Valorificarea energiei geotermale de potenial termic mediu cobort, cu ajutorul ciclurilor termodinamice inversate (pompe de cldur)
Aspecte generale
Principiul de funcionare a unei pompe de cldur
PC L Ta < T
Q
Qa
Ta
T
LQQ a
0
t [C]
PC L Q
Qa
PC L Q
Qa
PC L Q
Qa
Ta > Ta
IFL
Qa
Q0 T0 < Ta
T0 < Ta
Ta
+40
+20
-10
(a)
(b)
(c)
(d)
ncadrarea pompei de cldur funcie de sursa rece
Schema de principiu a unei pompe de cldur cu compresie mecanic de vapori
~
joas presiune nalt presiune
K
M
Sursa de cldur
Sistem de nclzire Vp
Cd
VL
Fluidele de lucru ale pompelor de cldurCondiii impuse agenilor de lucruProprietile chimice:
- stabilitate chimic n tot domeniul de presiuni i temperaturi folosite;- inactivitate chimic fa de materialele metalice i nemetalice din instalaie, precum i fa de uleiul de ungere;- prin amestecul cu aerul s nu devin inflamabili sau explozivi.
Proprietile fizice:- cldur latent de vaporizare mare;- alur favorabil a curbei de saturaie ps=f(t), care s conduc la valori moderate ale presiunii i la rapoarte de compresie mici;- cldur specific mic a lichidului;- cldur specific mare a vaporilor supranclzii;- volum specific mic al vaporilor;- vscozitate redus;- coeficieni de transfer de cldur mari;- insolubilitate reciproc a agentului de lucru i a uleiului de ungere;- solubilitate a apei n agentul de lucru.
Proprietile fiziologice:- s fie inofensivi fa de organismul uman;- s nu infecteze, prin scpri provocate de neetaneiti, mediul de distribuie a cldurii, care n
majoritatea cazurilor este apa sau aerul.Cerine economice:
- cost acceptabil;- procurare uoar, transport uor i n siguran;- eficien termic ct mai ridicat deoarece ea influeneaz prin valoarea cantitii de cldur furnizat
consumatorului, eficiena economic a instalaiei.
Agenii termici utilizai:- freonul i amoniacul, pentru pompe de cldur cu comprimare mecanic de vapori;- soluia hidroamoniacal sau soluia de bromur de litiu cu ap, pentru pompe de cldur cu absorbie;- vapori de ap, pentru pompa de cldur cu ejecie;- aer, pentru pompe termice cu comprimare de gaze.
AmoniaculAvantaje:
- cldur latent de vaporizare mare;- eficien termic ridicat;- coeficieni de transfer de cldur mari;- solubilitate fa de ap;- cost redus de fabricare;- uurin n detectarea scprilor.
Dezavantaje:- toxicitate mare;- presiune de condensare mare i raport de compresie mare;- corodarea cuprului i aliajelor acestuia;- solubilitate redus n uleiul de ungere.
FreoniiAvantaje:
- grad foarte redus de periculozitate (nu sunt toxici, nici inflamabili, nici explozivi);- capacitate foarte bun de dizolvare a uleiurilor;- rapoarte de compresie relativ mici;- nu reacioneaz cu metalele.
Dezavantaje:- densitate mare (de 5-6 ori mai mare dect a amoniacului) ce se traduce prin pierderi de presiune mari;- coeficieni de transfer de cldur relativ redui;- dizolv cauciucul natural i ca urmare garniturile de etanare (se folosesc garnituri metalice sau din fibre presate).
Tipuri de pompe de cldur (1)Clasificare dup natura sursei reci
PC cu surs termic aerulAvantaje:
- numr foarte mare al firmelor de comercializare, montare i instruire;- piese de schimb uor de achiziionat;- cost de instalare foarte redus.
Dezavantaje:- sunt zgomotoase;- modific estetica cldirilor;- costuri de ntreinere relativ ridicate.
PC cu surs termic pmntulAvantaje:
- eficien energetic ridicat tot timpul anului;- impact redus asupra mediului;- cost redus fa de PC aer-aer;- sileniozitate;- cost de mentenan redus;- nu necesit cicluri sau radiatoare de degivrare.
Dezavantaje:- costuri de instalare mari;- necesit suprafee mari de teren pentru ngroparea colectorilor.
Tipuri de pompe de cldur (1)PC cu surs termic apa
Avantaje:- eficien mai mare dect cea a PC aer-aer;- sileniozitate;- cost de mentenan redus;- nu necesit cicluri sau radiatoare de degivrare.
Dezavantaje:- cost ridicat de instalare;- necesitatea respectrii legilor i reglementrilor legate de protecia mediului
=) creterea investiiei;- sursa de ap trebuie s asigure un debit i o temperatur impuse prindimensionarea PC.
Alte tipuri de pompe de cldurPC cu motor pe gazSisteme de PC cu dubl alimentarePC cu dou surse de cldur
Performana energetic a pompelor de cldur
S
G
EE
EF
Eficiena energetic a unui sistem energetic:
EG suma fluxurilor utile de energie generate;ES suma fluxurilor de energie furnizate sistemului.
Evaluarea eficienei energetice prin COP (coeficient de performan)
PQCOP HCH P puterea consumat de compresor.
QH capacitatea de nclzire a condensatorului sistemului;
Evaluarea eficienei energetice prin factori sezonieriEficiena energetic pe o perioad mai lung de timp se caracterizat prin:
HSPF (sau SPF) - factorul de performan sezonier la nclzire - n cazul nclzirii; SEER - factorul de eficien energetic sezonier - n cazul rcirii.
Valori minime impuse de standardele n vigoare: 8,6HSPF
10SEERPentru pompele de cldur avansate: 9HSPF 15SEER;
Schema i ciclul ideal ale pompei de cldur cu vapori
Tdsdldhdq t
Schimburile energetice ale agentului calorific se determin aplicnd ecuaiile celor dou principii ale termodinamicii:
- lucrul mecanic de compresie: 12 hhlc - lucrul mecanic de detent:
- sarcina specific a condensatorului:- sarcina specific a vaporizatorului:
43 hhld 14561410410 ariassThhq 623563232 ariassThhq cc
Consumul (minim) de lucru mecanic: 123414100min ariassTTqqlll ccdcc
Eficiena termic a ciclului ideal:
111
1
10000min
cc
c
c
c
c
c
c
c
c
cc
TTTT
TsTT
sTqq
qlq
1
2
3
4
5
6
7
1,25 1,50 1,75 2,00 2,25
c
Tc / T0
Cd
Cp
Vp
Dt
q0
qc
lc ld
T
s
l
q0
qc Tc
T0
2 3
1 4
5 6 s
1
2 3
4
Deplasarea procesului de comprimare din domeniul vaporilor umezi n cel al vaporilor supranclzii conduce la ciclul Carnot inversat reprezentat n diagramele
T
s
l
Tc
T0
2 3
1 4
b c a
2
1
lg p
h
3
1 4
2
1
pc
p0
p2
pc p2 < pcTc
s1=ct
Tc
To
q0
Procesul de comprimare se desfoar n dou etape:- etapa izentropic 1-2 de la p0, T0 la p2< pc, Tc;- etapa izoterm 2-2 de la p2 la pc, etap n care agentul cedeaz cldura:
caariassTq c '22'22'22
- lucrul mecanic de compresie:
- sarcina specific a condensatorului:
- sarcina specific a vaporizatorului: 410 hhq 3'2'223'2'22 hhssTqqq cc
1'2'2212'22'22 hhssThhhhql cc
Schema de principiu i ciclul teoretic al pompei de cldur cu vapori
Cd Cp
Vp
q0
lc
qc
VL
1
2 3
4
T
s
3
1 4
s1= s2
2
pc
p0
s5 s3 s4
5
q0
qc
|lt|
lg p
2 3
1 4
2pc
p0
s0
q0
Tc
T0 5
|lt|
hh5 h3=h4 h1 h2
2
- sarcina specific a condensatorului:
- sarcina specific a vaporizatorului:
- lucrul mecanic tehnic specific teoretic de comprimare izentropic:
410 hhq 32 hhqc
12 hhlt - titlul vaporilor la intrarea n vaporizator:
0
534045514534 r
hhxrxhhhxhhh - eficiena termic teoretic a ciclului:
12
32
hhhh
lq
t
ct
- gradul de reversibilitate al ciclului teoretic n raport cu cel ideal de referin (randament termodinamic): 11
12
320
hhhh
TT
cc
tt
Schema de principiu i ciclul teoretic al pompei de cldur cu vapori, cu subrcire
Cd Cp
Vp
q0
VL
qsr
Sr
1
23
3
4
T
s
3
1 4
s1= s2
2
pc
p0
s3 s3 s4
3
lg p
2 3
1 4
2pc
p0
s0
q0
Tc
T0
|lt|
h h3=h4 h1 h2
2
4
s4
3
4
- sarcina specific a vaporizatorului:
- sarcina specific a condensatorului:
- eficiena termic teoretic a ciclului:
'32'3332 hhhhhhqqq srcdc subracirefaraqhhhhhhq ,0414'4'410
'' 1 tcd
srt
t
srcd
t
ct q
ql
qqlq
Schema de principiu i ciclul teoretic al pompei de cldur cu vapori, cu subrcire regenerativ
Cd
Cp
Vp
q0
lc
qc
VL
qrg Rg
1
2
3
4
1
3 - sarcina termic specific a schimbtorului regenerativ:
1'1'33 hhhhqqq srsirg - sarcina termice specifice a condensatorului:
3"232 ' hhqhhq cc - lucrul mecanic de comprimare: 1"2'12 ' hhlhhl cc
- eficiena termic teoretic:'12
32
hhhh
lq
c
ct
T
s
3
14
s1
2
pc
p0
s3s3
s4
3Tc
T0
2
2
1
s2qsi = |qsr|
lg p
2 3
1
2pc
p0
s0
q0 |lc|
h3=h4 h1 h2
3
4
2
1
h1, h
Schema de principiu i ciclul teoretic al pompei de cldur cu vapori, cu separator de lichid
Cd Cp
Vp q0
lc
qcd
VL
SL
2 3
4
1
5
qsr 3
1
cm
vm
T
s
3
4
a
2
pc
c b
3Tc
T0
2
1
q0
5
x4
- bilanul termic al separatorului de lichid: 5114 hmhmhmhm vcvc - raportul celor dou debite: 11 4
0
0451
51
41 x
rrxhh
hhhh
mm
c
v
- sarcina termic a vaporizatorului: 04000 1 rxmrmrmQ ccv [kW] 04154510400 qmhhmhhhhmrxrmQ cccc
- sarcina termic specific a agentului la vaporizare: cm
Qrrxhhq
0004410 1
Schema i ciclul real al pompei de cldur cu vapori
Cd
Cp Vp
q0
lc
qc
VL
qsr
Sr
1
2 3 3
4
~
lg p
2 3
1
2s2pc
p0 q0 lct
h2h3=h4 h1 h2s
3
4
lc
qc qctqc
qc
h
t
tc
ti
S (m2)
t2
ti
- sarcina specific a condensatorului:
- sarcina specific a vaporizatorului: 410 hhq teoreticcc
qhhq '32shh 22 deoarece
- lucrul mecanic tehnic specific de comprimare:
teoreticcsscclhhhhqqhhl 2212012
- eficiena termic a ciclului:
t
tc
c
tc
c
tctc
ctc
c
c
lq
qlqq
hhhh
lq
1
1,
12
'32
T
s
3
1 4
s1
2
pc
p0
s3 s4
3Tc
T0
2 2s
s2
- randamentul intern (adiabatic) sau indicat al compresorului:
1112
12
c
c
c
ccs
c
tci l
ql
qlhhhh
ll
- relaie de legtur dintre mrimile i t:
tc
i
icic llq
11 tittc
itc
tci
tc
ll
lq
1111
11
- eficiena termic efectiv: elmitelme 11
cte - gradul efectiv de reversibilitate al pompelor de cldur:
c
ee
55,0...45,0,1000...200 ec kWQ 60,0...55,0,3000...1000 ec kWQ
65,0...60,0,3000 ec kWQ
- pentru PC cu
- pentru PC cu
- pentru PC cu
Ciclul pompei de cldur cu compresie mecanic de vapori n dou trepte
Cd2
Cp2
Vp
q0
lc2
qc2
VL2
2
3 4
5
Pc2
Cd1
qc1
6
7
Cp1 lc1
1
Pc1
VL1 1m
2m 'm A
T
s
4
1 7
s1
3
p0
s6 s4
6
Tc2
T0
3
s3
Tc1
pc1
5
s7 s5
2 2
1m
2m
'm
lg p
3 4
1
2T
3pc2
p0
q0 lc2
h3h6=h7 h1 h2
5
7
lc1
h
22
3T
6
qc1
qc2
tc2
tc1 t0
pc1
- relaia de legtur dintre debitele ce parcurg circuitul:'21 mmm
- valoarea debitului :2m43
2
2
22222 hh
QqQmmqQ c
c
ccc
[kg/s]
- entalpia agentului care alimenteaz condensatorul Cd1:
Ahmhmhm 1252 ' '''
2
252
1
252
mmhmhm
mhmhmhA
1cQ 1m- dac se impune valoarea , putem determina debitul :
6
11 hh
QmA
c
[kg/s]
(A)
(B)
(D)
(B)(A) 652621
1
62
252
11 '
'' hhmhhm
Qmh
mmhmhm
Qm cc
652621 ' hhmhhmQc 62
652
62
1'hhhhm
hhQm c
(C)621 hhqc
45 hh (C)
1
642
1
1'cc
c
qhhm
qQm
(D)
(E)
(E)
2
64
1
2
1
1
1
64
2
2
1
1 11'cc
c
c
c
cc
c
c
c
qhh
Qhh
qQm
'm 1m- raportul debitelor i :
2
64
1
2
1
1'
cc
c
qhh
mm
121 hhlc 232 hhlc
121111 hhmlmP cc 232222 hhmlmP cc
- eficiena termic a ciclului pompei de cldur n dou trepte:
1
2
1
2
1
1
2
1
2
1
1
21
21
1
1
1
1
c
c
c
c
c
c
c
c
c
c
cc
cc
PPQQ
PPQQ
PQ
PPQQ
1
11
c
c
PQ - eficiena termic a pompei de cldur
care funcioneaz numai cu treapta de joas presiune ( )022 cc QP
(E)
Ciclul pompei de cldur cu compresie mecanic de vapori, n cascad (producerea simultan a frigului i cldurii)
Ap fierbinte
Agent purttor de frig
Cdi-Vps
Cds
Cps
Vpi
q0,i
lc,s
qc,s
VLs
2
6 7
8
3
4
Cpi lc,i
1
VLi
im
sm 5
T
s
7
14
3
pc,s
p0,i8
Tc,s
T0,i
6
Tc,i
pc,i
2
2
T0,s 5
6
p0,s
T
- ecuaia de bilan termic pe schimbtorul de cldur Cdi-Vps(condensator cascada inferioar vaporizator cascada superioar):
sic QQ ,0, ssici qmqm ,0, sau
32, hhq ic 85,0 hhq s
(F)(F)
32
85
,
,0
hhhh
mm
ic
s
s
i
- bilanurile energetice ale celor dou cascade sunt:
stssc PQQ ,,0, itiic PQQ ,,0,
(H)
(G)
(G)stitisc PPQQ ,,,0,
(H)
- eficiena termic teoretic a pompei de cldur n cascad:
5612
4176
,,
,0,
,,
,0,
,,
,0,,0,
hhhhhhhh
llqq
lmlmqmqm
PPQQ
PQQ
stit
isc
stsiti
iiscs
stit
isc
t
isct
Calculul termic al pompei de cldur cu vapori
Calculul termic al pompelor de cldur cu compresie mecanic de vapori presupune determinarea urmtoarelor mrimi:- debitul masic, volumetric i cilindreea, mrimi necesare alegerii compresorului;- puterea termic a vaporizatorului i debitul de fluid necesar sursei de cldur;- puterea efectiv a compresorului;- eficiena teoretic, real i efectiv;- gradul efectiv de reversibilitate al pompei de cldur.
Datele necesare pentru efectuarea calculului termic sunt:- puterea termic a condensatorului, Qc, care se transmite utilizatorului de cldur;- temperatura de condensare, tc;- temperatura de vaporizare, t0;- temperatura de subrcire, tsr;- temperatura de aspirare n compresor, tas dac n compresor sunt aspirai vapori supranclzii;- tipul agentului frigorific (calorific).
date de intrarediagrame i tabele de proprieti
parametrii de stare (p, t, h, s, v) ai agentului frigorific n punctele
caracteristice ale instalaiei
Cd
Cp
Vp
q0
qc
VL
qsr
Sr
1
2 34
5
lg p
2 3
1
2t2pc
p0
h2h4=h5 h1 h2t
4
5
h
lc
- sarcina termic specific a vaporizatorului: 41510 hhhhq
- lucrul mecanic teoretic de compresie: 21
1
211 1011
k
k
t ppvp
kkl [kJ/kg]
- entalpia teoretic a fluidului de lucru, la ieirea din compresor: tttt lhhhhl 1212- lucrul mecanic real de compresie:
- entalpia real a fluidului de lucru, la ieirea din compresor:i
tr
r
ti
llll
rr lhhhhl 1212
- sarcina termic a condensatorului: 32 hhqc 42 hhqc sau (pentru PC cu subrcire)- debitul masic de agent frigorific:
c
c
qQm
[kg/s]- debitul volumetric de agent frigorific la aspiraia compresorului (punctul 1):
11 vmV [m3/s]
Corelaia ntre puterea termic i dimensiunile fundamentale ale compresorului cu piston
- debitul volumetric de agent frigorific:601nVzV s [m3/s]
SDVs 4
2 - volumul cursei pistonului- volumul cursei celor z pistoane (cilindreea total a pistonului): sst VzV [m3/rot]- coeficientul de debit (compresorul cu piston): eTp 0
0 coeficient parial de debit care ine seama de influena spaiului mort
1111
1
0
1
000
dd n
nc H
pp
%8...50 %5...30 %2...10
0 poate avea urmtoarele valori:
- pentru compresoare verticale mari.
- pentru compresoare verticale mici
- pentru compresoare orizontale mici;
1,1...9,0dn - exponentul politropic al destinderii.p coeficient parial de debit care ine seama de laminarea vaporilor la trecerea prin supapa de aspiraie:
ap 10p
paa
;
%5,2...5,10 - pentru compresoare orizontale mari;
- coeficientul scderii relative a presiunii n aspiraie.
T coeficient parial de debit care ia n considerare prenclzirea vaporilor n procesul de aspiraie: c
T TT0
98,0...95,0ee coeficient parial de debit care caracterizeaz etaneitatea cilindrului:
Randamentul intern al compresorului cu piston (i)- ntr-o prim aproximaie, se poate considera: eTi - n lipsa datelor experimentale, valoarea lui i se determin cu urmtoarele relaii empirice:
* pentru compresoare cu amoniac sau freon de putere mare i mijlocie: oTi tb 100D 0b* pentru compresoare de putere mic cu mm, i deci: Ti
Puterea efectiv a compresorului- puterea indicat a compresorului: cc lmP [kW]- puterea efectiv a compresorului:
elm
ce
PP [kW]95,0...9,0m
99,0...98,0el - randamentul mecanic al compresorului;- randamentul electric al motorului de antrenare al compresorului.
Eficiena- eficiena teoretic a ciclului:
12
42,
hhhh
lq
t
t
t
tct
- eficiena real a ciclului: 11 it - eficiena efectiv: elme - gradul efectiv de reversibilitate al ciclului:
c
ee
mims
msc TT
T
eficiena termic a cicluluiCarnot inversat
1
2
12
lna
a
aams
TT
TTT 2
1
21
lnr
r
rrmi
TT
TTT ;
- randamentul exergetic (termodinamic) al ciclului unei PC: c
E
Pompe de cldur geotermale
Elemente componente ale sistemelor de pompe de cldur geotermale
K
Colector geotermal
Sistem de nclzire
Vp Cd
VL
Pompa de cldur
Clasificarea colectorilor geotermali (1)Sistem nchis colector orizontal
(a) (b)
(c) (d)Avantaje: cost sczut pentru realizarea anurilor/gropilor, comparativ cu cel pentru sparea puurilor verticale; opiuni variate de instalare.Dezavantaje: necesitatea unor suprafee mari de pmnt; temperatur variabil a solului la adncimi mici (funcie de sezon); proprietile termice ale solului variabile cu sezonul, precipitaiile i adncimea de instalare a colectorului; uscciune solului trebuie luat n considerare n dimensionarea lungimii buclei, n special n cazul solurilor nisipoase i dealurilor care pot deveni foarte uscate n timpul verii; colectorul poate fi deteriorat n timpul umplerii cu pmnt a gropilor; necesit lungimi mai mari ale buclelor dect n cazul puurilor verticale; viscozitatea antigelului crete consumul energiei de pompare, scade transferul de cldur i deci reduce eficiena global; eficiene sczute ale sistemului.
serie paralel
an pentru o eav an pentru colector multiplu
Clasificarea colectorilor geotermali (2)Sistem nchis colector spiralat
(a) (b)
Avantaje: necesit o suprafa excavat mai mic dect celelalte configuraii orizontale; costuri de instalare mai mici dect celelalte configuraii orizontale.
Dezavantaje: necesit lungimi ale colectorilor mai mari dect celelalte configuraii; temperatur variabil a solului la adncimi mici (funcie de sezon); necesit energie de pompare mai mare dect celelalte configuraii orizontale; umplerea cu pmnt a anurilor poate fi dificil n cazul unor tipuri de sol i sistemul colector poate fi deteriorat n timpul acestui proces.
orizontal vertical
Clasificarea colectorilor geotermali (3)Sistem nchis colector vertical
conectare n interior conectare n exterior
(a) (b)
50-70 mm
25-32 mm
70-80 mm
25-32 mm
40-60 mm 70-90 mm
(a) (b)
Avantaje: necesit lungimi ale colectorilor mai mici dect celelalte configuraii de sisteme nchise; necesit cea mai puin energie de pompare comparabil cu celelalte configuraii de sisteme nchise; necesit suprafee reduse de pmnt; temperatura solului nu este influenat de variaiile sezoniere.
Dezavantaje: cost ridicat pentru forarea puurilor, adesea mai ridicat dect cel de spare a anurilor pentru sistemele orizontale; potenial termic sczut la utilizarea pe termen lung a instalaiilor cu puuri forate la distane necorespunztoare.
(a) (b)
Clasificarea colectorilor geotermali (4)Sistem nchis colector imersat
(a) (b)spiral bobine grupate
Avantaje: necesit cele mai mici lungimi ale colectorilor dect celelalte configuraii de sisteme nchise; sunt cele mai ieftine colectoare raportat la celelalte configuraii de sisteme nchise, dac lacul/iazul este deja existent.
Dezavantaje: necesit un volum mare de ap; poate restriciona utilizarea lacului/iazului n alte scopuri.
Clasificarea colectorilor geotermali (5)Sistem deschis
(a) (b)
p
u
d
e
d
e
v
e
r
s
a
r
e
pomp
nivelul stratului acvifer freatic
(c)
pomp
p
u
d
e
e
x
t
r
a
c
i
e
Avantaje: design simplu ceea ce asigur cele mai mici costuri; performane termodinamice mai bune dect sistemele nchise, deoarece puurile de extracie furnizeaz ap la temperatura solului spre deosebire de un schimbtor de cldur care furnizeaz fluid colector la o temperatur diferit de cea a solului; poate fi combinat cu un pu de alimentare cu ap potabil; cost de operare sczut n cazul n care apa este deja pompat n alte scopuri (ex. irigaii).Dezavantaje: necesitatea unor debite mari de ap; disponibilitatea apei poate fi limitat; necesar mare de energie de pompare; necesarul de energie de pompare poate fi excesiv dac pompa este supradimensionat sau exploatat defectuos; costuri ridicate dac sunt necesare puuri de re-injectare; deversarea apei poate limita sau exclude utilizarea unor instalaii; schimbtorul de cldur al pompei de cldur este afectat de impuritile, agenii corosivi i coninut bacteriologic al apei; trebuie s se supun legilor i reglementrilor referitoare la apele subterane i cele de suprafa, n vigoare n ara/statul n care se construiete.
cu dou puuri cu un singur pu cu extracie/deversare n ape de suprafa
Exemple de calcul (1)
PC cu sursa termica apa determinarea debitului de apa
]/[86,0 0 hlt
Qma
a
]/[ hlma][0 WQ
][Cta
- debitul de apa
- sarcina frigorifica a vaporizatorului
- diferenta de temperatura pentru apa (intrare - iesire Vap)
WQc 50012 - sarcina termica necesara incalzirii locuinteiCta 5
Ctapa 12intrare,Ct iesireapa 7,
5COP - valoare estimata la tapa,intrare
COPQQQCOPQCOPQCOPQQQ
QPQCOP cccc
c
c
el
c
000 :
WQ 00010550012500120
hlma /720150001086,0
Date de intrare
Exemple de calcul (2)
PC cu colector geotermal orizontal dimensionarea colectorului geotermal
kWQc 10 - sarcina termica necesara incalzirii locuintei4COP
Date de intrare
kWCOPQP
PQCOP cel
el
c 5,24
10
kWPQQPQQ elcelc 5,75,21000
Asadar, pamantul trebuie sa furnizeze 7,5 kW.
Se alege un colector geotermal, format din conducte cu diametrul de 20 mm, ce poate extrage 7,5 W/ml.
Lungimea necesara a colectorului: 7500/7,5 = 1000 m
Se alege o bucla geotermala formata din 10 laturi de cate 100 m fiecare, avand un pas intre ele de 0,5 m.
Suprafata ocupata de colectorul geotermal: 1000 x 0,5 = 500 m2.
Exemple de calcul (3)Calculul timpului de functionare a pompei de caldura functie de volumul de apa incalzit
kWQc 10 - sarcina termica necesara incalzirii locuintei)/15(150 kWllV Date de intrare - volumul total de apa al instalatiei
Kt 10 - cresterea de temperatura a apeinecc QQQ - suprasarcina (sarcina instalata sarcina de incalzire necesara)
Se considera ca sarcina instalata este dubla fata de sarcina de incalzire necesara (considerata in perioadele blande de iarna cand PC functioneaza 50% din timp), deci:
min21sec12545
1018,415018,4
QtV
kWkWkWQ 5510 Timpul de functionare:
Durata unui ciclu (pornire + oprire): 42 min
ATENTIE! O valoare prea mare a suprasarcinii, in comparatie cu ceea ce poate disipa radiatorul, conduce la o crestere rapida a temperaturii apei, deci la cicluri de functionare foarte scurte! Ciclurile scurte de functionare ale PC duc la scaderea performantelor instalatiei si la o degradare a compresorului! Se recomanda o suprasarcina de 10%, raportata la valoarea de temperatura cea mai scazuta a iernii!
Din punctul de vedere al distribuiei temperaturii, straturile de pmnt se mpart n trei zone:
Comportamentul termic al pmntului Fluxurile de energie din sol
radiaie solar
radiaie termic
convecie termic
precipitaii
evaporare
flux termic geotermal
conducie termic n straturile geologice
ap freatic
colectori geotermali
Variaia temperaturii n sol (Europa)
1 februarie; 2 mai; 3 noiembrie; 4 august
zona de suprafa, pn la aproximativ 1 metru adncime, n care temperatura este puternic influenat de schimbrile rapide ale condiiilor atmosferice; zona de mic adncime, ce se ntinde circa 1-8 metri (pentru sol uscat) sau 20 metri (pentru sol nisipos umed) sub zona de suprafa, n care temperatura solului este aproximativ constant i cu valori apropiate de temperatura medie anual a aerului; n aceast zon distribuia temperaturii depinde n principal de variaiile sezoniere al condiiilor atmosferice; zona de mare adncime, sub 8-20 metri, n care temperatura solului este practic constant, cu o foarte uoar cretere cu adncimea datorit gradientului geotermal.
Utilizri ale pompelor de cldur geotermale (1)
nclzirea spaiilor rezideniale (Maine, USA)
Pomp de cldur
Pomp de cldur
Ventiloconvectoare
Rezervor-tampon
5 sisteme de nclzire prin
pardoseal
Pu de extragere/deversare
ap
Utilizri ale pompelor de cldur geotermale (2)nclzirea/rcirea arenelor sportive (Oliver Curling Club, Canada)
PC
Pompe de cldur pentru producerea
gheii
nclzire/rcire holuri, sal de ateptare i vestiare
PC
PC
PC
PC
PC
PC
PC
PCnclzire tribune
Colectori geotermali (4x7 puuri)
Serpentina terenului de ghea
Utilizri ale pompelor de cldur geotermale (3)nclzirea cldirilor de birouri (Toronto, Canada)
PCPCPCPC
Boiler pe gaz Pompe de
circulaie
Vas de expansiune
Colector geotermal (43 sonde)
Spaiu supus climatizrii
15 pompe de cldur