Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений

Содержание
  1. Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений — Дом и участок
  2. Как работает теплонасос
  3. КПД и СОР
  4. Формула для подсчета
  5. Расчет на примере системы вода-вода
  6. Тепловой насос для отопления дома: принцип работы и примеры расчета
  7. Тепловой насос. Конструкция обогрева дома
  8. Принцип работы тепловых насосов
  9. Виды конструкций тепловых насосов
  10. Работа теплового насоса при работе по схеме «грунт-вода»
  11. Горизонтальный вариант
  12. Вертикальный вариант
  13. Комбинированный вариант
  14. Расчет горизонтального коллектора теплового насоса
  15. Пример расчета теплового насоса
  16. Расчет коллектора
  17. Расчет вертикального коллектора
  18. Как сделать расчет теплового насоса для отопления дома — Жми!
  19. Основные разновидности
  20. Кпд и сор
  21. Расчет теплового насоса
  22. Пример расчета Теплового Насоса
  23. Расчет зонда
  24. Выбор оборудования
  25. Виды тепловых насосов для отопления дома
  26. Настало время предметно изучать зарубежный опыт
  27. Методика расчета тепловых насосов

Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений — Дом и участок

Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений

Все чаще мы думаем об альтернативных способах производства энергии. Наша планета не бездонна, и количество ресурсов уменьшается из года в год.

Кроме того, цены на энергоносители растут, и у нас нет доверия к компаниям, которые поставляют газ, тепло или свет.

Рано или поздно все придумают альтернативу, которая защитит их от неприятных сюрпризов, полностью или частично.

В данной статье мы рассмотрим один из альтернативных видов отопления — тепловой насос для отопления дома. Это установка, которая преобразует свободные природные источники энергии в необходимые киловатты тепла.

Как работает теплонасос

Современный тепловой насос очень похож на банальный холодильник.

Что такое геотермальный насос или, другими словами, тепловой насос? Это устройства, которые могут передавать тепло от источника к потребителю. Рассмотрим принцип его действия на примере первого практического воплощения идеи.

Принцип действия геотермальных насосов стал известен в 50-х годах. XIX века. Эти принципы были реализованы на практике только в середине прошлого века.

Однажды экспериментатор по имени Вебер был занят морозильной камерой и случайно прикоснулся к линии сжигания конденсатора. У него была идея, почему тепло никуда не уходит и не помогает? Он не долго думал, удлинил трубу и положил ее в резервуар для воды.

Горячая вода, которая выходила из него, была настолько горячей, что он не знал, куда ее положить. Мы должны были продолжать — как вы нагрели воздух с помощью этой простой системы? Решение было очень простым и не менее блестящим.

Горячая вода наматывается через теплообменник, а затем вентилятор пропускает теплый воздух через дом. Все гениальное просто! Вебер был скромным человеком, и в конце концов он придумал, как обойтись без холодильника. Ты должен вытащить тепло из земли!

Похоронив медные трубы и закачивая фреон (тот же газ, что и в холодильниках), он начал получать тепловую энергию из кишечника. Мы думаем, что в таком примере каждый поймет принцип работы теплового насоса.

Мы также рекомендуем вам прочитать следующую статью о чуде солнечного отопления: //6.//otoplenie/chudo-pech-.html.

Системы теплоотвода. (Нажмите для увеличения)

  • По сути, кондиционер типа «воздух-воздух» — это обычный кондиционер;
  • Воздух-вода — добавьте теплообменник к кондиционеру, и мы уже нагреем воду;
  • Грунтовые воды — закапываем коллектор из труб в землю, а на выходе нагреваем воду;
  • Водопроводные трубы прокладываются в открытых или подземных водах и отводят тепло в систему отопления здания.

(Подробную классификацию тепловых насосов для отопления можно найти в этой статье).

КПД и СОР

< class=»=»size-medium wp-image» =»///2019/10/161-300×202.» =»Схема КПД Тепловые насосы» =»300″ set=»///2019/10/161-300×202. 300w, ://6./wp-content//2016/02/161-768×517.png, 768w, ://6.com/1234551.1254321/2016/02344321×5/2016/345/1351354321/10241-10241×68.

Здесь четко показано, что ¾ вырабатывается из энергии, которую мы получаем из свободных источников. (Нажмите, чтобы увеличить)

Давайте начнем с определения терминов:

  • КПД — эффективность, т.е. эффективность. сколько полезной энергии получается в процентах от энергопотребления системы;
  • СОР — Эффективность преобразования (на английском языке — coefficient of performance).

Читайте эту статью, чтобы узнать, как сделать пеллетный котел своими руками: //6.//otoplenie/pelletnyj-kotel-.

Это такая фигура. . часто используются в рекламных целях: «»КПД нашего насоса на 500%!» Похоже, что 5 кВт тепловой энергии было выработано на 1 кВт энергии (при полной эксплуатации всех систем и агрегатов).

Однако помните. КПД не более 100% (это число рассчитано для закрытых систем), поэтому логичнее использовать это число. COP (для расчета открытых систем), которая показывает отношение потребленной энергии к полезной энергии.

Обычно….. COP измеряется в числах от 1 до 7. Чем больше число, тем эффективнее тепловой насос. В приведенном выше примере (c) КПД 500%), COP равняется пяти.

Формула для подсчета

Возможность потери тепла в доме

Тепловой насос способен полностью взять на себя отопление помещений.

Чтобы выбрать подходящую для вас машину, вы должны рассчитать требуемую мощность.

Прежде всего, необходимо понять тепловой баланс здания. Для расчета теплового баланса можно использовать специалиста, онлайн-калькулятор или простую формулу:

R=(k x V x V x T)/860 где :

R — энергопотребление помещения (кВтч); k — средний коэффициент теплопотерь здания: например, соответствует 1 — идеально изолированному зданию и 4 — пластинчатому домику; V — общий объем всего отапливаемого помещения в кубометрах; T — максимальная разница температур внутри помещения и улицы.

860 — значение, необходимое для преобразования полученного ккал в кВт.

В случае геотермального водо-водяного теплового насоса необходимо рассчитать требуемую длину контура, который должен быть установлен в пруду. Здесь расчеты еще проще.

Известно, что 1 метр коллектора выдает около 30 ватт. Другими словами, мощность насоса 1 кВт требует 22 метра трубопровода. Поскольку мы знаем требуемую мощность насоса, мы можем легко рассчитать, сколько линий нам нужно для контура.

Расчет на примере системы вода-вода

Рассчитаем дом на примере следующих исходных данных:

  • Отапливаемая площадь 300 кв.м…………………………………………………………………………………………………………………………………;
  • высота потолка 2,8 м;
  • здание хорошо изолировано;
  • минимальная температура наружного воздуха зимой составляет 25 градусов Цельсия;
  • приятная комнатная температура +22 градуса.

Сначала мы вычисляем объем отопления помещения:
300 м² x 2,8 м² = 840 м².

Затем вычисляем значение «T»: 22 — (-25) = 45 градусов.

Эти данные мы вставляем в формулу:
R=(1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 кВтч

Мы получили требуемую мощность теплового насоса в 44 кВтч. Легко видеть, что для выполнения своих функций нам нужен коллектор общей длиной не менее 968 метров.

Вас также может заинтересовать статья о том, как самостоятельно изготовить капельный нагреватель внутреннего сгорания: //6.com//otoplenie/-svoimi-rukami.html.

Поэтому насос мощностью не менее 44 кВт подходит для хорошо изолированного помещения площадью 300 м². Как и везде, лучше иметь запас хода не менее 10%. Поэтому лучше приобрести агрегат мощностью 48-49 кВт.

Рано или поздно мы все перейдем к использованию альтернативных источников энергии, и сегодня мы можем сделать первый шаг. Используя тепловые насосы, вы снижаете свои расходы на отопление, становитесь независимым от поставщиков газа или угля и сохраняете экологию своей родной планеты.

С помощью данной статьи вы можете рассчитать параметры геотермальных систем, подходящие для ваших помещений. Но не забывайте, что профессионалы будут делать свою работу лучше всех. И у вас всегда будет кто спросить, работает ли система неправильно.

Посмотрите видео, в котором специалист подробно объясняет, как рассчитать мощность теплового насоса для отопления вашего дома:

Источник: https://b-dom64.online/dom/otoplenie/raschet-moshhnosti-teplovogo-nasosa-dlja-doma-princip-dejstvija-oborudovanija-i-konkretnye-primery-vychislenij.html

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы и примеры расчета

Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений

Давно и весьма успешно тепловые насосы используются в бытовых и промышленных холодильниках и кондиционерах.

Сегодня эти устройства стали применять и для выполнения функции противоположного характера – обогрева жилища в период холодов.

Давайте же посмотрим, как используются тепловые насосы для отопления частных домов и что нужно знать, чтобы правильно рассчитать все его компоненты.

Тепловой насос. Конструкция обогрева дома

В системе отопления дома тепловой насос (ТН) играет ту же роль, что и котел, то есть является теплогенератором.

Разница состоит только в том, что котел сжигает топливо, а ТН «выкачивает» тепловую энергию из источников, которые, на первый взгляд, совсем ею не богаты.

Грунт и речная вода с температурой 5 – 7 градусов, или даже морозный зимний воздух, температура которого вообще оказалась ниже нуля.

Такие источники называются низкопотенциальными, и хотя с понятием тепла они никак не ассоциируются, ТН умудряется «выжать» из них внушительный объем живительной энергии. К этому следует добавить тепло, выделяемое электродвигателем компрессора ТН: здесь, в отличие от холодильника и кондиционера, оно не пропадает даром.

В остальном система отопления на базе ТН ничем не отличается от обычной: используется теплоноситель – вода или воздух, который нагревается, протекая через теплообменник, а затем разносит тепло по всему дому.

Циркуляцию обеспечивает насос (для водяного отопления) или вентилятор (для воздушного).

Точно также, как и традиционный теплогенератор, ТН можно одновременно подключить к контуру горячего водоснабжения (ГВС) как с накопительной емкостью (бойлером), так и без нее.

Принцип работы тепловых насосов

В любом ТН имеется рабочая среда, именуемая хладагентом. Обычно в этом качестве выступает фреон, реже – аммиак. Само устройство состоит всего из трех компонентов:

  • испаритель;
  • компрессор;
  • конденсатор.

Испаритель и конденсатор – это два резервуара, имеющие вид длинных изогнутых трубок – змеевиков. Конденсатор одним концом присоединяется к выходному патрубку компрессора, а испаритель – ко входному.

Концы змеевиков стыкуются и в месте соединения между ними устанавливается редукционный клапан.

Испаритель контактирует – непосредственно или косвенно – со средой-источником, а конденсатор – с системой отопления или ГВС.

Принцип работы теплового насоса

Работа ТН основана на взаимозависимости объема, давления и температуры газа. Вот что происходит внутри агрегата:

  1. Аммиак, фреон или другой хладагент, двигаясь по испарителю, нагревается от среды-источника, допустим, до температуры +5 градусов.
  2. Пройдя испаритель, газ достигает компрессора, который перекачивает его в конденсатор.
  3. Нагнетаемый компрессором хладагент удерживается в конденсаторе редукционным клапаном, поэтому его давление здесь выше, чем в испарителе. Как известно, с ростом давления температура любого газа увеличивается. Именно это происходит с хладагентом – он разогревается до 60 – 70 градусов. Поскольку конденсатор омывается циркулирующим в системе отопления теплоносителем, последний также нагревается.
  4. Через редукционный клапан хладагент небольшими порциями сбрасывается в испаритель, где его давление снова падает. Газ расширяется и остывает, а поскольку часть внутренней энергии была потеряна им в результате теплообмена на предыдущем этапе, его температура опускается ниже изначальных +5 градусов. Следуя по испарителю, он снова нагревается, далее закачивается в конденсатор компрессором – и так по кругу. По-научному этот процесс называется циклом Карно.

особенность ТН состоит в том, что тепловая энергия берется из окружающей среды буквально даром. Правда, для ее добычи необходимо потратить некоторое количество электроэнергии (для компрессора и циркуляционного насоса/вентилятора).

Но ТН все-равно остается очень выгодным: за каждый потраченный кВт*ч электроэнергии удается получить от 3 до 5 кВт*ч тепла.

Виды конструкций тепловых насосов

Тип ТН принято обозначать словосочетанием, указывающим на среду-источник и теплоноситель системы отопления.

Существуют следующие разновидности:

  • ТН «воздух – воздух»;
  • ТН «воздух – вода»;
  • ТН «грунт – вода»;
  • ТН «вода – вода».

Самый первый вариант – это обычная сплит-система, работающая в режиме обогрева. Испаритель монтируется на улице, а внутри дома устанавливается блок с конденсатором. Последний обдувается вентилятором, благодаря чему в помещение подается теплая воздушная масса.

Если такую систему оснастить специальным теплообменником с патрубками, получится ТН типа «воздух – вода». Он подключается к водяной системе отопления.

Испаритель ТН типа «воздух – воздух» или «воздух – вода» можно разместить не на улице, а в канале вытяжной вентиляции (она должна быть принудительной). В этом случае эффективность ТН будет увеличена в несколько раз.

Теплонасосы типа «вода – вода» и «грунт – вода» для отбора тепла используют так называемый наружный теплообменник или, как его еще называют, коллектор.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Это длинная закольцованная труба, как правило, пластиковая, по которой циркулирует жидкая среда, омывающая испаритель. Обе разновидности ТН представляют собой одно и то же устройство: в одном случае коллектор погружается на дно поверхностного водоема, а во втором – в грунт. Конденсатор такого ТН расположен в теплообменнике, подключаемом к системе водяного отопления.

Подключение ТН по схеме «вода – вода» является гораздо менее трудоемким, чем «грунт – вода», поскольку отпадает необходимость в проведении земляных работ. На дно водоема труба укладывается в виде спирали. Разумеется, для данной схемы подойдет только такой водоем, который зимой не промерзает до дна.

Работа теплового насоса при работе по схеме «грунт-вода»

Укладку коллектора в грунт можно произвести тремя способами.

Горизонтальный вариант

Трубы укладываются в траншеи «змейкой» на глубину, превышающую глубину промерзания грунта (в среднем – от 1 до 1,5 м).

Для такого коллектора потребуется участок земли достаточно большой площади, но зато его может построить любой домовладелец – никаких навыков, кроме умения работать лопатой, не понадобится.

Следует, правда, учесть, что сооружение теплообменника ручным способом – довольно трудоемкий процесс.

Вертикальный вариант

Трубы коллектора в виде петель, имеющих форму литеры «U», погружаются в скважины глубиной от 20 до 100 м. При необходимости можно построить несколько таких скважин. После установки труб скважины заливают цементным раствором.

Достоинство вертикального коллектора состоит в том, что для его строительства нужен совсем небольшой участок. Однако, пробурить скважины глубиной более 20 м самостоятельно нет никакой возможности – придется нанимать бригаду бурильщиков.

Комбинированный вариант

Этот коллектор можно считать разновидностью горизонтального, но для его строительства потребуется гораздо меньше места.

На участке выкапывается круглый колодец глубиной от 2-х м.

Трубы теплообменника укладываются спиралью, так что контур представляет собой как бы вертикально установленную пружину.

По завершении монтажных работ колодец засыпают. Как и в случае с горизонтальным теплообменником, весь необходимый объем работ можно произвести своими руками.

Коллектор заполняется антифризом – тосолом или раствором этиленгликоля. Для обеспечения его циркуляции в контур врезается специальный насос. Вобрав в себя тепло грунта, антифриз поступает к испарителю, где происходит теплообмен между ним и хладагентом.

Следует учесть, что неограниченный отбор тепла из грунта, особенно при вертикальном расположении коллектора, может привести к нежелательным последствиям для геологии и экологии участка. Поэтому в летний период ТН типа «грунт – вода» весьма желательно эксплуатировать в реверсивном режиме – кондиционирование.

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Эффективность горизонтального коллектора зависит от температуры среды, в которую он погружен, ее теплопроводности, а также площади контакта с поверхностью трубы. Методика расчета достаточно сложна, поэтому в большинстве случаев пользуются усредненными данными.

Считается, что каждый метр теплообменника обеспечивает ТН следующую тепловую мощность:

  • 10 Вт – при заглублении в сухой песчаный или каменистый грунт;
  • 20 Вт – в сухом глинистом грунте;
  • 25 Вт – во влажном глинистом грунте;
  • 35 Вт – в очень сыром глинистом грунте.

Таким образом, для расчета длины коллектора (L) следует потребную тепловую мощность (Q) разделить на теплотворную способность грунта (p):

L = Q / p.

Приведенные значения можно считать действительными только при соблюдении следующих условий:

  • Участок земли над коллектором не застроен, не затенен и не засажен деревьями или кустами.
  • Расстояние между соседними витками спирали или участками «змейки» составляет не менее 0,7 м.

При расчете коллектора следует учитывать, что температура грунта после первого года эксплуатации понижается на несколько градусов.

Пример расчета теплового насоса

Подберем ТН для системы отопления одноэтажного дома общей площадью 70 кв.

м со стандартной высотой потолка (2,5 м), рациональной архитектурой и теплоизоляцией ограждающих конструкций, соответствующей требованиям современных строительных норм. На обогрев 1-го кв.

м такого объекта по общепринятым нормам приходится тратить 100 Вт тепла. Таким образом, для отопления всего дома понадобится:

Q = 70 х 100 = 7000 Вт = 7 кВт тепловой энергии.

Выбираем тепловой насос марки «ТеплоДаром» (модель L-024-WLC) с тепловой мощностью W = 7,7 кВт. Компрессор агрегата потребляет N = 2,5 кВт электроэнергии.

Расчет коллектора

Грунт на отведенном под строительство коллектора участке – глинистый, уровень грунтовых вод высокий (принимаем теплотворную способность p = 35 Вт/м).

Мощность коллектора определяем по формуле:

Qk = W – N = 7,7 – 2,5 = 5,2 кВт.

Определяем длину трубы коллектора:

L = 5200 / 35 = 148.5 м (приблизительно).

Исходя из того факта, что укладывать контур длиной более 100 м нерационально из-за чрезмерно высокого гидравлического сопротивления, принимаем следующее: коллектор теплового насоса будет состоять из двух контуров – длиной 100 м и 50 м.

Площадь участка, который необходимо будет отвести под коллектор, определим по формуле:

S = L x A,

Где А – шаг между соседними участками контура. Принимаем: А = 0,8 м.

Тогда S = 150 x 0.8 = 120 кв. м.

Расчет вертикального коллектора

На глубине свыше 15 м температура грунта стабильно держится на отметке +10 градусов круглый год. Поэтому эффективность вертикального коллектора является более высокой – в среднем с метрового участка удается снимать до 50 Вт тепла. Для расчета длины теплообменника также необходимо учитывать тип среды. Так, с 1-го метра трубы удается получить такую тепловую мощность:

  • 20 Вт – при погружении в осадочный грунт (сухой);
  • 50 Вт – в каменистом либо влажном осадочном грунте;
  • 70 Вт – твердые породы (камень);
  • 80 Вт – подземные воды.

Применение вертикального зонда для теплового насоса

При строительстве скважин следует соблюдать условие: расстояние между ними должно составлять не менее 5 м.

Для работы теплового насоса из вышеприведенного примера понадобится коллектор длиной L = 5200 / 50 = 140 м.

Следовательно, для обустройства коллектора потребуется пробурить две скважины глубиной 70 м. В каждой из них нужно будет установить по две U-образные петли, для чего необходимо будет закупить 4х140 = 560 м труб.

Источник: https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/otopitelnye-pribory/teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma.html

Как сделать расчет теплового насоса для отопления дома — Жми!

Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений

Все чаще мы задумываемся об альтернативных методах получения энергии. Наша планета не бездонная и количество ресурсов с каждым годом становится все меньше.

Вдобавок к этому, цены на энергоресурсы растут, а у нас совершенно нет уверенности в компаниях, поставляющих газ, тепло или свет.

Поэтому рано или поздно каждый задумывается над запасным вариантом, который полностью или частично защитит его от неприятных сюрпризов.

В этой статье мы рассмотрим один из альтернативных видов обогрева — тепловой насос для отопления дома. Это оборудование, которое преобразует бесплатные источники энергии природы в необходимые нам киловатты тепла.

Основные разновидности

Системы отбора тепла. (Для увеличения нажмите)

  • воздух-воздух — это, по сути своей, обычный кондиционер;
  • воздух-вода — добавляем к кондиционеру теплообменник и мы уже греем воду;
  • земля-вода — закапываем коллектор из труб в землю, а на выходе подогреваем воду;
  • вода-вода — трубы размещаются в открытом или подземном водоеме и отдают тепло системе обогрева здания.

(С подробной классификацией тепловых насосов для отопления Вы можете ознакомиться в этой статье).

Кпд и сор

Здесь наглядно показано что ¾ части энергии мы получаем из бесплатных источников. (Для увеличения нажмите)

Для начала определимся в терминах:

  • КПД — коэффициент полезного действия, т.е. сколько полезной энергии получается в процентном соотношении от энергии, затраченной на действие системы;
  • СОР — коэффициент эффективности трансформации (англ. — coefficient of performance).

Как сделать пеллетный котел своими руками, читайте в этой статье: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/pelletnyj-kotel-svoimi-rukami.html

Такой показатель, как КПД, часто используют в рекламных целях: «КПД нашего насоса 500%!». Вроде и правду говорят — на 1 кВт потраченной энергии (для полноценной работы всех систем и агрегатов) произвели 5 кВт тепловой энергии.

Однако помните, что КПД не бывает выше 100% (этот показатель рассчитывается для замкнутых систем), поэтому логичнее будет использовать показатель COP (применяется для расчетов открытых систем), который показывает коэффициент преобразования использованной энергии в полезную.

Обычно COP измеряется в цифрах от 1 до 7. Чем выше цифра тем более эффективный теплонасос. В примере, приведенном выше (с КПД 500%), COP равняется 5.

Расчет теплового насоса

Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений

Как известно, тепловые насосы используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: низкопотенциальное тепло воздуха, грунта, подземных, сточных и сбросовых вод технологических процессов, открытых незамерзающих водоемов.

На это затрачивается электроэнергия, но отношение количества получаемой тепловой энергии к количеству расходуемой электрической составляет порядка 3–7.

Говоря более точно, источниками низкопотенциального тепла могут быть наружный воздух температурой от –15 до +15°С, отводимый из помещения воздух (15–25°С), подпочвенные (4–10°С) и грунтовые (более 10°C) воды, озерная и речная вода (0–10°С), поверхностный (0–10°С) и глубинный (более 20 м) грунт (10°С).

Если в качестве источника тепла выбран атмосферный или вентиляционный воздух, применяются тепловые насосы, работающие по схеме «воздух–вода». Насос может быть расположен внутри или снаружи помещения. Воздух подается в его теплообменник с помощью вентилятора.

При использовании в качестве источника тепла грунтовой воды она подается из скважины с помощью насоса в теплообменник насоса, работающего по схеме «вода–вода», и либо закачивается в другую скважину, либо сбрасывается в водоем. Если источник – водоем, на его дно укладывается петля из металлопластиковой или пластиковой трубы.

По трубопроводу циркулирует раствор гликоля (антифриз), который через теплообменник теплового насоса передает тепло фреону.

Возможны два варианта получения низкопотенциального тепла из грунта: укладка металлопластиковых труб в траншеи глубиной 1,2–1,5 м либо в вертикальные скважины глубиной 20–100 м. Иногда трубы укладывают в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Это значительно уменьшает общую длину траншей. Максимальная теплоотдача поверхностного грунта составляет 50–70 кВт•ч/м2 в год. По данным зарубежных компаний, срок службы траншей и скважин составляет более 100 лет.

Пример расчета Теплового Насоса

Исходные условия: теплопотребность коттеджа площадью 120–240 м2 (в зависимости от теплоизоляции) – 12 кВт; температура воды в системе отопления должна быть 35 °С; минимальная температура теплоносителя – 0 °С.

Для обогрева здания выбран тепловой насос WPS 140 l (Buderus) мощностью 14,5 кВт (ближайший больший типоразмер), затрачивающий на нагрев фреона 3,22 кВт. Теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина) q равняется 20 Вт/м.

В соответствии с показанными выше формулами рассчитываем:

  1. требуемую тепловую мощность коллектора Qo = 14,5 – 3,22 = 11,28 кВт;
  2. суммарную длину труб L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 м. Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по 100м;
  3. при шаге укладки 0,75 м необходимая площадь участка А = 600 Ч 0,75 = 450 м2;
  4. общий расход гликолевого раствора Vs = 11,28•3600/ (1,05•3,7•3) = 3,51 м3/ч, расход на один контур равен 0,58 м3/ч.

Для устройства коллектора выбираем металлопластиковую трубу типоразмера 32Ч3 (например, Henco). Потери давления в ней составят 45 Па/м; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость потока теплоносителя – 0,3 м/с.

Расчет зонда

При использовании вертикальных скважин глубиной от 20 до 100 м в них погружаются U-образные металлопластиковые или пластиковые (при диаметрах выше 32 мм) трубы.

Как правило, в одну скважину вставляется две петли, после чего она заливается цементным раствором. В среднем удельный теплосъем такого зонда можно принять равным 50 Вт/м.

Можно также ориентироваться на следующие данные по теплосъему:

  • сухие осадочные породы – 20 Вт/м;
  • каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м;
  • каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м;
  • подземные воды – 80 Вт/м.

Температура грунта на глубине более 15 м постоянна и составляет примерно +10 °С. Расстояние между скважинами должно быть больше 5 м. При наличии подземных течений, скважины должны располагаться на линии, перпендикулярной потоку. Подбор диаметров труб проводится исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя.

Расчет расхода жидкости может проводиться для .t = 5 °С. Пример расчета: Исходные данные – те же, что в приведенном выше расчете горизонтального коллектора. При удельном теплосъеме зонда 50 Вт/м и требуемой мощности 11,28 кВт длина зонда L должна составить 225 м. Для устройства коллектора необходимо пробурить три скважины глубиной по 75 м.

В каждой из них размещаем по две петли из металлопластиковой трубы типоразмера 26Ч3; всего – 6 контуров по 150 м.

Общий расход теплоносителя при .t = 5 °С составит 2,1 м3/ч; расход через один контур – 0,35 м3/ч.

Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25-процентный раствора гликоля); сопротивление контура – 14,4 кПа; скорость потока – 0,3 м/с.

Выбор оборудования

Поскольку температура антифриза может изменяться (от –5 до +20 °С) в первичном контуре тепло насосной установки необходим расширительный бак. Рекомендуется также установить на возвратной линии накопительный бак: компрессор теплового насоса работает в режиме «включено-выключено».

Слишком частые пуски могут привести к ускоренному износу его деталей. Бак полезен и как аккумулятор энергии – на случай отключения электроэнергии. Его минимальный объем принимается из расчета 10–20 л на 1 кВт мощности теплового насоса.

При использовании второго источника энергии (электрического, газового, жидко- или твердотопливного котла) он подключается к схеме через смесительный клапан, привод которого управляется тепловым насосом или общей системой автоматики.

В случае возможных отключений электроэнергии нужно увеличить мощность устанавливаемого теплового насоса на коэффициент, рассчитываемый по формуле: f = 24/(24 – tоткл), где tоткл – продолжительность перерыва в электроснабжении.

В случае возможного отключения электроэнергии на 4ч этот коэффициент будет равен 1,2. Мощность теплового насоса можно подбирать исходя из моновалентного или бивалентного режима его работы. В первом случае предполагается, что тепловой насос используется как единственный генератор тепловой энергии. Следует принимать во внимание: даже в нашей стране продолжительность периодов с низкой температурой воздуха составляет небольшую часть отопительного сезона. Например, для Центрального региона России время, когда температура опускается ниже –10 °С, составляет всего 900 ч (38 сут), в то время, как продолжительность самого сезона – 5112 ч, а средняя температура января составляет примерно –10 °С. Поэтому наиболее целесообразной является работа теплового насоса в бивалентном режиме, предусматривающая включение дополнительного теплогенератора в периоды, когда температура воздуха опускается ниже определенной: –5 °С – в южных регионах России, –10 °С – в центральных. Это позволяет снизить стоимость теплового насоса и, особенно, работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.п.), которая сильно увеличивается при возрастании мощности установки. В условиях Центрального региона России для примерной оценки при подборе теплового насоса, работающего в бивалентном режиме, можно ориентироваться на соотношение 70/30: 70 % потребности в тепле покрываются тепловым насосом, а оставшиеся 30 – электрическим котлом или другим теплогенератором. В южных регионах можно руководствоваться соотношением мощности теплового насоса и дополнительного генератора тепла, часто используемым в Западной Европе: 50 на 50.

Для коттеджа площадью 200 м2 на 4 человек при тепловых потерях 70 Вт/м2 (при расчете на –28 °С наружной температуры воздуха) потребность в тепле будет 14 кВт. К этой величине следует добавить 700 Вт на приготовление санитарной горячей воды. В результате необходимая мощность теплового насоса составит 14,7 кВт.

При возможности временного отключения электричества нужно увеличить это число на соответствующий коэффициент. Допустим, время ежедневного отключения – 4 ч, тогда мощность теплового насоса должна быть 17,6 кВт (повышающий коэффициент – 1,2). В случае моновалентного режима можно выбрать тепловой насос типа «грунт–вода» Logafix WPS 160 L (Buderus) мощностью 17,1 кВт, потребляющий 5,5 кВт электроэнергии. Для бивалентной системы с дополнительным электрическим нагревателем и температурой установки –10 °С, с учетом необходимости получения горячей воды и коэффициента запаса, мощность теплового насоса должна быть 11,4 Вт, а электрического котла – 6,2 кВт (в сумме – 17,6). Потребляемая системой пиковая электрическая мощность составит 9,7 кВт. Примерная стоимость потребляемого за сезон электричества, при работе теплового насоса в моновалентном режиме составит 500 руб., а в бивалентном – 12 500. Стоимость энергоносителя при использовании только соответствующего котла составит: электричества – 42 000, дизельного топлива – 25 000, а газа – около 8000 руб. (при существующих в России низких ценах на газ). В настоящее время для наших условий по экономичности работы тепловой насос уступает только газовым котлам, а по эксплуатационным затратам, долговечности, безопасности и экологической чистоте превосходит все другие генераторы тепловой энергии.

Отметим, что при установке тепловых насосов в первую очередь следует позаботиться об утеплении здания и установке стеклопакетов с низкой теплопроводностью.

По любым вопросам связанным с приобретением тепловых насосов в Москве и других регионах РФ звоните по телефону +7 (495) 597-82-18 или оставьте электронную заявку — мы всегда будем рады Вам помочь!

Дополнительные материалы:

Что такое тепловой насос и принцип его действия

Отопление тепловыми насосами: плюсы и минусы

Приблизительная смета на расчет отопления тепловым насосом

Тепловые насосы Viesmann и их технические характеристики

Примеры готовых проектов

Источник: http://www.remostroy.com/default.aspx?did=253

Виды тепловых насосов для отопления дома

Расчет мощности теплового насоса для дома: принцип действия оборудования и конкретные примеры вычислений

Тип ТН принято обозначать словосочетанием, указывающим на среду-источник и теплоноситель системы отопления.

Существуют следующие разновидности:

  • ТН «воздух – воздух»;
  • ТН «воздух – вода»;
  • ТН «грунт – вода»;
  • ТН «вода – вода».

Самый первый вариант – это обычная сплит-система, работающая в режиме обогрева. Испаритель монтируется на улице, а внутри дома устанавливается блок с конденсатором. Последний обдувается вентилятором, благодаря чему в помещение подается теплая воздушная масса.

Если такую систему оснастить специальным теплообменником с патрубками, получится ТН типа «воздух – вода». Он подключается к водяной системе отопления.

Испаритель ТН типа «воздух – воздух» или «воздух – вода» можно разместить не на улице, а в канале вытяжной вентиляции (она должна быть принудительной). В этом случае эффективность ТН будет увеличена в несколько раз.

Теплонасосы типа «вода – вода» и «грунт – вода» для отбора тепла используют так называемый наружный теплообменник или, как его еще называют, коллектор.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Это длинная закольцованная труба, как правило, пластиковая, по которой циркулирует жидкая среда, омывающая испаритель. Обе разновидности ТН представляют собой одно и то же устройство: в одном случае коллектор погружается на дно поверхностного водоема, а во втором – в грунт. Конденсатор такого ТН расположен в теплообменнике, подключаемом к системе водяного отопления.

Подключение ТН по схеме «вода – вода» является гораздо менее трудоемким, чем «грунт – вода», поскольку отпадает необходимость в проведении земляных работ. На дно водоема труба укладывается в виде спирали. Разумеется, для данной схемы подойдет только такой водоем, который зимой не промерзает до дна.

Настало время предметно изучать зарубежный опыт

О тепловых насосах, способных отобрать тепло окружающей среды для отопления зданий, теперь уже знают почти все, и, если еще недавно потенциальный заказчик, как правило, задавал недоуменный вопрос «как это возможно?», то теперь все чаще звучит вопрос «как это правильно сделать?».

Ответить на этот вопрос непросто.

В поисках ответа на многочисленные вопросы, которые неизбежно возникают при попытке проектировать системы отопления с тепловыми насосами, целесообразно обратиться к опыту специалистов тех стран, где тепловые насосы на грунтовых теплообменниках применяются уже давно.

Посещение* американской выставки AHR ЕХРО-2008, которое было предпринято, главным образом, с целью получения информации о методах инженерных расчетов грунтовых теплообменников, прямых результатов в этом направлении не принесло, но на выставочном стенде ASHRAE продавалась книга , некоторые положения которой послужили основой для этой публикации.

Следует сразу сказать, что перенос американской методики на отечественную почву – дело непростое. У американцев все не так, как принято в Европе. Только время они измеряют в тех же единицах, что и мы.

Все остальные единицы измерения – чисто американские, а точнее – британские.

Особенно не повезло американцам с тепловым потоком, который может измеряться как в британских тепловых единицах, отнесенных к единице времени, так и в тоннах охлаждения, которые придуманы, вероятно, в Америке.

проблема, однако, состояла не в техническом неудобстве пересчета принятых в США единиц измерения, к которым со временем можно и привыкнуть, а в отсутствии в упомянутой книге четкой методической основы построения алгоритма вычислений. Рутинным и широко известным расчетным приемам там уделяется слишком много места, в то время как некоторые важные положения остаются вовсе нераскрытыми.

В частности, такими физически связанными исходными данными для расчета вертикальных грунтовых теплообменников, как температура циркулирующей в теплообменнике жидкости и коэффициент преобразования теплового насоса, нельзя задаваться произвольно, и, прежде чем приступать к вычислениям, связанным с нестационарным теплообменом в грунте, необходимо определить зависимости, связывающие эти параметры.

Критерием эффективности теплового насоса служит коэффициент преобразования ?, величина которого определяется отношением его тепловой мощности к мощности электропривода компрессора.

Эта величина является функцией температур кипения в испарителе tu и конденсации tk, а применительно к тепловым насосам «вода-вода» можно говорить о температурах жидкости на выходе из испарителя t2И и на выходе из конденсатора t2K:

? = ?(t2И,t2K).         (1)

Анализ каталожных характеристик серийных холодильных машин и тепловых насосов «вода-вода» позволил отобразить эту функцию в виде диаграммы (рис. 1).

При помощи диаграммы нетрудно определиться с параметрами теплового насоса на самых начальных стадиях проектирования.

Очевидно, например, что, если система отопления, присоединенная к тепловому насосу, рассчитана на подачу теплоносителя с температурой в подающем трубопроводе 50°C, то максимально возможный коэффициент преобразования теплового насоса будет около 3,5.

При этом температура гликоля на выходе из испарителя не должна быть ниже +3°С, а это означает, что потребуется дорогой грунтовый теплообменник.

В то же время, если дом обогревается посредством теплого пола, из конденсатора теплового насоса будет поступать в систему отопления теплоноситель с температурой 35°С. В этом случае тепловой насос сможет работать более эффективно, например, с коэффициентом преобразования 4,3, если температура охлажденного в испарителе гликоля будет около –2°С.

Пользуясь электронными таблицами Excel, можно выразить функцию (1) в виде уравнения:

? = 0,1729 • (41,5 + t2И – 0,015t2И • t2K – 0,437 • t2K      (2)

Если при желаемом коэффициенте преобразования и заданном значении температуры теплоносителя в системе отопления, работающей от теплового насоса, нужно определить температуру охлажденной в испарителе жидкости, то уравнение (2) можно представить в виде:

         (3)

Выбрать температуру теплоносителя в системе отопления при заданных величинах коэффициента преобразования теплового насоса и температуры жидкости на выходе из испарителя можно по формуле:

    (4)

В формулах (2)…(4) температуры выражены в градусах Цельсия.

Определив эти зависимости, можно теперь перейти непосредственно к американскому опыту.

Методика расчета тепловых насосов

Безусловно, процесс выбора и расчет теплового насоса является весьма сложной в техническом отношении операцией и зависит от индивидуальных особенностей объекта, но ориентировочно он может быть сведен к следующим этапам:

Определяются теплопотери через ограждающие конструкции здания (стены, перекрытия, окна, двери). Сделать это можно, применив следующее соотношение:

Qок = S*( tвн – tнар)* (1 + Σ β ) *n / Rт(Вт)где

tнар – наружная температура воздуха (°С);

tвн – внутренняя температура воздуха (°С);

S – суммарная площадь всех ограждающих конструкций (м2);

n – коэффициент, указывающийвлияние окружающей среды на характеристики объекта. Для помещений, напрямую контактирующих через перекрытия с наружной средой n=1; для объектов, имеющих чердачные перекрытия n=0,9; если же объект размещен над подвальным помещением n = 0,75;

β – коэффициент добавочных теплопотерь, который зависит от типа строения и его географического расположенияβ может варьироваться от 0,05 до 0,27;

Rт – теплосопротивление, определяется по следующему выражению:

Rт = 1/ αвнутр + Σ ( δі / λі ) + 1/ αнар (м2*°С / Вт), где:

δі / λі – расчетный показатель теплопроводности применяемых при строительстве материалов.

αнар– коэффициент теплового рассеивания наружных поверхностей ограждающих конструкций(Вт/ м2*оС);

αвнутр– коэффициент теплового поглощения внутренних поверхностей ограждающих конструкций(Вт/ м2*оС);

— Рассчитываются суммарные теплопотери сооружения по формуле:

Qт.пот = Qок + Qи – Qбп , где:

Qи — затраты энергии на подогрев воздуха поступающего к помещению через естественные неплотности;

Qбп -выделения тепла за счет функционирования бытовых приборов и деятельности людей.

2. На основании полученных данных рассчитывается годичное потребление тепловой энергии для каждого индивидуального объекта:

Qгод = 24*0.63*Qт. пот.*(( d*( tвн — tнар.ср.)/ ( tвн — tнар.))(кВт/час за год.) где:

tвн – рекомендуемая температура воздушной среды внутри помещения;

tнар – наружная температура воздуха;

tнар.ср – среднеарифметическое значение температуры наружного воздуха за весь отопительный сезон;

d – число дней отопительного периода.

3. Для полного анализа потребуется рассчитать и уровень тепловой мощности необходимой для разогрева воды:

Qгв = V * 17(кВт/час за год.) где:

V –объем каждодневного нагрева воды до 50 °С.

Тогда суммарный расход тепловой энергии определится по формуле:

Q = Qгв + Qгод (кВт/час за год.)

Принимая во внимание полученные данные, подобрать наиболее подходящий тепловой насос для отопления и горячего водоснабжения не составит большого труда. Причем расчетная мощность определится как. Qтн=1,1*Q, где:

Qтн=1,1*Q, где:

1,1 – корректирующий коэффициент, указывающий возможность увеличения нагрузки на тепловой насос в период возникновения критических температур.

Выполнив расчет тепловых насосов можно подобрать наиболее подходящий тепловой насос, способный обеспечить требуемые параметры микроклимата в помещениях с любыми техническими характеристиками. А учитывая возможность интеграции указанной системы с климатической установкой теплый пол можно отметить, не только ее функциональность, но и высокую эстетическую стоимость. 

Читать еще:

О том как правильно рассчитать кол-во и глубину скважин для ТН можно узнать из следующего видео:

Источник: https://mr-build.ru/newteplo/rascet-teplovogo-nasosa.html

Моя любимая дача
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: