Подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса

При положительной уличной температуре зимой, я бы тоже не стал мудрить и выбрал бы второй вариант...

 

Очень приблизительно процесс происходит так. Горизонтальный контур забирает тепло у грунта, тем самым, понижая его температуру. Чем больше отбираем, тем больше получаем за счет увеличения разности температур грунта вокруг трубы и на некотором расстоянии. Далее обводненный грунт вокруг коллектора замерзает, и теплопроводность грунта увеличивается. При непрерывной работе ТН всегда наступит стационарное состояние теплообмена, но вопрос в том при какой температуре поверхности трубы коллектора.
На практике при закладке коллектора в плывун можно исходить из 25-30 W/m². Из личного опыта могу утверждать, что температура на стенке трубы не упадет ниже -1,5°С при непрерывной работе ТН в течение 3 недель. При работе 50/50 температура не будет опускаться (будет подниматься) и составит -0.5°С. Укладка трубы в спираль, горизонтальную или вертикальную, многоэтажные коллектора практически ничего не дают. Можно уложить в спираль участок коллектора на выходе ТН. Даже при укладке коллекторов в озера на глубину больше 10 метров получаем режим 0 -4°С через неделю непрерывной работы ТН. Поэтому приходится привязывать грузы к трубам коллектора, чтобы обледенев, не всплывали.

 

А что там рассчитывать то в теплообмене, со стороны грунта? Сколько будет подводится тепла к трубе через грунт, столько "грунтовый испаритель" и возьмет. Кипящий фреон может много взять, 10 кВт на квадратный метр теплообмена (поверхности медной трубы) легко возьмет, только в грунте, даже обводненном нельзя снимать больше 50 Вт, а это в в 200 раз меньше.
Все хлопоты с расчетами будут со стороны фреона, надо рассчитать объем подачи жидкого фреона, чтобы лишнего не налить, ведь 10 кВт тепла с м2 в земле то нету, а надо чтобы все, что налили превратилось в пар при расчетной дельте, также нельзя занижать скорость получившегося пара (для возврата масла в компрессор), длину и диаметр труб от балды, или то что есть под руками, взять уже не получится.
А про гликолевый теплосборник в предыдущем посте рассказали

 

Извиняюсь, я не правильно поставил вопрос: не грунтовый (в смысле поверхностный), а геотермальный (скважины). Есть данные о параметрах гликолевых скважин которые уже эксплуатируются несколько лет, так вот там о промерзании грунта и речи быть не может т. к. при запуске системы первоначально (в течении нескольких дней) происходит падение температуры выходящего из скважины гликоля на 3-5 градусов, а при дальнейшей эксплуатации, вплоть до окончания сезона отопления температура оставалась практически неизменной. Это для скважин глубиной около 35м, температура при не работающем Т. Н. около 16гр., ну и соответственно при работающем 10-12гр. Так вот возникла мысль уйти от промежуточных теплообменников и запихать в скважины испаритель. Для упрощения задачи с возвратом масла принял решение использовать данные испарителя промышленного Т, Н, воздух-воздух (который и будет использоваться). Возможно его длину и диаметры придется подкорректировать для теплообмена с грунтом и с учетом неизменности скорости потока фреона. Собственно с этого и начинается вопрос.

 

По поводу 50Вт на м2, не понял. Почему тогда гликолевые зонды расчитывают в среднем 50Вт на метр погонный, что при диаметре 40мм и двух трубах составляет около 0,25 м2 поверхности теплос'ема и соответственно 200Вт на м2. И еще, по моему мнению (не утверждаю что верному), нужно бороться с взаимной компенсацией температур входящей и выходящей ветками зонда примерно трети длины скважины (естественно верхней), это должно повысить отдачу. При этом думаю, что изолировать нужно выходящую ветку дабы не терять тепло добытое на глубине при контакте с верхними, более холодными слоями.

 

Извините, я говорил о теплосъеме с кв. м. участка, а не с квадратного метра поверхности трубы. Почему? Независимо горизонтальный или вертикальный контур, тепло вы можете взять из объема грунта. Притока зимой практически нет (поступление тепла снизу порядка 5%). Горизонтальный контур забирает тепло из грунтового массива, который прогревается летом и к осени достигает 15°С. Вертикальный - только за счет соседей. При расчете вертикального контура исходят из запаса тепла грунтового цилиндра диаметром 12-15 метров. Это все что у вас есть с учетом теплоемкости грунтового цилиндра. Забрать это тепло можно медным коллектором или ПЭ. Больше его не станет для заданной температуры. 50 W с погонного метра зонда это среднее значение, обусловленное, в первую очередь, теплопроводностью грунта. В Молдавии, Крыму и Южной Украине при монтаже вертикального коллектора в сухом котельце и 30 W с погонного метра зонда снять не просто.

Над вами пошутили. Если на второй год эксплуатации в начале сезона температура на входе ТН будет +8°С, а в конце отопительного сезона 0°С, то это очень хороший вертикальный коллектор. При непрерывной работе ТН 2-3 недели вертикальные коллектора легко заходят в минусовую зону.

 

А если учесть, что этот дом находится на юге Кубани и менее полукилометра от русла этой самой Кубани, где грунт в среднем 30м в глубину состоит из мелкого галечника и крупного песка, а уровень подпочвенных вод начинается с 2х метров и продолжается минимум до 30 (дальше не проверяли) и при этом эти воды текучи.

 

блин завидую, ставить ДХ с минимумом петель и заморочек и получать стабильный КОП равный 6

 

Да Вы правильно подметили! Я неверно выразился, машинально, не подумав.
50 Вт будет с погонного метра вертикального зонда.
Если используется двойная 40 ПНД труба, то поверхность теплообмена 0,25 м2 и соответственно плотность теплового потока 200 Вт/м2 через стенку трубы, то есть в 50 раз меньше, чем может обеспечить кипящий фреон.
Для четырехтрубного зонда из 40 мм труб 100 Вт/м2, соответственно в 100 раз.

Для двухтрубного 40 мм ПНД зонда с теплопроводностью 0,35-0,40 Вт/мК и толщиной 3 мм, это уже плюс пара дополнительных градусов перепада между внутренней и наружной поверхностями трубы к общей дельте теплового напора между гликолем и грунтом.
Двойной зонд из четырех труб ПНД 40 мм позволит терять на стенках всего 1 градус.
Это конечно если каждый градус на счету, общая длина зондов достаточна и позволяет держать небольшой перепад.
Поэтому медь при таких мизерных тепловых потоках в общем то и не очень нужна, теплопроводность её слишком избыточна.
Если сделать гликолевый U зонд из меди, скажем 40х3 мм, то перепад на стенке при тепловом потоке 200 Вт/м2 будет всего 0,0015 градуса.
Если сделать U зонд из медной трубы 10х1 мм, то тепловой поток вырастет до 800 Вт/м2 при теплосъеме 50 Вт с погонного метра, а перепад температур на стенке будет 0,002.
При использовании меди, даже при киловаттных тепловых потоках, можно считать, что потерь температурного напора в стенке трубы практически нет.
Сложнее обеспечить тонкой трубкой необходимый отбор тепла от грунта, у которого теплопроводность небольшая, 1-3 Вт/мК, а площадь трубки маленькая.
Вот между грунтом и поверхностью трубки и будут основные потери теплового напора.

Неплохо бы вообще использовать недорогой пластик для грунтовых DX зондов, а в качестве хладагента скажем пропан или изобутан.

 

Температура выходящего из скважины гликоля всегда будет стабилизироваться через несколько дней (при неизменном количестве отбираемого тепла) на некотором уровне.
Но вот на каком уровне, это другое дело.
Если длительно отбирать 50 Вт с погонного метра зонда, температура выходящего гликоля стабилизируется на одном уровне.
Если отбирать 100 Вт с метра, то на другом.
В зависимости от возможностей грунта и температуры входящего туда гликоля (смотря какая t кипения в испарителе) в первом случае это может быть скажем +3 градуса.
Во втором может стабилизироваться скажем на -10, после того как обмерзнет прилегающий к зонду грунт.
Можно снимать и 200 и 500 Вт с погонного метра зонда, только перепад температур должен быть соответствующий и температура гликоля тоже когда нибудь стабилизируется на некотором уровне, в зависимости от местных условий.
Да только этот уровень будет таким низким, может -30, а может и -50, что отпадет всякая целесообразность применения ТН.
Вот при другом применении холодильной машины, когда необходимо не тепло извлекать на нужды отопления, а грунт морозить, даже еще интенсивнее отбирают тепло от земли.
И в этом случае тоже наступает равновесие на определенном, пусть и еще более низком температурном уровне.

 

Спасибо. Буду делать воздух-вода.Подскажите плиз стоит ли переносить компрессор в дом даст ли это реальную экономию и сколько. Мощность компрессора 1,8 кВт. Почему производители ТН оставляют компрессор на улице вместе с испарителем где логика. Или это связано с увиличением сложности монтажа шумом компрессра и местом которое займёт сам компрессор.

 

Мало того, там еще и теплообменник остается. А компр. в теплой рубашке, ну немного потеряет конечно в мороз... В общем-то сами и ответили

 

В общем понял, что DX тема в России еще мало изучена и надо только экспериментировать. Дождусь тепла и попытаюсь замерить скорость течения грунтовых вод, а исходя из полученных данных попробую собрать систему с положительной температурой кипения (не доводя грунт до глыбы льда). Для колег "самоделкиных" использующих гликолевые контура или открытую схему полезная ссылочка ... https://leader-cool.ru/equipment/aircool/ispariteli/koaksialnye/

 

Это параметры грунтового массива, определяющие теплоемкость и теплопроводность грунта, но не его температуру. Посмотрите графики зависимости температуры грунта от глубины, например, для Германии на стр. 5 в Инструкции по проектированию Wiessmann.

 

Здесь добавляется еще один существенный параметр- скорость регенерации.