Варіант А – площадковий колектор
Теплофізичні характеристики верхнього шару ґрунту сильно залежать від складу і
стану ґрунту. Теплоакумулювальні
властивості ґрунту тим кращі, чим більше він містить у своєму складі води і
мінеральних елементів. Загальний питомий відбір потужності від
ґрунту складає| від 10 до 35 Вт/м2.
Таблиця 5.7
– Питомий відбір потужності від ґрунту
Сухий піщаний грунт
|
q
= 10-15 Вт/м2
|
Вологий| піщаний грунт
|
q
= 15-20 Вт/м2
|
Сухий глинистий грунт
|
q
=
20-25
Вт/м2
|
Вологий| глинистий грунт
|
q
=
25-30 Вт/м2
|
Грунт з|
грунтовими водами
|
q
=
30-35
Вт/м2
|
|Необхідна
площа ділянки ґрунту визначається залежно від холодопродуктивності Qх
теплового насоса, яка визначається з паспортних
холодопродуктивністю Qх = 7,5 кВт. Встановлення теплового насоса більшої
продуктивності не доцільне, тому що при виборі теплового насоса необхідно
враховувати і нерівномірність споживання тепла. Обраний тепловий насос споживає
2,2 кВт електричної енергії. Необхідна площа ділянки ґрунту складе, м2
Варіант Б
– Буріння шурфів і влаштування зондів
Для невеликих земельних ділянок земляні зондовий комплекс є
альтернативою земляному колектору (рис. 5.13) Нижче розглядається подвійний U –
подібний трубчастий зонд. Іншим варіантом є дві подвійних U – подібних петлі
полімерного трубопроводу в одній свердловині. Всі проміжки між трубами
і ґрунтом заповнюються матеріалом з хорошою теплопровідністю.
Рекомендована мінімальна відстань між двома ґрунтовими
зондами:
– 5 м до 50 м глибини свердловини;
– 6 м до 100 м глибини свердловини.
В табл. 5.8
наведено значення питомого відбору потужності подвійним
U-подібним ґрунтовим
зондом.
Таблиця 5.8 –
Питомий відбір теплової потужності
подвійним зондом з поліетиленової
труби
Æ
32 мм.
Грунт
|
Питомий
відбір потужності
qz
|
Загальні нормативні показники
|
|
Поганий грунт (суха осадова порода)
(l<
1,5Вт/м·К)
|
20Вт/м
|
Нормальна тверда
кам’яна порода і насичена водою осадова порода (l<
1,5-3 Вт/м·К)
|
50Вт/м
|
Тверда кам’яна
порода з високою теплопровідністю (l<
3Вт/м·К)
|
70Вт/м
|
Окремі породи
|
|
Галька, пісок(сухий)
|
<20Вт/м
|
Галька, пісок (вологий)
|
55-65 Вт/м
|
Суглинок, глина (волога)
|
30-40 Вт/м
|
Вапняк (масивний)
|
45-60 Вт/м
|
Піщаник
|
55-65 Вт/м
|
Кислі магматичні породи (граніт)
|
55-70 Вт/м
|
Основні магматичні породи (базальт)
|
35-55 Вт/м
|
Гнейс
|
60-70 Вт/м
|
Визначимо загальну довжину подвійних зондів, що потрібні для відбору тепла, м
(5.18)
де
qz – питомий відбір
потужності зондом.
Згідно з рекомендаціями [86] довжина зондів і колекторів не
повинна перевищувати 100 м. Тому остаточно приймаємо два подвійних ґрунтових
зонди по 75 м.
На рис. 5.13 зображено принципову схему подвійного ґрунтового зонда.
Рисунок 5.13 –
Принципова схема подвійного ґрунтового зонда
RL – зворотна магістраль
контуру розсолу;
VL
– подаюча
магістраль контуру розсолу;
A – заповнювач шурфа;
B – захисний ковпачок.
Остаточно, для
влаштування ґрунтового зонду знадобиться 75×2×2=300 м поліетиленової труби.
Характеристики поліетиленової труби наведено в таблиці 2.
Таблиця 5.9 –
Характеристики поліетиленової труби,
PN10
Зовнішній діаметр
× товщина стінки, мм
|
Номінальний
діаметр
|
Об’єм погонного метра труби, л
|
Площа зовнішньої бічної поверхні труби, м2
|
20×2,0
|
15
|
0,201
|
0,0628
|
25×2,3
|
20
|
0,327
|
0,0785
|
32×3,0
|
25
|
0,531
|
0,100
|
40×2,3
|
32
|
0,984
|
0,126
|
40×3,7
|
32
|
0,835
|
0,126
|
50×2,9
|
40
|
1,595
|
0,157
|
50×4,6
|
40
|
1,308
|
0,157
|
63×5,8
|
50
|
2,070
|
0,197
|
63×3,6
|
50
|
2,445
|
0,197
|
Визначимо,
скільки поліетиленової труби
Æ
32 знадобиться для влаштування
ґрунтового колектора. Глибина закладання колектора повинна становити 1,3…1,7 м.
Відстань між траншеями не менше 0,5…1 м. Згідно з [86] питоме співвідношення
f
для труб складе:
·
1,5 м. п. на 1 м2 ґрунту для діаметра 32 мм;
·
2
м. п. на 1 м2 ґрунту для діаметра 25 мм;
·
3
м. п. на 1 м2 ґрунту для діаметра 20 мм.
Тоді загальна кількість труби для
колектора складе, м:
Приймаємо до встановлення п’ять трубних колекторів
довжиною по 100 м. Об’єм системи при цьому складе 0,531×500 = 266 л. Додамо
10% на об’єм розподільника і системи обв’язки, остаточно отримаємо об’єм
системи 300 л. В ґрунтовий
колектор обов’язково необхідно заливати незамерзаючі розчини на основі
пропіленгліколю, тоді як більш дешевші розчини на основі етиленгліколю
(тосол та інші) є ядовитими. Властивості водневого розчину пропіленгліколю
наведено в табл. 5.9.
При
виборі концентрації розчину необхідно ґрунтуватися на температурі кипіння
фреону у випарнику. Зазвичай температура кипіння складає мінус 5
°С.
Температура замерзання розчину залежить від вмісту гліколю і складає, при
вмісті пропіленглікою:
·
10%
– мінус 3,5
°С;
·
20% – мінус 7,4
°С;
·
30% – мінус 13,1
°С;
·
40% – мінус 21,5
°С;
·
50% – мінус 33,6
°С.
Прийнявши 30% концентрацію
розчину, отримуємо, що для приготування розчину для заповнення
системи необхідно залити 210 л води і 90 л чистого пропіленгліколю.
Колектор складається з п’яти трубних контурів по 100 м і об’єднуючого
трубопроводу, якій підводе теплоносій до теплового насосу. Обов’язковим є
встановлення запірно-регулювальної арматури, манометра для контролю
цілісності колектора, розширювального баку, спускних пристроїв повітря. Біля
будинку необхідно влаштувати приямок для заповнення системи розчином і
огляду колектора. Труби, що проходять від колектора до будинку, необхідно
обов’язково утеплити. З приямку влаштувати дренаж дощових вод. Заповнювати
колектор необхідно вже готовим розчином пропіленгліколю.
|