Calcul de puissance de pompe à chaleur en ligne. Comment fabriquer une pompe à chaleur géothermique à partir d'un climatiseur. Bibliothèque d'articles sur des sujets professionnels

29.07.2023

Sources d'énergie thermique

Les sources d'énergie pour les pompes à chaleur peuvent être la lumière du soleil, la chaleur de l'air, de l'eau et du sol. Le processus est basé sur un processus physique grâce auquel certaines substances (réfrigérants) peuvent bouillir à basse température. Dans de telles conditions, le coefficient de performance des pompes à chaleur peut atteindre 3 voire 5 unités. Cela signifie qu'en dépensant 100 W d'électricité pour faire fonctionner la pompe, vous pouvez obtenir 0,3 à 0,5 kW.

Ainsi, la pompe géothermique est capable de chauffer complètement la maison, à condition que la température de l'environnement extérieur ne soit pas inférieure à la température du niveau de conception. Comment calculer une pompe à chaleur ?

Technique de calcul de la puissance d'une pompe à chaleur

À cette fin, vous pouvez utiliser un calculateur de pompe à chaleur en ligne spécial ou effectuer les calculs manuellement. Avant de déterminer manuellement la puissance de la pompe nécessaire au chauffage de la maison, il est nécessaire de déterminer le bilan thermique de la maison. Quelle que soit la taille de la maison pour laquelle le calcul est effectué (calcul d'une pompe à chaleur pour 300 m2 ou 100 m2), la même formule est utilisée :

R est la déperdition thermique/puissance de la maison (kcal/heure) ;
V - volume de la maison (longueur*largeur*hauteur), m3 ;
T - la différence la plus élevée entre les températures à l'extérieur de la maison et à l'intérieur pendant la saison froide, C ;
k est le coefficient de conductivité thermique moyen du bâtiment : k=3(4) - maison en planches ; k=2(3) - maison en brique monocouche ; k=1(2) - maison en brique à deux niveaux ; k=0,6(1) - bâtiment soigneusement isolé.

Un calcul typique de pompe à chaleur suppose que pour convertir les valeurs obtenues de kcal/heure en kW/heure, il est nécessaire de les diviser par 860.

Exemple de calcul de puissance de pompe

Calcul d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison à partir d'un exemple précis. Supposons qu'il soit nécessaire de chauffer un bâtiment d'une superficie de 100 mètres carrés.

Pour obtenir son volume (V), il faut multiplier sa hauteur par sa longueur et sa largeur :

V=10x10x2,5=250 m3.

Pour connaître T, vous devez obtenir la différence de température. Pour ce faire, soustrayez les températures extérieures minimales des températures intérieures minimales :

T=20-(-30)=50°C.

Supposons que les déperditions thermiques du bâtiment soient égales à k=1, alors les déperditions thermiques de la maison seront calculées comme suit :

R=1*250*50=12500kcal.

Le programme de calcul de la pompe à chaleur suppose que la consommation d'énergie thermique de la maison doit être convertie en kW. Convertir kcal/heure en kW :

12 500 kcal/heure / 860 = 14,53 kW.

Ainsi, pour chauffer une maison en brique à deux couches d'une superficie de 100 mètres carrés, une pompe à chaleur de 14,5 kW est nécessaire. S'il est nécessaire de calculer une pompe à chaleur pour 300 m2, alors la substitution correspondante est effectuée dans les formules. Ce calcul prend en compte le besoin en eau chaude nécessaire au chauffage. Pour déterminer la bonne pompe à chaleur, vous aurez besoin d’un tableau de calcul de pompe à chaleur reprenant les caractéristiques techniques et les performances d’un modèle particulier.

Lorsque nous avons développé notre pompe à chaleur, le concept était avant tout de créer une unité fiable conçue pour une utilisation à long terme. 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 primaire de chaleur de faible qualité est mal calculée ou que la la sonde tombe en panne) et chauffer la maison en hiver avant l'arrivée des chaleurs. La pompe à chaleur doit disposer de toutes les protections nécessaires pour que des erreurs lors de l'installation ou du fonctionnement ultérieur ne puissent pas l'endommager. ZLa protection de notre pompe à chaleur est de douze. Courant, thermique, surchauffe, sous-refroidissement, température (2 pièces), anticyclique, basse pression, haute pression, protection contre la température de l'enroulement du moteur, contrôle de l'alimentation.Notre pompe à chaleur Henk est conviviale et facile à utiliser pour les installateurs. Nous ne facturons pas d'argent pour la « connexion ». Beaucoup de nos clients l'installent eux-mêmes ou par leurs plombiers, en concertation avec nous. Cependant, nos obligations de garantie restent intactes.

Prix d'une pompe à chaleur Henk

En tant que fabricant de pompes à chaleur, il nous est assez facile de bénéficier de remises maximales sur les composants et 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, alors que le bénéfice que nous attendons ne changera pas. Par principe, nous ne suivons pas cette voie lorsque nous menons un travail explicatif. Nous essayons également de vendre nos produits à des installateurs fiables qui font leur travail honnêtement, qui ne pensent pas seulement aux profits à court terme, économisant sur tout ce qui est possible. Heureusement, la liste noire est très réduite. Nous adhérons à une règle simple et honnête : félicitez les vôtres et ne grondez pas ceux des 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 avec exactement les mêmes compresseurs et échangeurs de chaleur que les pompes européennes. A noter que la puissance des échangeurs de chaleur de nos pompes à chaleur est 20 à 30 % supérieure à celle requise, cela compense la perte de conductivité thermique des liquides non gelants, par rapport à l'eau.

Ensemble pompe à chaleur

Nous accordons une attention particulière au montage de nos pompes à chaleur. Il faut un an et demi à deux ans pour « faire grandir » un employé qui comprend l'ensemble du processus. Et le mot QUALITÉ, pour un tel salarié, n’est pas un vain mot. Les pompes à chaleur subissent des tests d'évacuation, de séchage et de pression du circuit de fréon, presque entièrement soudé, afin de réduire d'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 une soudure contenant 40 % d'argent. Tuyau en cuivre de marques célèbres avec une paroi épaisse. Isolation - caoutchouc mousse (Allemagne). La partie supérieure la plus chaude du compresseur est également isolée. Nous installons également les meilleurs composants (ABB, Schneider, etc.) dans les circuits d'alimentation. Automatismes et contrôleurs électroniques à faible courant, fabriqués en République de Biélorussie. Toutes les pièces électriques sont réétirées avant l'assemblage final. Tous les câbles électriques sont protégés par des tubes spéciaux ondulés et thermorétractables. Les extrémités des fils sont terminées par des cosses. Certaines connexions électriques importantes sont en outre soudées avec de la soudure. Les composants à faible coût incluent uniquement des indicateurs LED d'urgence dans l'unité de commande, mais pendant le fonctionnement normal, ils ne doivent pas s'allumer. Si des problèmes surviennent ou si des demandes supplémentaires des clients sont satisfaites, tous les composants sont toujours disponibles, il n'est donc pas nécessaire d'attendre longtemps pour une solution. Ceci est important, surtout pendant la saison de chauffage.

Pompe à chaleur – contrôle et normes

Le fonctionnement de la régulation de la pompe à chaleur est conçu de telle manière que l'ensemble de l'algorithme du circuit est très simple. L'affichage permet de comprendre facilement, même à distance, ce qui se passe avec la pompe à chaleur. En règle générale, si une question se pose, elle peut être résolue par un simple appel téléphonique.

Vous n'avez pas besoin d'un ordinateur pour programmer ! Baisser ou augmenter la température, modifier l'hystérésis, calibrer les capteurs est très simple.

La pompe à chaleur régule la quantité de réfrigérant entrant dans l’évaporateur. Il vous permet d'ajuster très précisément votre pompe à chaleur spécifiquement à votre source de chaleur (capteur de terre, puits ou sondes) et à vos appareils de chauffage de la maison, puisque chaque système est très individuel et possède son propre « caractère », 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 zone chauffée spécifique, sur la base de 80 à 100 watts de chaleur par mètre carré. Cela nous permet de prendre en compte nos hivers russes rigoureux et certaines erreurs des constructeurs. Cependant, des normes de construction étrangères strictes vous permettent de dépenser seulement environ 30 watts de chaleur par 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 !

À propos, en Russie, le client, selon sa mentalité, souhaite maintenir une température confortable de +25 +26 degrés C dans toute la maison en cas de gel, tandis que les Européens sont prêts à « subir » les cinq jours les plus froids dans un pull.

Mise au point 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. Il est possible d'installer un module GSM. Il est possible de monter une pompe à chaleur sur compresseurs avec contrôle numérique de la puissance de l'ensemble de la pompe à chaleur, un solénoïde intégré, de 10% à 100%. Cependant, le coût d'un convertisseur de fréquence « pur-sang » 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, lorsqu’il fait froid, un court laps de temps suffit à dégivrer l’ensemble du système. Certains clients pensent à une sorte d'économie, à une baisse de température en leur absence (par exemple, s'ils viennent à la datcha uniquement le week-end). Ainsi, si vous calculez que le compresseur devra fonctionner davantage du jeudi au vendredi, après un « repos » du lundi au mardi, ainsi que 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 installé assez simplement (par exemple 4 zones), pour contrôler la présence de tension d'alimentation dans toute la maison, contrôler la température générale, la pénétration dans la maison... Dans tous les cas, vous devrezà quelqu'un allez éliminer la cause. Pour un réglage sérieux, il existe des unités de contrôle et de surveillance de marque très fiables. De nombreuses personnes aiment les systèmes intelligents et complexes. Mais il ne faut pas oublier que seules trois unités chauffent les locaux... compresseur et deux échangeurs de chaleur.

À l’expiration de la période de garantie d’une pompe à chaleur, la question se pose : à quel point la réparation est-elle coûteuse et difficile ? Je peux déclarer de manière responsable que l'ensemble de la régulation de la pompe à chaleur doit être réparéHenkPresque tout le monde peut le faire. Le coût des pièces de pompe à chaleur est négligeable. Nous allons simplement vous montrer comment procéder.

Cordialement, Savostianov Igor Yurievich

Selon les professionnels travaillant dans ce domaine, l'utilisation de sources géothermiques d'énergie thermique - des pompes spéciales - est considérée comme une mesure efficace et économique. Leur conception de base permet d'extraire la chaleur de l'environnement, de la transformer et de la déplacer vers le lieu d'utilisation (pour plus de détails : « Pompes à chaleur géothermiques pour le chauffage : le principe du système »).

Le coefficient de performance des pompes à chaleur, en raison de leurs caractéristiques, atteint 3 à 5 unités. Cela signifie que lorsque l'appareil consomme 100 W d'énergie électrique pendant son fonctionnement, les consommateurs reçoivent environ 0,5 kW de puissance de chauffage.

Procédure de calcul pour les pompes à chaleur

Tout d'abord, les pertes de chaleur se produisant à travers l'enveloppe du bâtiment (notamment les fenêtres, les portes, les murs et les plafonds) sont déterminées. Pour ce faire, utilisez la formule suivante :

étain – température de l'air à l'intérieur du bâtiment (°C) ;

tout – température de l’air extérieur (°C) ;

β est le coefficient de déperdition thermique supplémentaire, selon le type de bâtiment et sa situation géographique. Cet indicateur, lors du calcul d'une pompe à chaleur, est compris entre 0,05 et 0,27 ;

δі / λі – est un indicateur calculé de la conductivité thermique des matériaux utilisés dans la construction ;

α nar – la valeur de dissipation thermique des surfaces extérieures des structures de clôture (W/m²x°C) ;

Qbp – génération de chaleur résultant du fonctionnement des appareils électroménagers et de l’activité humaine.

tout.av – moyenne arithmétique des températures enregistrées dans l'air extérieur pendant toute la période de chauffage ;

d – nombre de jours dans la saison de chauffage.

V x17 – volume quotidien d'eau chauffée jusqu'à 50 °C.

Une fois le calcul de la pompe à chaleur terminé, en tenant compte des données obtenues, ils commencent à sélectionner cet appareil pour fournir de la chaleur et de l'eau chaude. Dans ce cas, la puissance de conception est déterminée à partir de l'expression :

Comment calculer correctement une pompe à chaleur, photos et vidéos détaillées

Méthodes et programmes de calcul de la puissance d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison

L’utilisation de sources d’énergie alternatives semble aujourd’hui être une priorité absolue. La conversion de l'énergie éolienne, hydraulique et solaire peut réduire considérablement le niveau de pollution de l'environnement et économiser les ressources financières nécessaires à la mise en œuvre de méthodes de production d'énergie technologiquement avancées. À cet égard, l’utilisation de ce que l’on appelle les pompes à chaleur semble très prometteuse. Une pompe à chaleur est un appareil capable de transférer l’énergie thermique de l’environnement vers une pièce. La méthode de calcul de la pompe à chaleur, les formules et coefficients nécessaires sont présentés ci-dessous.

Sources d'énergie thermique

Technique de calcul de la puissance d'une pompe à chaleur

R est la déperdition thermique/puissance de la maison (kcal/heure) ;
V – volume de la maison (longueur*largeur*hauteur), m3 ;
T – la différence la plus élevée entre les températures à l'extérieur et à l'intérieur de la maison pendant la saison froide, C ;
k est le coefficient de conductivité thermique moyen du bâtiment : k=3(4) – maison en planches ; k=2(3) – maison en brique monocouche ; k=1(2) – maison en brique à deux niveaux ; k=0,6(1) – bâtiment soigneusement isolé.

Un calcul typique de pompe à chaleur suppose que pour convertir les valeurs obtenues de kcal/heure en kW/heure, il est nécessaire de les diviser par 860.

Exemple de calcul de puissance de pompe

Calcul d'une pompe à chaleur pour chauffer une maison à partir d'un exemple précis. Supposons qu'il soit nécessaire de chauffer un bâtiment d'une superficie de 100 mètres carrés.

Pour obtenir son volume (V), il faut multiplier sa hauteur par sa longueur et sa largeur :

Pour connaître T, vous devez obtenir la différence de température. Pour ce faire, soustrayez les températures extérieures minimales des températures intérieures minimales :

Supposons que les déperditions thermiques du bâtiment soient égales à k=1, alors les déperditions thermiques de la maison seront calculées comme suit :

Le programme de calcul de la pompe à chaleur suppose que la consommation d'énergie thermique de la maison doit être convertie en kW. Convertir kcal/heure en kW :

Avant de déterminer manuellement la puissance de la pompe nécessaire au chauffage de la maison, il est nécessaire de déterminer le bilan thermique de la maison.

Comme on le sait, les pompes à chaleur utilisent des sources d'énergie gratuites et renouvelables : chaleur à faible potentiel provenant de l'air, du sol, du sous-sol, déchets et eaux usées provenant de processus technologiques et réservoirs ouverts et antigel. 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 à 6.

Plus précisément, les sources de chaleur de faible qualité peuvent être l'air extérieur avec des températures de –10 à +15 °C, l'air extrait de la pièce (15 à 25 °C), le sous-sol (4 à 10 °C) et les eaux souterraines (plus de 10 °C). 10 °C), eaux de lacs et de rivières (0–10 °C), sols superficiels (0–10 °C) et profonds (plus de 20 m) (10 °C).

Il existe deux options pour obtenir de la chaleur à faible teneur du sol : la pose de tuyaux 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 en forme de spirales dans les tranchées 2 à 4. m de profondeur. Cela réduit considérablement la longueur totale des tranchées. Le transfert de chaleur maximal à la surface du sol est de 50 à 70 kWh/m2 par an. La durée de vie des tranchées et des puits est supérieure à 100 ans.

Conditions initiales : Il est nécessaire de sélectionner une pompe à chaleur pour le chauffage et l'alimentation en eau chaude d'une maison cottage à deux étages d'une superficie de 200 m2 ; la température de l'eau dans le système de chauffage doit être de 35 °C ; température minimale du liquide de refroidissement – 0 °C. Les déperditions thermiques du bâtiment sont de 50W/m2. Le sol est argileux, sec.

Puissance thermique nécessaire pour le chauffage : 200*50=10 kW ;

Puissance thermique nécessaire pour le chauffage et la fourniture d'eau chaude : 200*50*1,25=12,5 kW

Pour chauffer le bâtiment, une pompe à chaleur WW H R P C 12 d'une puissance de 14,79 kW (la taille standard la plus proche la plus proche) a été sélectionnée, qui consomme 3,44 kW de fréon pour le chauffage. L'évacuation de la chaleur de la couche superficielle du sol (argile sèche) q est égale à 20 W/m. On calcule :

1) la puissance thermique requise du collecteur Qo = 14,79 – 3,44 = 11,35 kW ;

2) longueur totale de canalisation L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567,5 m Pour organiser un tel collecteur, il faudra 6 circuits de 100 m de long ;

3) avec un pas de pose de 0,75 m, la superficie requise du chantier est A = 600 x 0,75 = 450 m2 ;

4) consommation totale de solution glycolée (25%)

Vs = 11,35 3600/ (1,05 3,7 dt) = 3,506 m3/h,

dt est la différence de température entre l'aller et le retour, souvent prise égale à 3 K. Le débit par circuit est de 0,584 m3/h. Pour installer le collecteur, nous sélectionnons un tuyau métal-plastique de taille 32 (par exemple PE32x2). La perte de pression y sera de 45 Pa/m ; la résistance d'un circuit est d'environ 7 kPa ; vitesse d'écoulement du liquide de refroidissement – 0,3 m/s.

L’évacuation de la chaleur de chaque mètre de canalisation dépend de nombreux paramètres : profondeur de pose, présence d’eau souterraine, qualité du sol, etc. À titre indicatif, on peut supposer que pour les capteurs horizontaux, elle 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. Dans les calculs, la différence de température du liquide de refroidissement dans les conduites aller et retour de la boucle est généralement estimée à 3 °C. Aucun bâtiment ne doit être construit au-dessus du capteur afin que la chaleur de la terre soit reconstituée par le 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 primaire. Dans les calculs, il convient de tenir compte du fait que sa capacité thermique à une température de 0 °C est de 3,7 kJ/(kg K) et que sa densité est de 1,05 g/cm3. Lors de l'utilisation d'antigel, la perte de pression dans les canalisations est 1,5 fois supérieure à celle lors de la circulation de l'eau. Pour calculer les paramètres du circuit primaire d'une installation de pompe à chaleur, vous devrez déterminer la consommation d'antigel :

où t est la différence de température entre les conduites d'alimentation et de retour, qui est souvent prise égale à 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 :

La longueur totale des tuyaux collecteurs L et la superficie totale de la zone A correspondante sont calculées à l'aide des formules :

Ici, q est l'évacuation de chaleur spécifique (à partir de 1 m de tuyau) ; da – distance entre les tuyaux (pas de pose).

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 celui-ci est rempli de mortier de ciment. En moyenne, l'évacuation de chaleur 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 ;

* sols rocheux et roches sédimentaires saturées d'eau – 50 W/m ;

* pierres 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 s'élève à environ +10 °C. La distance entre les puits doit être supérieure à 5 m. En présence d'écoulements souterrains, les puits doivent être situés sur une ligne perpendiculaire à l'écoulement. Le choix des diamètres de tuyaux est effectué en fonction des pertes de charge pour le débit de liquide de refroidissement requis. Le calcul du débit de liquide peut être effectué pour t = 5 °C. Exemple de calcul. Les données initiales sont les mêmes que dans le calcul ci-dessus d'un réservoir horizontal. Avec une évacuation de chaleur spécifique de la sonde de 50 W/m et une puissance requise de 11,35 kW, la longueur de la sonde L doit être de 225 m. Pour installer le collecteur, il est nécessaire de forer trois puits d'une profondeur de 75 m. . Dans chacun d'eux, nous plaçons deux boucles d'un tuyau métal-plastique de taille 25 (PE25x2 .0); au total - 6 circuits de 150 m chacun.

Le débit total du liquide de refroidissement à t = 5 °C sera de 2,1 m3/h ; le débit à travers un circuit est de 0,35 m3/h. Les circuits auront les caractéristiques hydrauliques suivantes : perte de charge dans la canalisation – 96 Pa/m (liquide de refroidissement – solution glycolée à 25 %) ; résistance de boucle – 14,4 kPa ; vitesse d'écoulement – 0,3 m/s.

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Pompes à chaleur. Calcul, sélection du matériel, installation.

4.1. Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

L’utilisation de sources d’énergie alternatives respectueuses de l’environnement peut empêcher la crise énergétique qui se prépare en Ukraine. Parallèlement à la recherche et au développement de sources traditionnelles (gaz, pétrole), une direction prometteuse est l'utilisation de l'énergie accumulée dans les réservoirs, les sols, les sources géothermiques, les émissions technologiques (air, eau, eaux usées, etc.). Cependant, la température de ces sources est assez basse (0 à 25 °C) et pour leur utilisation efficace, il est nécessaire de transférer cette énergie à un niveau de température plus élevé (50 à 90 °C). Cette transformation est réalisée par les pompes à chaleur (TH), qui sont essentiellement des machines frigorifiques à compression de vapeur (Fig. 4.1).

Une source basse température (LT) chauffe l'évaporateur (3), dans lequel le réfrigérant bout à une température de –10 °C…+5 °C. Ensuite, la chaleur transférée au réfrigérant est transférée par le cycle classique de compression de vapeur au condenseur (4), d'où elle est fournie au consommateur (HTP) à un niveau supérieur.

Les pompes à chaleur sont utilisées dans diverses industries, secteurs résidentiels et publics. Actuellement, plus de 10 millions de pompes à chaleur de différentes capacités sont en service dans le monde : de la dizaine de kilowatts au mégawatt. Chaque année, la flotte TN est reconstituée d'environ 1 million d'unités. Ainsi, à Stockholm, une station de pompe à chaleur d'une capacité de 320 MW, utilisant de l'eau de mer à une température de +4°C en hiver, fournit de la chaleur à toute la ville. En 2004, la capacité installée des pompes à chaleur en Europe était de 4 531 MW, et l'équivalent de 1,81 milliard de m 3 de gaz naturel était produit par les pompes à chaleur dans le monde. Les pompes à chaleur utilisant la géothermie et les eaux souterraines sont économes en énergie. Aux États-Unis, la législation fédérale a approuvé les exigences relatives à l'utilisation obligatoire de pompes à chaleur géothermiques (GHP) dans la construction de nouveaux bâtiments publics. En Suède, 50 % du chauffage est assuré par des pompes à chaleur géothermiques. D’ici 2020, le Comité mondial de l’énergie prévoit que la part des pompes à chaleur géothermiques atteindra 75 %. La durée de vie de l'unité de turbine à gaz est de 25 à 50 ans. Les perspectives d'utilisation des pompes à chaleur en Ukraine sont présentées dans.

Les pompes à chaleur sont réparties selon le principe de fonctionnement (compresseur, absorption) et le type de chaîne de transfert de chaleur « source-consommateur ». On distingue les types de pompes à chaleur suivants : air-air, air-eau, eau-air, eau-eau, sol-air, sol-eau, où la source de chaleur est indiqué en premier. Si seule une pompe à chaleur est utilisée pour le chauffage, le système est dit monovalent. Si, en plus de la pompe à chaleur, une autre source de chaleur est connectée, fonctionnant séparément ou en parallèle avec la pompe à chaleur, le système est dit bivalent.

Riz. 4.1. Schéma pompe à chaleur hydraulique :

1 – compresseur ; 2 – source de chaleur de faible niveau (LHS) ; 3 – évaporateur pompe à chaleur ;

4 – condenseur de pompe à chaleur ; 5 – consommateur de chaleur de haut niveau (HLH) ;

6 – échangeur de chaleur basse température ; 7 – régulateur de débit de réfrigérant ;

8 – échangeur de chaleur haute température

Une pompe à chaleur dotée de tuyauteries hydrauliques (pompes à eau, échangeurs de chaleur, vannes d'arrêt, etc.) est appelée installation de pompe à chaleur. Si le fluide refroidi dans l'évaporateur est le même que le fluide chauffé dans le condenseur (eau-eau, air-air), alors en modifiant les débits de ces fluides, il est possible de changer le mode HP en sens inverse (refroidissement vers chauffage et vice versa). Si les milieux sont des gaz, alors un tel changement de régime est appelé cycle pneumatique réversible, s'il s'agit de liquides, un cycle hydraulique réversible (Fig. 4.2).

Riz. 4.2. Schéma d'une pompe à chaleur à cycle hydraulique réversible

Dans le cas où la réversibilité du cycle est obtenue en changeant le sens du fluide frigorigène à l'aide d'une vanne de réversibilité de cycle, le terme « pompe à chaleur fonctionnant dans un cycle frigorifique réversible » est utilisé.

4.2. Sources de chaleur de faible qualité

4.2.1. Source à faible potentiel – air

Riz. 4.3. Schéma pompe à chaleur air-eau

Les pompes à chaleur air-eau sont largement utilisées dans les systèmes de climatisation. L'air extérieur est soufflé à travers l'évaporateur et la chaleur extraite du condenseur chauffe l'eau utilisée pour le chauffage intérieur (Figure 4.3).

L'avantage de tels systèmes est la disponibilité d'une source de chaleur de faible qualité (air). Cependant, la température de l’air varie dans une large plage, atteignant des valeurs négatives. Dans ce cas, l’efficacité de la pompe à chaleur est fortement réduite. Ainsi, une variation de la température de l'air extérieur de 7 °C à moins 10 °C entraîne une diminution des performances de la pompe à chaleur de 1,5 à 2 fois.

Pour alimenter en eau les pompes à chaleur des pièces chauffées, des échangeurs de chaleur y sont installés, appelés « ventilo-convecteurs » dans la littérature. L'eau est fournie aux ventilo-convecteurs par un système hydraulique - une station de pompage (Fig. 4.4).

Riz. 4.4. Schéma de la station de pompage :

P – manomètres ; RB – vase d'expansion ; AB – réservoir de stockage ; RP – interrupteur de débit ; N – pompe ;

BC – vanne d'équilibrage ; F – filtre ; OK – clapet anti-retour ; B – soupape ; T – thermomètre ;

PC – soupape de sécurité ; TP – échangeur de chaleur fréon-liquide ; ТХК – vanne à trois voies ; KPV – vanne de réapprovisionnement en liquide ; KPV – vanne d'appoint d'air ; KVV – soupape de décharge d'air

Pour augmenter la précision du maintien de la température ambiante et réduire l'inertie, des réservoirs de stockage sont installés dans le système hydraulique. La capacité du réservoir de stockage peut être déterminée par la formule :

où est la capacité de refroidissement du HP, kW ;

– volume des locaux réfrigérés, m 3 ;

– quantité d'eau dans le système, l ;

Z – nombre d'étages de puissance HP.

Si V AB s'avère négatif, alors le ballon de stockage n'est pas installé.

Pour compenser la dilatation thermique de l'eau, des vases d'expansion sont installés dans le système hydraulique. Des vases d'expansion sont installés du côté aspiration de la pompe. Le volume du vase d'expansion est déterminé par la formule :

où V syst est le volume du système, l ;

k – coefficient de dilatation volumétrique du liquide (eau 3,7·10 -4, antigel (4,0–5,5)·10 -4) ;

ΔT – différence de température du liquide (lors du fonctionnement uniquement en mode refroidissement)

ΔT = t ambiant – 4 °С ; en fonctionnement en mode pompe à chaleur ΔT=60 °C – 4 °C = 56 °C) ;

P pré-réglage de la soupape de sécurité.

La pression dans le système (P syst) dépend de la position relative de la station de pompage et du consommateur final (ventilo-convecteur). Si la station de pompage est située en dessous du consommateur final, la pression (P syst) est déterminée comme la différence de hauteur maximale (en bar) plus 0,3 bar. Si la station de pompage est située au dessus de tous les consommateurs, alors P syst = 1,5 bar.

Le vase d'expansion est pré-pompé avec de l'air à une pression inférieure de 0,1 à 0,3 bar à celle calculée et, après l'installation, la pression est ramenée à la normale.

La conception des vases d'expansion est illustrée à la Fig. 4.5.

Pompes à chaleur

Source : IVIK.ua4.1. Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur L'utilisation de sources d'énergie alternatives respectueuses de l'environnement peut empêcher la crise énergétique imminente en Ukraine. Parallèlement à la recherche et au développement de sources traditionnelles (gaz, pétrole), une direction prometteuse est l'utilisation de l'énergie accumulée dans les réservoirs, les sols, les sources géothermiques, les émissions technologiques (air, eau, eaux usées, etc.). Cependant, la température de ces sources est assez basse (0–25 °C) et...

Chauffage de la maison. Schéma de chauffage d'une maison avec pompe à chaleur

Cet article décrit les options de chauffage domestique et d'approvisionnement en eau chaude utilisant une pompe à chaleur, un capteur solaire et un générateur de chaleur par 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 à l'aide d'une pompe à chaleur est indiqué.

Pompe à chaleur. Conception du chauffage domestique

Pour comprendre son principe de fonctionnement, vous pouvez examiner un réfrigérateur ou un climatiseur domestique ordinaire.

Les pompes à chaleur modernes utilisent pour leur fonctionnement des sources de chaleur à faible potentiel telles que le sol, les eaux souterraines et l'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 « pompe » la chaleur de l'air de la pièce et la rejette sur le radiateur, mais situé à l'extérieur. Dans le même temps, à la chaleur « aspirée » de la pièce, on ajoute davantage de chaleur, dans laquelle l'énergie électrique consommée par le moteur électrique du climatiseur a été convertie.

Le nombre exprimant le rapport entre l’énergie thermique générée par une pompe à chaleur (climatiseur ou réfrigérateur) et l’énergie électrique qu’elle consomme est appelé « coefficient de chauffage » par les experts en pompes à chaleur. Dans les meilleures pompes à chaleur, le coefficient de chauffage atteint 3-4. Autrement dit, pour chaque kilowattheure d'électricité consommé par un moteur électrique, 3 à 4 kilowattheures d'énergie thermique sont générés. (Un kilowattheure correspond à 860 kilocalories.) Ce facteur de conversion (coefficient 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 extrait cette énergie thermique de l’air extérieur et les grandes pompes à chaleur « pompent » cette chaleur supplémentaire, généralement à partir d’un réservoir/de la nappe phréatique ou du sol.

Bien que la température de ces sources soit bien inférieure à la température de l’air dans la maison chauffée, la pompe à chaleur convertit cette chaleur à basse température provenant du sol ou de l’eau en chaleur à haute température nécessaire au chauffage de la maison. C’est pourquoi les pompes à chaleur sont également appelées « transformateurs de chaleur ». (voir processus de transformation ci-dessous)

Note: Les pompes à chaleur réchauffent non seulement les maisons, mais refroidissent également l’eau de la rivière d’où 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 à la vie des organismes vivants et des poissons qui y vivent. Plus la température de l’eau est basse, plus l’oxygène nécessaire aux poissons peut s’y dissoudre. Dans l'eau chaude, les poissons étouffent et dans l'eau froide, ils sont heureux. Les pompes à chaleur sont donc très prometteuses pour sauver l'environnement de la « pollution thermique ».

Mais installer un système de chauffage par pompes à chaleur reste encore trop coûteux car cela nécessite beaucoup de fouilles et des consommables, comme des tuyaux pour créer un collecteur/échangeur de chaleur.

Il convient également de rappeler que les pompes à chaleur, comme les réfrigérateurs conventionnels, utilisent un compresseur qui comprime le fluide de travail - l'ammoniac ou le fréon. Les pompes à chaleur fonctionnent mieux avec le fréon, mais l'utilisation du fréon est déjà 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.

Pourtant, il me semble que l’avenir appartient aux pompes à chaleur. Mais personne ne les 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 extraits et à qui les vendre. Comment pouvons-nous 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 à l'aide d'une pompe à chaleur

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

La source de chaleur de faible qualité 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 les eaux souterraines (plus supérieure à 10°C), eaux de lacs et de rivières (0-10°C), sols superficiels (0-10°C) et profonds (plus de 20 m) (10°C). Aux Pays-Bas, par exemple, dans la ville de Heerlen, une mine inondée est utilisée à cet effet. L'eau qui remplit l'ancienne mine à un niveau de 700 mètres a une température constante de 32°C.

Si l'air atmosphérique ou de ventilation est utilisé 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 à l'aide d'un ventilateur.

Si l'eau souterraine est utilisée comme source de chaleur, le système fonctionne selon le schéma « eau-eau ». L'eau est acheminée du puits à l'aide d'une pompe vers 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. De l'antigel ou de l'antigel peut être utilisé comme liquide de refroidissement intermédiaire. Si un plan d'eau agit comme source d'énergie, une boucle de tuyau métal-plastique ou plastique est placée à son fond. Une solution de glycol (antigel) ou d'antigel circule dans la canalisation, qui transfère la chaleur au fréon via 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 « eaux souterraines ». Il existe deux options possibles pour la conception du collecteur : verticale et horizontale.

Lorsque le collecteur est situé horizontalement, les tuyaux métal-plastique sont posés dans des tranchées de 1,2 à 1,5 m de profondeur ou sous forme de spirales dans des tranchées de 2 à 4 m de profondeur. Cette méthode de pose peut réduire considérablement la longueur des tranchées.

Schéma d'une pompe à chaleur avec capteur horizontal avec pose de tuyaux 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 d'une 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.

Lorsque le collecteur est situé verticalement, les tuyaux sont posés dans des puits verticaux jusqu'à une profondeur de 20 à 100 m.

Schéma de la sonde verticale

Photo de la sonde dans la baie

Installer une sonde dans un puits

Calcul d'un capteur pompe à chaleur horizontale

Calcul d'un capteur de pompe à chaleur horizontale.

q - évacuation de la chaleur spécifique (à partir d'un tuyau de 1 m).

sable sec - 10 W/m,
argile sèche - 20 W/m,
argile humide - 25 W/m,
argile à haute teneur en eau - 35 W/m.

Une différence de température d'eau apparaît entre les boucles directe et retour du collecteur.

Habituellement, pour le calcul, elle est prise égale à 3°C. L'inconvénient de ce système est qu'il n'est pas conseillé d'ériger des bâtiments au-dessus du capteur afin que la chaleur de la terre soit reconstituée grâce au 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 Eco-maison. Apport de chaleur pour une éco-maison.

On pense que pour chauffer une maison avec une hauteur sous plafond de 3 m, il faut consommer 1 kW. Énergie thermique par surface de 10 m2. Avec une superficie de maison de 10x10m = 100 m2, 10 kW d'énergie thermique sont nécessaires.

Lors de l'utilisation de planchers chauffants, la température du liquide de refroidissement dans le système doit être de 35 °C et la température minimale du liquide de refroidissement doit être de 0 °C.

Tableau 1. Données de la pompe à chaleur Thermia Villa.

Pour chauffer le bâtiment, il faut choisir une pompe à chaleur d'une puissance de 15,6 kW (la plus grande taille standard la plus proche), qui consomme 5 kW pour faire fonctionner 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.

Calculons la puissance du collecteur thermique :

Qo est la puissance du collecteur thermique, kW ;

Qwp - puissance de la pompe à chaleur, kW ;

P - puissance électrique du compresseur, kW.

La puissance thermique requise du collecteur sera :

Déterminons maintenant la longueur totale des tuyaux :

L=Qo/q, où q est l'évacuation de chaleur spécifique (à partir de 1 m de tuyau en cours d'exécution), en kW/m.

L=10,6/0,025 = 424 m.

Pour organiser un tel collecteur, vous aurez besoin de 5 circuits de 100 m de long chacun. Sur cette base, nous déterminerons la superficie requise du site pour la pose du circuit.

A=Lхda, où da est la distance entre les tuyaux (pas de pose), m.

Avec un pas de pose de 0,75 m, la superficie requise du chantier sera :

Calcul du collecteur vertical

Lors du choix d'un collecteur vertical, des puits sont forés à une profondeur de 20 à 100 m. Des tuyaux métal-plastique ou plastique en forme de U y sont immergés. Pour ce faire, deux boucles sont insérées dans un puits et remplies de mortier de ciment. L’évacuation de chaleur spécifique d’un tel capteur est de 50 W/m.

Pour des calculs plus précis, utilisez les données suivantes :

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.

À 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 écoulements souterrains dans le sol, alors les puits doivent être forés perpendiculairement au flux.

Ainsi, avec une évacuation de chaleur spécifique d'un capteur vertical de 50 W/m et une puissance requise de 10,6 kW, la longueur de tuyau L doit être de 212 m.

Pour installer un collecteur, il est nécessaire de forer trois puits d'une profondeur de 75 m. Dans chacun d'eux, nous plaçons au total deux boucles de tuyaux métal-plastique - 6 boucles de 150 m chacune.

Fonctionnement de la pompe à chaleur en cas de fonctionnement selon le schéma « Eau souterraine »

Le pipeline est posé dans le sol. Lorsqu'un liquide de refroidissement y est pompé, ce dernier se réchauffe 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 transfère toute la chaleur au circuit interne de la pompe à chaleur.

Le réfrigérant sous pression est 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 réfrigérant a un point d’ébullition bas et donc lorsque la pression dans l’évaporateur chute fortement, il passe d’un liquide à un gaz à basse température.

Après l'évaporateur, le gaz réfrigérant entre dans le compresseur et est comprimé par le compresseur. En même temps, il s’échauffe et sa pression augmente. Le réfrigérant chaud pénètre dans le condenseur, où un échange de chaleur se produit entre lui et le liquide de refroidissement provenant de la canalisation de retour. En cédant sa chaleur, le réfrigérant se refroidit et passe à l'état liquide. Le liquide de refroidissement pénètre dans le système de chauffage et, une fois refroidi, transfère sa chaleur à la pièce. Lorsque le réfrigérant passe à travers le réducteur de pression, sa pression chute et il retourne à la phase liquide. Après cela, le cycle se répète.

Pendant la saison froide, la pompe à chaleur fonctionne comme un appareil de chauffage et par temps chaud, elle peut être utilisée pour refroidir la pièce (dans ce cas, la pompe à chaleur ne chauffe pas, mais refroidit le liquide de refroidissement - l'eau. Et l'eau réfrigérée, dans tour à tour, peut être utilisé pour refroidir l’air de la pièce).

De manière générale, une pompe à chaleur est une machine de Carnot fonctionnant en sens inverse. Le réfrigérateur pompe la chaleur du volume refroidi vers l’air ambiant. Si vous placez un réfrigérateur à l'extérieur, 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 cette manière simple.

Cependant, comme le montre la pratique, une pompe à chaleur à elle seule ne suffit pas à alimenter une maison en chaleur et en eau chaude. J'ose proposer quel est, à mon avis, le schéma optimal de chauffage et d'approvisionnement en eau chaude pour la maison.

Schéma proposé pour l'approvisionnement de 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 – unité de circulation du système solaire ; 7 – radiateur de chauffage ; 8 – circuit d'alimentation en eau chaude ; 9 – système de chauffage « plancher chaud ».

Ce schéma implique l'utilisation simultanée de trois sources de chaleur. Le rôle principal est joué par un générateur de chaleur (1), une pompe à chaleur (4) et un capteur solaire (2), qui servent d'éléments auxiliaires et contribuent à réduire le coût de l'électricité consommée et, par conséquent, à augmenter efficacité du chauffage. L'utilisation simultanée de trois sources de chauffage élimine presque totalement le risque de gel du système.

Après tout, la probabilité de panne simultanée du générateur de chaleur, de la pompe à chaleur et du capteur solaire est négligeable. Le schéma montre deux options pour chauffer les pièces : radiateurs (7) et « sol chaud » (9). Cela ne signifie pas que vous devez utiliser les deux options, mais illustre simplement la possibilité d'utiliser à la fois l'une et l'autre.

Principe de fonctionnement du circuit de chauffage

Le générateur de chaleur (1) alimente en eau chauffée la chaudière (3) et un circuit constitué de radiateurs de chauffage (7). La chaudière reçoit également du liquide de refroidissement chauffé provenant de la pompe à chaleur (4) et du capteur solaire (2). Une partie de l'eau chauffée par la pompe à chaleur est également envoyée à l'entrée du générateur de chaleur. En 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 acheminée vers le circuit du système « plancher chaud » (9) et le circuit d'alimentation en eau chaude (8).

Bien entendu, l’efficacité de ce système sera différente selon les latitudes. Après tout, le capteur solaire sera plus efficace 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 comme nos étés sont assez chauds et que nous pouvons difficilement imaginer notre vie sans climatisation, la pompe à chaleur est censée être allumée en mode refroidissement. Naturellement, la canalisation allant de la pompe à chaleur à la chaudière sera bloquée. Ainsi, le problème de l’approvisionnement en eau chaude ne devrait être résolu qu’à l’aide d’un système solaire. Et seulement si le système solaire ne peut pas faire face à cette tâche, utilisez un générateur de chaleur.

Comme vous pouvez le constater, le système est assez complexe et coûteux. Les coûts généraux approximatifs en fonction du schéma 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.

Les dépenses importantes comprendront l'achat de tuyaux et le paiement des travailleurs.

L'installation d'un capteur solaire plan (par exemple Vitosol 100-F et un chauffe-eau de 300 l) coûtera 3 200 €.

Passons donc du simple au complexe. Tout d'abord, nous allons assembler un circuit de chauffage domestique simple basé sur un générateur de chaleur, le déboguer et y ajouter progressivement de nouveaux éléments qui nous permettront d'augmenter l'efficacité de l'installation.

Assemblons le système de chauffage selon le schéma suivant :

Schéma de chauffage d'une maison 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 reçu le schéma le plus simple pour chauffer une maison. J'ai partagé mes réflexions afin d'encourager les personnes proactives à développer des sources d'énergie alternatives. Si quelqu'un a des idées ou des objections à ce qui est 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 nous le voyons ici, le principal et unique élément qui chauffe le liquide de refroidissement est le générateur de chaleur. Bien que le circuit ne fournisse qu’une seule source de chauffage, il permet d’ajouter des appareils de chauffage supplémentaires. Pour ce faire, on suppose qu'une chaudière à chauffage indirect est utilisée avec la possibilité d'ajouter ou de supprimer des échangeurs de chaleur.

L'utilisation de radiateurs de chauffage disponibles dans le schéma présenté dans la figure 1 ci-dessus n'est pas prévue. Comme vous le savez, le système « plancher chaud » s'acquitte plus efficacement de la tâche de chauffer les pièces et vous permet d'économiser de l'énergie.

Chauffage de la maison

Cet article décrit les options de chauffage domestique et d'approvisionnement en eau chaude utilisant une pompe à chaleur, un capteur solaire et un générateur de chaleur par cavitation.

Pompe à chaleur. Conception du chauffage domestique

Pour comprendre son principe de fonctionnement, vous pouvez examiner un réfrigérateur ou un climatiseur domestique ordinaire.

Les pompes à chaleur modernes sont utilisées 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 « pompe » la chaleur de l'air de la pièce et la rejette sur le radiateur, mais situé à l'extérieur. Dans le même temps, à la chaleur « aspirée » de la pièce, on ajoute davantage de chaleur, dans laquelle l'énergie électrique consommée par le moteur électrique du climatiseur a été convertie.

Bien que la température de ces sources soit bien inférieure à la température de l'air dans la maison chauffée, la pompe à chaleur convertit cette chaleur à basse température du sol ou de l'eau en haute température nécessaire pour chauffer la maison. C’est pourquoi les pompes à chaleur sont également appelées « transformateurs de chaleur ». (voir processus de transformation ci-dessous)

Note: Les pompes à chaleur réchauffent non seulement les maisons, mais refroidissent également l’eau de la rivière d’où 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 à la vie des organismes vivants et des poissons qui y vivent. Plus la température de l’eau est basse, plus l’oxygène nécessaire aux poissons peut s’y dissoudre. Dans l'eau chaude, les poissons étouffent et dans l'eau froide, ils sont heureux. Par conséquent, les pompes à chaleur sont très prometteuses pour sauver l'environnement de ". pollution thermique".

Pourtant, il me semble que l’avenir appartient aux pompes à chaleur. Mais personne ne les produit encore en masse. Pourquoi? Pas difficile à deviner.

Schéma de principe du chauffage d'une maison à l'aide d'une pompe à chaleur

Principe de fonctionnement d'une pompe à chaleur

Lorsque le collecteur est situé horizontalement, les tuyaux métal-plastique sont posés dans des tranchées de 1,2 à 1,5 m de profondeur ou sous forme de spirales dans des tranchées de 2 à 4 m de profondeur. Cette méthode de pose peut réduire considérablement la longueur des tranchées.

Schéma d'une pompe à chaleur avec capteur horizontal avec pose de tuyaux 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.

Lorsque le collecteur est situé verticalement, les tuyaux sont posés dans des puits verticaux jusqu'à une profondeur de 20 à 100 m.

Schéma de la sonde verticale

Photo de la sonde dans la baie

Installer une sonde dans un puits

Calcul d'un capteur pompe à chaleur horizontale

Calcul d'un capteur de pompe à chaleur horizontale.

q - évacuation de la chaleur spécifique (à partir d'un tuyau de 1 m).

sable sec - 10 W/m,
argile sèche - 20 W/m,
argile humide - 25 W/m,
argile à haute teneur en eau - 35 W/m.

Une différence de température d'eau apparaît entre les boucles directe et retour du collecteur.

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.

Tableau 1. Données de la pompe à chaleur Thermia Villa.

Calculons la puissance du collecteur thermique :

Qo=Qwp-P, où

Qo- puissance du collecteur thermique, kW ;

Qwp- puissance de la pompe à chaleur, kW ;

P- puissance électrique du compresseur, kW.

La puissance thermique requise du collecteur sera :

Qo=15,6-5=10,6 kW ;

Déterminons maintenant la longueur totale des tuyaux :

L=Qo/q, où q est l'évacuation de chaleur spécifique (à partir de 1 m de tuyau en cours d'exécution), en kW/m.

L=10,6/0,025 = 424 m.

Pour organiser un tel collecteur, vous aurez besoin de 5 circuits de 100 m de long chacun. Sur cette base, nous déterminerons la superficie requise du site pour la pose du circuit.

A=Lхda, où da est la distance entre les tuyaux (pas de pose), m.

Avec un pas de pose de 0,75 m, la superficie requise du chantier sera :

A=500x0,75=375 m2.

Calcul du collecteur vertical

Lors du choix d'un collecteur vertical, des puits sont forés à une profondeur de 20 à 100 m. Des tuyaux métal-plastique ou plastique en forme de U y sont immergés. Pour ce faire, deux boucles sont insérées dans un puits et remplies de mortier de ciment. Évacuation de chaleur spécifique d'un tel collecteur est de 50 W/m.

Pour des calculs plus précis, utilisez les données suivantes :

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.

Exemple: L=Qo/q=10,6/0,05=212 m.

Ainsi, avec une évacuation de chaleur spécifique d'un capteur vertical de 50 W/m et une puissance requise de 10,6 kW, la longueur de tuyau L doit être de 212 m.

Fonctionnement de la pompe à chaleur en cas de fonctionnement selon le schéma « Eau souterraine »

Après l'évaporateur, le gaz réfrigérant entre dans le compresseur et est comprimé par le compresseur. En même temps, il s’échauffe et sa pression augmente. Le réfrigérant chaud pénètre dans le condenseur, où un échange de chaleur se produit entre lui et le liquide de refroidissement provenant de la canalisation de retour. En cédant sa chaleur, le réfrigérant se refroidit et passe à l'état liquide. Le liquide de refroidissement pénètre dans le système de chauffage et, une fois refroidi, transfère sa chaleur à la pièce. Lorsque le réfrigérant passe à travers détendeur,sa pression chute et il repasse en phase liquide. Après cela, le cycle se répète.

Schéma proposé pour l'approvisionnement de 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 - unité de circulation du système solaire ; 7 - radiateur de chauffage ; 8 - circuit d'alimentation en eau chaude ; 9 - système de chauffage « plancher chaud ».

Ce schéma implique l'utilisation simultanée de trois sources de chaleur. Le rôle principal 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 gel du système.

Principe de fonctionnement du circuit de chauffage

Comme vous pouvez le constater, le système est assez complexe et coûteux. Les coûts généraux approximatifs en fonction du schéma 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.

Les dépenses importantes comprendront l'achat de tuyaux et le paiement des travailleurs.

L'installation d'un capteur solaire plan (par exemple Vitosol 100-F et un chauffe-eau de 300 l) coûtera 3 200 €.

Assemblons le système de chauffage selon le schéma suivant :

Schéma de chauffage d'une maison 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.

Attention : les prix sont valables pour 2009.

Une thermopompe géothermique est le moyen le plus économique de chauffer et de climatiser un bâtiment. Le coût d’une pompe à chaleur est élevé, mais continue de diminuer à mesure que la demande augmente. Ce système est idéal pour installer des planchers chauffants ou des radiateurs de chauffage conçus pour de basses températures de liquide de refroidissement. Lors de sa conception, l'essentiel est de choisir la puissance optimale. Dans le dernier article, nous avons examiné l'auto-assemblage d'une pompe à chaleur. Cependant, pour la plupart des gens, des informations plus importantes seront de savoir comment choisir une pompe à chaleur, combien cela coûte-t-elle et que faut-il prendre en compte ?

Calcul de la puissance d'une pompe à chaleur

Lors du choix des équipements, il est nécessaire de prendre en compte les déperditions thermiques de la maison. Mais cela n’est pas toujours possible ou très coûteux, et l’achat d’une pompe à chaleur avec une grande réserve de puissance coûte très cher. Il est donc nécessaire de disposer d’une source de chaleur d’appoint en cas de fortes gelées (par exemple une chaudière à bois). Cela vous permettra de choisir une pompe à chaleur d’une puissance inférieure d’un tiers à celle nécessaire pour compenser les déperditions thermiques par temps les plus froids. Cet équipement peut fonctionner selon trois modes :monoélectrique, monovalent et bivalent . Le choix du mode dépend du niveau de consommation.

Comment calculer la consommation de chaleur en fonction de la zone

Il est nécessaire de prendre des mesures pour isoler le bâtiment et réduire les pertes de chaleur à 40-80 W/m². Ensuite, pour un calcul ultérieur, nous accepterons les données suivantes.

Une maison sans isolation thermique nécessite 120 W/m² pour le chauffage.
Idem pour un bâtiment avec une isolation thermique normale – 80 W/m².
Immeuble neuf avec une bonne isolation thermique - environ 50 W/m².
Maison avec technologies d'économie d'énergie – 40 W/m².
Avec consommation d'énergie passive – 10 W/m².

Nous donnons un calcul approximatif d'une pompe à chaleur, avec lequel vous pouvez déterminer comment choisir une pompe à chaleur. Supposons que la superficie totale de toutes les pièces chauffées de la maison soit de 180 m². L'isolation thermique est bonne et la consommation thermique est d'environ 9 kW. La perte de chaleur sera alors : 180 × 50 = 9000 W. Une coupure de courant temporaire est prise en compte comme 3 × 2 = 6 heures, mais nous ne prendrons pas en compte 2 heures, le bâtiment étant inerte. On obtient le chiffre final : 9000 W × 24 heures = 216 kW heure. Alors 216 kW heure / (18 heures + 2 heures) = 10,8 kW.
Ainsi, pour chauffer cette maison, il est nécessaire d'installer une pompe à chaleur de 10,8 kW. Pour simplifier le calcul, vous devez ajouter 20 % à la valeur de perte de chaleur (c'est-à-dire augmenter 9 000 W de 20 %). Mais cela ne prend pas en compte le coût du chauffage de l’eau pour répondre aux besoins domestiques.

Comptabilisation de la consommation d'énergie pour le chauffage de l'eau

Pour déterminer la pleine puissance de la pompe, on ajoute la consommation d'énergie pour chauffer l'eau (jusqu'à t = 45 ˚C) à raison de 50 litres par jour et par personne. Ainsi, pour quatre personnes, cela équivaudrait à 0,35 x 4 = 1,4 kW. D'où la puissance totale : 10,8 kW + 1,4 kW = 12,4 kW.

Dépendance de la puissance sur le mode de fonctionnement

Calcul du dépôt thermique doit être effectué en tenant compte du mode de fonctionnement.

Monovalent Le mode implique l'utilisation de cet équipement sans équipement auxiliaire (comme le seul). Pour déterminer la charge thermique totale, vous devez prendre en compte les coûts de compensation des coupures de courant d'urgence (maximum - pendant 2 heures, 3 fois par jour).
Monoénergétiquemode : il utilise un deuxième générateur de chaleur dont le fonctionnement utilise le même type d'énergie (électricité). Il est connecté au système s'il est nécessaire d'augmenter la température du liquide de refroidissement. Cela peut être fait automatiquement (l'installation d'une pompe à chaleur comprend également l'installation de capteurs de surveillance de la température et d'équipements de contrôle) ou manuellement. Mais même dans des conditions hivernales rigoureuses, les journées froides sont moins nombreuses et le générateur de chaleur supplémentaire ne doit pas être activé souvent. Mais une telle organisation du chauffage permet d'économiser sur le matériel : une pompe à chaleur 30 % moins puissante est moins chère, mais elle suffira à fournir de la chaleur pendant 90 % de la période de chauffage.
Avec bivalent En mode PAC, la pompe à chaleur est assistée par une chaudière à gaz ou à combustible liquide. Le processus est contrôlé par un processeur qui reçoit les informations des capteurs de température. Un tel équipement peut être installé en complément (lors de la reconstruction du bâtiment) à celui existant.

Aperçu du marché des pompes à chaleur

Il existe aujourd’hui différents types d’équipements sur le marché. A noter les pompes à chaleur géothermiques de l'entreprise autrichienne OCHSNER : ils sont améliorés par le constructeur depuis 35 ans. Marque bien établie Waterkotte : les chaudières avec revêtement extérieur de cette marque ont la productivité la plus élevée. Parmi les équipements russes, on peut souligner ceux produits sous la marque « HENK."
Pour mieux imaginer les dépenses à venir, nous indiquerons le coût de l'équipement principal et de son installation.

1. Pompe à chaleur avec sonde de terre :

travaux de forage – 6 mille euros ;
prix de la pompe à chaleur – 6 mille euros ;
frais d'électricité (par an) – 400 euros.

2. Avec collecteur horizontal :

le coût de la pompe elle-même est d'environ 6 mille euros ;
les travaux de forage nécessiteront 3 mille euros ;
frais d'électricité – 450 euros pour la période de chauffage.

3. Pompe à chaleur à air :

prix à la pompe – 8 mille euros ;
travaux d'installation – 500 euros;
électricité – 600 euros.

4. Pompe eau-eau :

la pompe peut être achetée pour 6 000 euros ;
forage de puits – 4 mille euros;
frais d'électricité (par an) – 360 euros.

Il s'agit de données approximatives pour des équipements d'une puissance d'environ 6 à 8 kW. En fin de compte, tout dépend de nombreux facteurs (prix d'installation, profondeur de forage, pompe de puissance requise, etc.) et les coûts peuvent augmenter plusieurs fois. Mais en choisissant le chauffage par pompe à chaleur, le client a la possibilité de s'affranchir de la hausse des prix des caloporteurs traditionnels et de refuser les services des compagnies de chaleur et d'électricité.

Un aperçu de l’utilisation d’un système basé sur une pompe à chaleur peut être vu dans cette vidéo

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