Расчёт воздушного грунтового теплообменника

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Расчёты, мне привычнее выполнять в системе MathCAD, запись формул привычная и единицы измерения соврать не дадут.
самое первое действие, без него вообще никуда.
расчёт планировалось вести вариантный, поэтому значения задавал векторами, в том числе диаметр трубопровода.
n – число ниток трубопровода.
- расход воздуха в каждой нитке трубопровода. Соответственно если труба 1, то я взял 240 м3/час расход воздуха в доме для 4-5 человек.
- теплопроводность воздуха
- теплоёмкость воздуха, если честно, то зависит от температуры воздуха, выбрано значение теплоёмкости при температуре около -10ºС.
- плотность воздуха, та же история, что и с теплоёмкостью.

 

- коэффициент
- кинематическая вязкость воздуха
- принятая мной температура земли.
- число Пранделя
- расчётная скорость воздуха в зависимости от количества ниток и диаметра трубопровода.
- массовый расход воздуха в зависимости от количества ниток и диаметра трубопровода.
- последовательность чисел, было необходимо для расчётов.
- расчёт числа Рельнольдса в зависимости от числа ниток и диаметра трубопровода

 

- задал длину трубопровода вектором.
- коэффициент для расчёта числа Нусселта.
- расчёт числа Нусселта по диаметру и количеству ниток трубопровода.
- расчёт коэффициента конвекции
- площадь поверхности теплообмена, здесь закралась ошибка, но как показала проверка на итоговый выбор в моём расчёте она не повлияла, но площадь должна зависеть от количества ниток, надо умножить на n.
- ввод в расчёты сокращений формулы
- не стал разбираться для чего эта формула нужна была авторам статьи.
- температура на выходе из воздушного теплообменника.

 

- разница температур в расчётах принята не просто как разница, а с зависимостью через логарифм.
- кульминация расчётов формула производительности теплообменника за 1 час работы.
Но это не всё, есть важный параметр движения воздуха по трубам – потеря давления, авторы статьи устанавливают, что потери должны быть не больше 100 Па, находим и их:


Далее следует рассказать, что температура наружного воздуха в течении зимних месяцев не постоянна, не то что температура земли. Для определения значения кВт*час, которые выработает грунтовый теплообменник мною был проведен статистический расчёт. Взяты данные за 5 зимник месяцев (ноябрь-март) за последние 5 лет (сайт Гисметео в помощь) и по данным я определил среднюю за 5 лет повторяемость температур по каждому месяцу, т. е. -5 в ноябре было всего 3,5 дня в месяце, -37 в декабре за пять лет в среднем было 0,4 дня и так по каждой температуре каждого месяца. Для чего такие заморочки? – А если Вы возьмёте расчётные данные из СНиП, то в примере для Горно-Алтайска температура наружного воздуха за отопительный период средняя -8, а по моим расчётным данным за 5 месяцев получилось -10, а все расчёты приняты по наиболее холодной пятидневке, которой по статистике случаются очень нечасто. Тупо запотел, что бы получилась реальная картина. В итоге получилось, что максимум грунтовый теплообменник при различных длинах, диаметрах и количества ниток может «выработать» 4 000 кВт*час энергии.

Но и это значение условное, так как дальше нужно выбрать конструкцию теплообменника (диаметр, длину и количество ниток) и произвести окончательный расчёт, который в идеале должен быть близок к максимальному.

 

Итого, при расходе воздуха 240 м3/час, условиях Горно-Алтайска за последние 5 лет (зимний период, режим кондиционирования не просчитывался) при одной нитке трубопровода имеем:
1. Трубопровод диаметром 110 мм, максимум можно использовать 17 метров, так как потери давления приближаются к 100 Па. производительность данного участка составит 2782 кВт*час (за отопительный период). Казалось бы хороший результат, но есть одно но! Нельзя просто взять и набрать 2-3 куска по 17 метров 110 диаметром, так как при том же расходе воздуха суммарная производительность теплообменника уменьшается при 2 трубах - 1448 кВт*час при 3 трубах - 1022 кВт*час.

 

2. Трубопровод диаметром 160 мм, максимум можно использовать 104 метра по причине падения давления. Производительность при такой длине - 4057 кВт*час (за отопительный период). При 2 трубах - 2034, при 3 - 1358.
3. Для сравнения, теплообменник диаметром 160 мм при длине 17 метров, будет иметь производительность 2323 кВт*час (за отопительный период)

 

Для наглядности: производительность грунтового теплообменника разного диаметра:
L - длинна теплообменника, Q1 - для трубопровода диаметром 110 мм, Q2 - для трубопровода диаметром 160 мм.

В результате получаем наглядное представление о пределе производительности теплообменника.
Красная вертикальная линия показывает предел производительности по условию падения давления для 110 трубы, а синяя для трубы 160 мм.

 

Из чего должен быть сделан трубопровод, из ПНД трубы подойдёт?

 

@Anatoly04, вот практика

 

@avamonster, Спасибо за участие, я читал ту ветку форума. В моём случае, хотелось донести до масс формулы, основы для расчёта грунтового воздушного теплообменника. Как строить его, какого диаметра трубы закладывать, какой длинны делать - каждый решает для себя сам. Я лишь хочу после строительства сравнить полученные результаты по теории с фактом, а для этого нужна математическая основа.

 

Думаю подойдут, при грамотном монтаже можно минимизировать риски и выбирать канализационные раструбные трубы как можно с меньшей толщиной стенки.

 

Есть такая мысль - заложить трубы воздушного теплооменника над дренажом.
Дренаж в в любом случае делать вокруг дома, отступаем полметра по вертикали и кладем канализационную трубу. Получается кольцо вокруг дома, вход рядом с выходом.

В доме делается забор воздуха с улицы, в зависимости от погоды он прогоняется чезер кольцо или по соркащенному маршруту через байпас. (если на улице >10 гр, но <30).

Из плюсов - экономим на земляных работах, ну нужно ставить "грибок" для забора воздуха, вся система спрятана, конденсат можно сбрасывать прямо в дренаж сделав отводы вниз в нескольких точках и можно не заботится об уклоне для его сбора в колодце.

Какие могут быть проблемы при таком решении?

 

Зимой дренаж замерзнет.

 

Думаю все зависит от расстояния между ГТ и дренажем. На полметра от себя не проморозит ведь грунт?

 

Легко. Диаметр зоны промерзания грунта вокруг трубы ГТ практически равен глубине промерзания грунта для Вашего региона.