Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa

w Ciechanowie

Wydział Inżynierii

Projekt pompy ciepła i poziomego wymiennika gruntowego

Prowadzący:

dr inż.

Wykonała:

Ciechanów 2014/2015r.

Założenia

Obliczenia C.O. 

powierzchnia domu:  18 * 20 m² = 360 m²

roczne zużycie ciepła na potrzeby c.o. = 20 kWh/m² rok *  360 m²  = 7200 kWh /rok

średni roczny wskaźnik zużycia energii 20 kWh/m² rok

Liczba osób: 4

Rodzaj budynku: budynek niskoenergetyczny

Budynek znajduje się w III strefie klimatycznej w Warszawie

temperatura obliczeniowa zewnętrzna: -20 ^oC

Średnia temperatura budynku: 20 ^oC

miesiąc	Średnia wieloletnia temp. Miesiąca te [^oC]	Temp. Powietrza wew. tw [^oC]	Liczba dni ogrzewania Ld	Liczba stopniodni grzewczych Sdg
Styczeń	-1,3	20	31	660,7
Luty	-1,4	20	28	590,9
Marzec	2.9	20	31	529,8
Kwiecień	7,1	20	30	387,6
Maj	12,4	20	10,1	76,8
Czerwiec	15,6	20	0	0
Lipiec	17	20	0	0
Sierpień	16,6	20	0	0
Wrzesień	12,8	20	7,1	50,9
Październik	8,1	20	31	370,4
Listopad	2,9	20	30	512,6
Grudzień	-0,2	20	31	627,4
∑	7,71	-	229,2	3816,2

Zapotrzebowanie na moc cieplną

Stopniogodziny liczymy ze wzoru:

$$\mathbf{Sg =}\sum_{\mathbf{i = 1}}^{\mathbf{n}}{\mathbf{(}\mathbf{t}_{\mathbf{w}}\mathbf{-}\mathbf{t}_{\mathbf{sr}}\mathbf{)}}$$

Roczne zużycie ciepła

Zużycie ciepła w ciągu roku wynosi:

Liczba stopniodni grzania dla miasta Warszawa

Sd(16°C)=3291

Q_th$= \frac{Q*\text{sd}}{20 - ( - 20)}$

kJ = kW * st.C * doba * 3600

kJ = 25 * 360 = 90000 [kJ]

$Q_{\text{th}} = \frac{90000*3291}{20 - ( - 20)} = 7404750\ \lbrack kJ\rbrack$=7,40 [GJ]

Centralne ogrzewanie

Q_c.o.= 25 kW

Ciepła woda użytkowa

Przyjmuję: liczba mieszkańców-4 osób.

Zapotrzebowanie ciepła na cele centralnej wody użytkowej

t_cwu = 60

t_wz = 10

$$c_{p} = 4,19\frac{\text{kJ}}{kg*K}$$

$$\rho = 983,2\frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

N = 4 osoby

$q_{c} = 0,035\ \frac{m^{3}}{d}$ - przyjmuję 35 $\frac{\text{dm}^{3}}{d}$ średnie dobowe zużycie ciepłej wody użytkowej w temperaturze 60°C, przez jednego mieszkańca

N_h = 9, 32 * N^−0, 244 = 6, 65

$$m_{dsr} = N*q_{c} = 0,19\ \frac{m^{3}}{d}$$

$$m_{hsr} = \frac{m_{dsr}}{\tau} = 0,0123\frac{m^{3}}{h}$$

$$m_{\text{hmax}} = m_{hsr}*N_{h} = 0,0818\frac{m^{3}}{h}$$

Q_cwumax = m_hmax * c_p * ρ * (t_cwu−t_wz) = 3, 12 kW

Q_cwusr = m_hsr * c_p * ρ * (t_cwu−t_wz) = 0, 865 kW

Q=Q_co+Q_cwumax=28, 12kW

Viessmann Vitocal 300-G 28,8 kW Dwustopniowa (Master/Slave) + Vitotronic 200

PRODUCENT	TYP/MODEL	MOC CIEPLNA
Viessmann	Vitocal 200-G	28,8kW

Właściwości:
• Zastosowanie dla nowych i modernizowanych budynków: temperatura zasilania do 60°C
• Współczynnik efektywności COP do 4,9 dla punktu B0/W35 °C wg EN 14511
• Niewielkie koszty eksploatacyjne przy najwyższej efektywności w każdym punkcie pracy, dzięki innowacyjnemu systemowi RCD (Refrigerant Cycle Diagnostic System) z elektronicznym zaworem rozprężającym (EEV)
• Maksymalna elastyczność przez zestawienie modułów pompy ciepła o różnej mocy
• Łatwiejsze wstawianie dzięki mniejszym i lżejszym modułom
• Minimalny poziom hałasu < 42 dB(A) dzięki koncepcji wygłuszenia 3D

Projekt dolnego źródła ciepła

Rodzaj gruntu	jedn. moc cieplna pobierana z gruntu qe [W/m^2]	jedn. pole wymiennika gruntowego ag [m^2/kw]
		β = 3,0
Nasycony wodą piasek/żwir	30-40	17-22

λ gr=2,44- piasek mokry i nasycony wodą

Pola powierzchni działki:

A = $\frac{Q_{0}}{q_{E}}$ [ m² ]

Q₀ – moc cieplna pobierana z gruntu ,[ m²]

q_E – jednostkowa moc cieplna pobierana z gruntu , [W/m²]

A = $\frac{12300W}{30\ \frac{W}{m^{2}}}$ = 743m²

Q₀= 28,12*(1-1/4,9)= 22,3 kW

Z nomogramu odczytuje długość sondy poziomej

L= 1300 m

Glikol propylenowy Ergolid EKO -35/49% (20 litrów)

Specyfikacja:

• Gęstość: 1,045 g / cm³

• pH: 7,5 - 9,5

• Rezerwa alkaliczna, nie niższa niż: 8 cm³0,1 n HCL w 20 ml

• Temperatura zestalenia: -40°C

• Przewodnictwo elektryczne: 1800-2400 μs/cm

• Lepkość kinematyczna: 0,1161 cm²/s (przy 10°C); 0,070 cm²/s (przy 20°C); 0,0244 cm²/s (przy 50°C);

• gęstość: 1,03929

• Zawartość glikolu propylenowego: 49%

• Opakowanie: butla 20 litrów

4 Dobór naczynia wzbiorczego do glikolu

Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego do glikolu :

V _e = V _A * ρ₁ * ∆V

V _e = 0,800 m³ * 1039 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$ * 0,039 $\frac{\text{dm}^{3}}{\text{kg}}$ = 32,42 [ dm³ ]

V_e - Pojemność ekspansywna ( użytkowa )

V _A - pojemność instalacji, m³

ρ₁ - gęstość glikolu, kg/m³

∆V – przyrost objętości właściwej glikolu, dm³/kg

Rezerwa:

Vv = 1% * VA

V_V = 0,01 * 800 dm³ = 8 dm³

V_V – przyjęta rezerwa

minimalna pojemność naczynia:

V_{n min} = V_V + V _e

V_{n min} = 32,42 dm³ + 8 dm³ = 40,42 dm³

V_{n min} - minimalna pojemność naczynia

minimalna pojemność ciśnieniowych przeponowych naczyń wzbiorczych:

V_{n min} = (V _e + V_V) * $\frac{p_{e} + 1}{p_{e} - \ p_{0}\ }$ [ dm³ ]

V _{n min.} = 40,42 dm³ * $\frac{2,5\ + 1\ }{2,5 - \ 1,5\ \ }$ = 141,4dm³

V_{n min} – minimalna pojemność ciśnieniowych przeponowych naczyń wzbiorczych

p_o – ciśnienie wstępne w naczyniu

p_e – ciśnienie końcowe w naczyniu

Dobrano przeponowe naczynie wzbiorcze do glikolu firmy Reflex N NG 

Parametry:

• ciśnieniowe naczynie przeponowe do instalacji grzewczych i chłodniczych

• wyposażone w przyłącze gwintowe oraz niewymienną membranę (maks. temperatura 70°C)

• powłoka zewnętrzna - lakier proszkowy, w kolorze szarym lub białym

• pojemność naczyń:

  • 8 do 25 l przy maksymalnym ciśnieniu pracy 6 lub

  • 35 do 1000 l sotjące, przy maksymalnym ciśnieniu pracy 6 bar

• ciśnienie wstępne wynosi 1,5 bar l

Dobór pompy obiegowej do glikolu

Obliczeniowa wydajność pompy oraz wysokość podnoszenia.

$Vp = \ \frac{3600*Q}{\rho*\ \ t*cp\ }$

V_p = $\frac{3600*\ 22300\ W}{\ 3770\ \frac{J}{kg*K}\ *\ 20\ K*\ 1039\frac{\text{kg}}{m^{3}}} = \ 1,02\ \lbrack\ \ \frac{m^{3}}{h}\ \rbrack$

Q- moc cieplna obiegu [kW]

ρ – gęstość glikolu płynącego przez pompę [kg/m³]

C_p – ciepło właściwe glikolu [kJ/kg*K]

∆ - różnica obliczeniowa temperatury [K]

Orientacyjna wysokość podnoszenia pompy:

$$H_{p} = \ \frac{\sum_{i = 1}^{n}\left( RL + Z \right)_{i}}{g*\rho}$$

H_p = $\frac{\ 15000Pa + \left( 100/\ 250 \right)*1300\ m\ }{9,81\ \frac{m}{s^{2\ }}*\ \ 1039\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}}$

H_p = 1,62 [ m * H₂O ]

R – jednostkowe liniowe straty ciśnienia [Pa/m]

g – przyspieszenie ziemskie ( 9,81 m/s²)

L –długości poszczególnych dziełek [m]

Z- straty miejscowe w działkach [Pa]

H_p = $\frac{\ 15000Pa + \left( 100/\ 250 \right)*1300\ m\ }{9,81\ \frac{m}{s^{2\ }}*\text{\ \ }1039\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}}$

H_p = 1,62 [ m * H₂O ]

Dobrano pompę obiegowa 25/60 180 GLIKOL / WODA firmy PROMAG

Pompa PROMAG przeznaczona jest do systemów centralnego ogrzewania ORAZ INSTALACJI Z UŻYCIEM GLIKOLU. Korpus pompy wykonany jest z żeliwa, obudowa odlana z aluminium, a wirnik uformowany z tworzywa. Wysokiej jakości silnik dwubiegunowy, asynchroniczny, nie wymaga ochrony przed przeciążeniem, posiada trzy prędkości obrotowe, regulowane za pomocą specjalnego przełącznika zamontowanego na skrzynce zaciskowej co pozwala dostosować pracę pompy do charakterystyki instalacji.

Specyfikacja:

- Typ: POMPA OBIEGOWA 25/60 180
- Zasilanie: 230V/50Hz-60Hz
- Wysokość podnoszenia: 6.0 m
- Zakres pracy medium +2 - + 110 st. C
- Długość montażowa: 180 mm
- Regulowana prędkość obrotowa (trzy zakresy)
- I bieg - 55W
- II bieg - 70W
- III bieg - 100W
- Średnica przyłącza - 1.1/2 cal
- Maksymalne ciśnienie pracy - 10 bar