2 m.
Les tuyaux de l'échangeur de chaleur sont disposés en spirale, de sorte que le circuit ressemble à un ressort monté verticalement.
Une fois les travaux d'installation terminés, le puits s'endort. Comme dans le cas d'un échangeur de chaleur horizontal, tout le travail nécessaire peut être effectué à la main.
Le collecteur est rempli d'antigel - antigel ou solution d'éthylène glycol. Pour assurer sa circulation, une pompe spéciale s'écrase dans le circuit. Après avoir absorbé la chaleur du sol, l'antigel pénètre dans l'évaporateur, où un échange de chaleur a lieu entre lui et le réfrigérant.
Il convient de tenir compte du fait que l'extraction illimitée de chaleur du sol, en particulier lorsque le collecteur est situé verticalement, peut entraîner des conséquences indésirables pour la géologie et l'écologie du site. Par conséquent, en été, il est hautement souhaitable de faire fonctionner la PAC de type "sol - eau" en mode inverse - climatisation.
Le système de chauffage au gaz présente de nombreux avantages et l'un des principaux est le faible coût du gaz. Comment équiper une maison de chauffage au gaz, vous serez invité par un schéma de chauffage pour une maison privée avec une chaudière à gaz. Considérez la conception du système de chauffage et les exigences de remplacement.
Découvrez les caractéristiques du choix des panneaux solaires pour le chauffage domestique dans cette rubrique.
Calcul du collecteur horizontal d'une pompe à chaleur
L'efficacité d'un collecteur horizontal dépend de la température du milieu dans lequel il est immergé, de sa conductivité thermique, ainsi que de la zone de contact avec la surface du tuyau. La méthode de calcul est assez compliquée, par conséquent, dans la plupart des cas, des données moyennes sont utilisées.
On pense que chaque mètre de l'échangeur de chaleur fournit à la PAC la puissance calorifique suivante :
- 10 W - lorsqu'il est enterré dans un sol sablonneux ou rocheux sec;
- 20 W - dans un sol argileux sec;
- 25 W - dans un sol argileux humide;
- 35 W - en sol argileux très humide.
Ainsi, pour calculer la longueur du collecteur (L), il faut diviser la puissance thermique requise (Q) par le pouvoir calorifique du sol (p) :
L = Q / p.
Les valeurs données ne peuvent être considérées comme valables que si les conditions suivantes sont remplies :
- Le terrain au-dessus du collecteur n'est pas bâti, ombragé ou planté d'arbres ou d'arbustes.
- La distance entre les tours adjacents de la spirale ou des sections du "serpent" est d'au moins 0,7 m.
Le principe de fonctionnement des pompes à chaleur
Dans toute HP, il existe un milieu de travail appelé réfrigérant. Le fréon agit généralement à ce titre, moins souvent - l'ammoniac. L'appareil lui-même se compose de seulement trois composants :
L'évaporateur et le condenseur sont deux réservoirs qui ressemblent à de longs tubes incurvés - des serpentins. Le condenseur est relié à une extrémité à la sortie du compresseur et l'évaporateur à l'entrée. Les extrémités des bobines sont jointes et une vanne de réduction de pression est installée à la jonction entre elles. L'évaporateur est en contact - directement ou indirectement - avec le milieu source, tandis que le condenseur est en contact avec le système de chauffage ou ECS.
Comment fonctionne une pompe à chaleur
Le fonctionnement de HP repose sur l'interdépendance du volume, de la pression et de la température du gaz. Voici ce qui se passe à l'intérieur de l'agrégat :
- L'ammoniac, le fréon ou un autre réfrigérant, se déplaçant à travers l'évaporateur, se réchauffe à partir du milieu source, par exemple, à une température de +5 degrés.
- Après avoir traversé l'évaporateur, le gaz atteint le compresseur qui le pompe dans le condenseur.
- Le fluide frigorigène pompé par le compresseur est retenu dans le condenseur par un détendeur, sa pression est donc plus élevée ici que dans l'évaporateur. Comme vous le savez, avec l'augmentation de la pression, la température de tout gaz augmente.C'est exactement ce qui arrive au réfrigérant - il chauffe jusqu'à 60 - 70 degrés. Le condenseur étant lavé par le fluide caloporteur circulant dans le système de chauffage, ce dernier est également chauffé.
- À travers la soupape de réduction de pression, le réfrigérant est déchargé en petites portions dans l'évaporateur, où sa pression chute à nouveau. Le gaz se dilate et se refroidit, et comme une partie de l'énergie interne a été perdue à cause du transfert de chaleur à l'étape précédente, sa température descend en dessous des +5 degrés initiaux. Après l'évaporateur, il se réchauffe à nouveau, puis il est pompé dans le condenseur par le compresseur - et ainsi de suite en cercle. Scientifiquement, ce processus s'appelle le cycle de Carnot.
Mais HP reste tout de même très rentable : pour chaque kWh d'électricité dépensé, il est possible d'obtenir de 3 à 5 kWh de chaleur.
Influence des données initiales sur le résultat du calcul
Utilisons maintenant le modèle mathématique construit au cours des calculs afin de retracer l'influence de diverses données initiales sur le résultat final du calcul. A noter que les calculs effectués sur Excel permettent de réaliser très rapidement une telle analyse.
Pour commencer, voyons comment sa conductivité thermique affecte l'amplitude du flux de chaleur vers le WGT depuis le sol.
Notre exemple de calcul a été réalisé pour un sol à conductivité thermique ? \u003d 2,076 W / (K • m), et le flux de chaleur spécifique était qyré = 41,4W. Sur la fig. 3 montre la fonction qyré = ?(?) avec les autres conditions de calcul inchangées.
On sait que lorsque VGT est utilisé en été dans le mode d'évacuation de la chaleur des machines frigorifiques du système de climatisation, l'efficacité des échangeurs de chaleur au sol fonctionnant en hiver avec une pompe à chaleur augmente. La courbe de la fig. La figure 4 montre la nature de la dépendance du flux de chaleur spécifique du sol vers la VGT en hiver sur le rapport entre le besoin annuel en froid du bâtiment et son besoin annuel en chaleur pour le chauffage.
Dans la pratique européenne, dans la construction de pompes à chaleur géothermiques, des VGT avec deux tuyaux en polyéthylène en forme de U installés dans un puits sont généralement utilisés. Le modèle mathématique permet d'évaluer l'efficacité d'une telle solution technique (Fig. 5). Les valeurs du flux de chaleur spécifique dans les colonnes de gauche et de droite du diagramme sont calculées pour les valeurs du diamètre équivalent du VGT, correspondant à la conception de l'échangeur de chaleur à un et deux tubes en U.
La différence de température entre le sol et le glycol refroidi dans l'évaporateur de la pompe à chaleur est déterminante pour l'intensification du transfert de chaleur dans le sol. Sur la fig. La figure 6 montre la dépendance du flux de chaleur spécifique à cette différence de température.
Il faut surtout noter que les figures 3…6 n'affichent pas les valeurs absolues du flux de chaleur spécifique du sol vers le VGT, mais la nature de l'évolution de ces valeurs à partir de l'un des arguments, alors que de nombreux autres les arguments restent inchangés, ou plutôt tels qu'ils ont été définis ou donnés dans notre exemple de calcul. Par conséquent, il est impossible de se laisser guider par les schémas présentés dans ces figures pour calculer la longueur de la VGT dans des projets spécifiques.
Il est recommandé de déterminer la longueur des échangeurs de chaleur verticaux au sol à l'aide de la formule (6).
