Część pierwsza do przeczytania tutaj:

Wentylacja.biz
Klimatyzacja.biz
Chlodnictwo.biz

inż. Mariusz KOPKA

Identycznie jak w przypadku pionowego GWC („TCHiK”, nr 8/2016, s. 291-295) do wyznaczenia parametrów kolektora poziomego zestawionych w tabeli 2, wykorzystano model obliczeniowy oraz wytyczne technologii wykonania przygotowane na podstawie zaleceń Polskiej Organizacji Rozwoju Pomp Ciepła (PORT PC) oraz firmy Viessmann [1, 2]. Przykład obliczeniowy dotyczy sprężarkowej pompy ciepła o współczynniku efektywności grzewczej COP=3.

WYZNACZENIE PARAMETRÓW GEOMETRYCZNYCH POZIOMEGO GWC

Przed wyznaczeniem parametrów kolektora poziomego przyjęto następujące założenia:

• głębokość zabudowy hz= 1,2 m;
• średnica nominalna rur doprowadzających Dn,kp=0,02 m;
• średnica nominalna przewodów doprowadzających Dn,pd=0,032 m.

W pierwszym kroku wyznaczono obliczeniową powierzchnię działki na podstawie jednostkowej wydajności cieplnej odpowiadającej strukturze geologicznej gruntu [1]:

Następnie uwzględniając współczynnik korekcyjny zależny od czasu pracy sprężarkowej pompy ciepła

obliczono wymaganą powierzchnię kolektora poziomego:

Korzystając z tabeli 1, określono odstęp pomiędzy przewodami ep=0,5 m. Pozwoliło to na wyznaczenie łącznej długości rur kolektora poziomego:

_{Tabela 1. Odległości między sąsiadującymi przewodami kolektora poziomego GWC [2]}

Stosując się do zaleceń o maksymalnej długości odcinka przypadającego na pętlę GWC nie przekraczającej 100 m, obliczono liczbę kręgów rur kolektora poziomego:

Następnie określono dokładną długość wymiennika przypadającego na pojedynczą sekcję:

Kolejnym krokiem było obliczenie ilości zagięć rur w jednej pętli GWC zakładając, że długość odcinka prostego nie powinna przekraczać 5 m:

Znając liczbę kręgów rur wyznaczono łączną liczbę zagięć rur dla kolektora poziomego:

Posługując się średnicą nominalną kolektora poziomego i przewodu doprowadzającego określono ilość płynu potrzebną do napełnienia poziomego GWC.

W kolejnym kroku określono współczynnik zwymiarowania instalacji podany w tabeli 3 [3].

^{Tabela 2. Charakterystyka poziomego GWC dla nierewersyjnej i rewersyjnej pompy ciepła [opr.wł.]}

^{Tabela 3. Parametry poziomego GWC dla pompy ciepła pracującej w trybie grzania oraz w trybie chłodzenia aktywnego z uwzględnieniem wskaźnika WZI [opr.wł.]}

^{Tabela 4. Dane techniczne pompy obiegowej dla nierewersyjnej i rewersyjnej pompy ciepła [opr.wł.]}

_{Rys. 1. Zależność współczynnika zwymiarowania instalacji w funkcji współczynnika COP [opr.wł.]}

WZI = Awr/Aw = 965,06 m2 / 386,02 m2 = 2,5

Należy zauważyć, że współczynnik zwymiarowania instalacji w przypadku zastosowania poziomego lub pionowego GWC przyjmuje taką samą wartość.

OKREŚLENIE PARAMTERÓW POMPY OBIEGOWEJ OBIEGU PIERWOTNEGO

Wyznaczenie charakterystyk pomp obiegowych dla kolektora poziomego przedstawionych w tabeli 4 oparto na tym samym modelu obliczeniowym jak w przypadku pionowego GWC, uwzględniając różnicę w sposobie wyznaczenia liniowych i miejscowych strat ciśnienia w przewodach rozprowadzających wynikająca ze sposobu ułożenia wymiennika w gruncie.

Kolejnym krokiem było określenie miejscowych strat ciśnienia przy uwzględnieniu współczynnika oporów miejscowych dla rury polietylenowej wynoszącego ζ=0,42.

Suma oporów miejscowych została wyznaczona na podstawie łącznej liczby zagięć rur kolektora poziomego:

Przyjmując straty ciśnienia w parowniku sprężarkowej pompy ciepła zgodnie z jej charakterystyką określono całkowite opory hydrauliczne [4]:

Δp = 88409,3 Pa + 727,33 Pa + 4500 Pa = 93636,7 Pa

Uwzględniając lepkości kinematyczną czynnika niskozamarzającego we wcześniejszych obliczeniach przy wyznaczaniu rzeczywistej wysokości podnoszenia pompy ciepła oraz strumienia objętości przepływu czynnika niskozamarzajacego przez przewody doprowadzające pominięto współczynnik korekcyjny:

Kolejnym krokiem jest określenie mocy pompy obiegowej:

Na podstawie obliczonych parametrów dobrano pompę dla obiegu pierwotnego według następujących kryteriów:

• wysokość podnoszenia,
• strumień objętościowy roztworu glikolu propylenowego przepływającego przez przewody doprowadzające,
• maksymalny pobór mocy,
• średnica nominalna kołnierza.

W przypadku nierewersyjnej pompy ciepła zdecydowano się na urządzenie typu Wilo-Stratos 32/1-12. Z uwagi na większe opory hydrauliczne czynnika niskozamarzającego, jako pompę dla obiegu pierwotnego wybrano urządzenie Wilo Bac 40/126-1,5/2 [5], którego dane techniczne podano w tabeli 4 [5].

PODSUMOWANIE

Podobnie jak w pionowym GWC, prawidłowo zwymiarowany wymiennik poziomy daje gwarancję odpowiedniej regeneracji gruntu. Jeżeli warunek ten nie zostanie spełniony, wówczas prowadzi to do długotrwałego, mogącego sięgać kilku okresów grzewczych spadku temperatury czynnika niskozamarzającego. Odpowiednie wykonanie instalacji poziomego GWC opiera się na wyznaczeniu wymaganej powierzchni potrzebnej do ułożenia wymiennika oraz odległości w jakiej powinny znajdować się względem siebie pętle rur.

Dobór pompy obiegowej zapewniającej przepływ czynnika niskozamarzającego pomiędzy wymiennikiem gruntowym a parownikiem ma bardzo duży wpływ na prawidłową pracę sprężarkowej pompy ciepła. Za mała moc pompy obiegowej powoduje spadek efektywności poboru ciepła z dolnego źródła ciepła, co może doprowadzić do trwałego uszkodzenia całej instalacji GWC.

LITERATURA

1. Wytyczne projektowania, wykonania i odbioru instalacji z pompami ciepła, Wyd. PORT PC, Kraków, 2013.
2. Wytyczne projektowe - Systemy pomp ciepła, Viessmann Sp. z o.o., Wrocław, 05/2005.
3. Koszorek P.: Analiza możliwości regeneracji gruntu za pomocą rewersyjnej pompy ciepła. „Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna”, 10/ 2015.
4. Wytyczne projektowe pomp ciepła Vitocal Viessmann, 05/ 2012.
5. Broszura produktowa - Pompy do powszechnych zastosowań, Wilo Polska Sp. z o.o., Lesznowola, 04/ 2013.