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

Содержание

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

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

k = 0,6…1 — хорошо утепленное здание;

Пример расчета мощности газового котла для Вашего дома:

Для здания объемом V = 10м × 10м × 3м = 300 м3; При ΔT = (Твн — Тнар) = 20 — (-30) = 50°С; Теплопотери кирпичного здания (k max= 2) составят: Q = 2 ×300 × 50 = 30000 ккал/час = 30000 / 860 = 35 кВт

Это и будет необходимая минимальная мощность котла, рассчитанная по максимуму.

Обычно выбирается 1,5 кратный запас мощности, однако, следует учитывать такие факторы, как постоянно работающая вентиляция помещения, открытые форточки и двери, большая площадь остекления и т.д. Если планируется использовать двухконтурный котел (обогрев помещения и подача горячей воды), то его мощность должна быть еще увеличена на 10 — 40%. Добавка зависит от величины расхода горячей воды.

Пример расчета мощности теплового насоса для Вашего дома:

Объемом здания тот-же V = 10м × 10м × 3м = 300 м3; При ΔT = (Твн — Тнар) = 20 — (-30) = 50°С; Теплопотери кирпичного здания (k min= 1) составят: Q = 1 ×300 × 50 = 15000 ккал/час = 30000 / 860 = 17 кВт

Это и будет необходимая минимальная мощность котла, рассчитанная по минимуму, так как в тепловом насосе нет выгорания и ресурс зависит от его моторесурса и циклования в течении дня. Чтобы уменьшить количество циклов включения/выключения теплового насоса применяют баки теплоаккумуляторы.

Выращиваете помидоры в теплице?

Так вот: Вам надо, чтобы тепловой насос тактовал 3-5 раз за час.
т.е. 17 кВт /ы час -3 такта

Понадобиться буфферная ёмкость — 3 такта — 30 л/кВт; 5 тактов — 20 л/кВт.

17 кВт*30л=500л аккумулирующая ёмкость. Расчеты примерные, вот здесь большой аккумулятор это хорошо, но на практике ставят 200 литров.

Теперь рассчитаем стоимость теплового насоса и его монтажа для Вашего дома:

Объемом здания тот-же V = 10м × 10м × 3м = 300 м3;
Примерная мощность нами рассчитана -17кВт. У разных производителей различная линейка мощностей, поэтому подберите тепловой насос по качеству и стоимость вместе с нашими консультантами.

Например у Waterkotte это тепловой насос 18кВт, а можно поставить и 15кВт, так как при недостаточности мощности есть пиковый доводчик на 6кВт в каждом тепловом насосе. Пиковый догрев происходит сравнительно не долго и поэтому переплачивать за тепловой насос нет необходимости.

Следовательно можете выбрать и 15 кВт, так как краткосрочно 15+6=21кВт — это выше Ваших потребностей в тепле.

Остановимся на 18кВт. Стоимость теплового насоса уточняйте у консультантов, так как сегодня условия доставки «мягко говоря» не предсказуемы. Поэтому на сайте представлен заводской прайс от Waterkotte.

Если Вы находитесь в южных регионах, то теплопотери Вашего дома исходя из вышеперечисленных расчетов будут меньше, так как ΔT = (Твн — Тнар) = 20 — (-10) = 30°С. а то и ΔT = (Твн — Тнар) = 20 — (-0) = 20°С.

Тепловой насос можете выбрать меньшей мощности и к тому же по принципу работы «воздух-вода». Наши воздушные тепловые насосы работают эффективно до -25 градусов и соответственно не потребуются буровые работы.

В средней же полосе России и в Сибири гораздо эффективнее геотермальные тепловые насосы, работающие по принципу «вода-вода».

Буровые работы для геотермального поля будут стоить по разному, в зависимости от региона. В московской области расчет стоимости следующий:

Берем мощность нашего теплового насоса -18кВт. Электрическое потребление такого геотермального теплового насоса примерно 18/4=4,5 кВт/час из розетки. У Waterkotte и того меньше (эта характеристика называется СОР. У тепловых насосов Waterkotte COP равен 5 и более).

По закону сохранения мощности электрическая мощность передается в систему, преобразуясь в тепловую.. Недостающую мощность мы получаем из геотермального источника, т.е из зондов, которые необходимо пробурить.

18-4,5 = 13,5кВт из Земли например (так как источником в этом случае может быть и горизонтальный коллектор, и пруд и т.д).

Теплоотдача грунтов в различных местах, даже в московской области -различная. В среднем от 30 до 60Вт на 1 м.п., в зависимости от влажности грунта.

13,5кВт или 13500Вт делим на теплоотдачу. в среднем это 50Вт поэтому 13500/50=270 метров. Буровые работы стоят в среднем 1200руб/м.п. Получаем 270*1200=324000руб. под ключ с вводом в теплопункт.

Стоимость теплового насосы эконом класса =6-7тыс долларов. т.е. 180-200тыс рублей

Стоимость ВСЕГО 324тыс+180тыс=504тыс рублей

Прибавьте стоимость монтажа и стоимость теплоаакумулятора и получите немного более 600тыс рублей, что сопоставимо со стоимость подвода магистрального газа. Что и требовалось доказать.

С учетом того, что тепловой насос – оборудование, требующее достаточно серьезных затрат на приобретение и монтаж, к вопросу его выбора следует относиться особенно тщательно.

Первое, что необходимо сделать потенциальному покупателю – это произвести хотя бы приблизительный расчет мощности оборудования, которое подойдет для эффективной работы в конкретных условиях.

Конечно, можно обратиться к специалистам, чтобы составить проект теплового насоса, но для того, чтобы оценить примерные затраты, можно некоторые первоначальные расчеты сделать самостоятельно.

Тепловой насос, проектирование которого – достаточно сложное мероприятие, выбирают в зависимости от площади дома, степени его утепленности, средних температурных значений в холодное время года.

Кроме расчета необходимой мощности, полный проект предполагает определение параметров земляного коллектора для геотермального насоса, расчет количества и диаметра труб для скважины в случае системы вода-вода.

Правильный расчет теплового насоса предполагает учет множества факторов: от характеристик грунта на участке до материала, из которого построен дом.

Разработка системы отопления на основе теплового насоса

Если вас серьезно заинтересовал такой прогрессивный способ отопления дома, как тепловые насосы, то лучше всего предпочесть услуги специалистов с профильным образованием и большим опытом работы с подобным оборудованием. Все потому, что правильная разработка теплового насоса и всей системы отопления для дома позволит на долгие годы забыть о проблемах с теплом, наслаждаясь стабильной эффективной работой оборудования.

Прежде всего, стоит определиться с источником тепла, которое будет преобразовываться в энергию для теплоносителя в системе отопления.

От того, будет ли это почва, вода или воздух, зависит как производство тепловых насосов (а точнее, технология изготовления), так и производительность, и цена самого оборудования и работ по установке.

Одной из самых эффективных систем считается вода-вода, но для нее требуется наличие водоема рядом с домом или достаточного количества грунтовых вод на участке.

Стоит учитывать, что тепловой насос больше используется для низкотемпературных источников тепла, идеально сочетание с системой «теплый пол», но возможно и комбинирование с традиционными генераторами.

Выбирая тепловые насосы, тепловой расчет их проводится так, чтобы учесть, способен ли он самостоятельно обогревать помещение даже в самые большие холода или в системе необходимо предусмотреть дополнительный источник тепла, например, электрический котел.

Термодинамический расчет учитывает минимальные значения температур, которые могут достигаться зимой.

Также необходимо учитывать необходимость в горячем водоснабжении дома, если такая функциональная возможность требуется, то в необходимую мощность закладываются дополнительные 20%.

Пример расчета теплового насоса

Чтобы рассчитать тепловой насос, необходимый для отопления помещения площадью, к примеру, 250 кв.м., нужно составить тепловой баланс дома, в котором учитывается его объем и потери тепла.

Итак, мы имеем двухэтажное здание площадью в 250 кв.м. с высотой потолков 2,7 м. Предположим, что температура в помещении равна +20°С, а на улице -26°С. Далее делаем расчет мощности теплового насоса для отопления дома:

0,434*250*2,7*(20-(-26)) = 13475,7кВт — максимальная необходимая мощность на отопление в соответствии с СП 50.13330-2012

Больших потерь такой расчет не предполагает. Потери в данном случае могут быть даже меньше, чем 13475,7кВт.

Более точный тепловой расчет может быть сделан индивидуально. В нем будут учитываться все материалы стен, окон, потолков и т.п.

Расчет контура теплового насоса, который пойдет для отопления и для охлаждения помещения, более сложный и проводится специалистами.

Современные многофункциональные устройства получили распространение не только в промышленном секторе, но и в бытовом, который также нуждается в небольших и эффективных системах получения «чистой» энергии. Одним из подобных устройств можно назвать геотермальный тепловой насос, позволяющий экономично обогревать дом и выполнять функции кондиционера.

Бытовые тепловые насосы появились на рынке относительно недавно, поэтому их распространенность невелика, а практически все дома, которые используют подобные системы обогрева и кондиционирования воздуха, построены по самым современным технологиям энергоэффективных домов. Однако для потребителей, которые только задумываются об установке тепловых насосов, будет полезно получить информацию о выборе теплового насоса и стоимости автономной системы геотермального отопления.

Начнем с основ выбора тепловых насосов. Во-первых, необходимо определиться с тепловыми потерями, которые имеются в каждом жилом помещении. Для этого можно провести соответствующий аудит, привлекая стороннюю компанию, либо воспользоваться примерными числами по тепловым потерям в зависимости от способа утепления дома.

От величины тепловых потерь зависит мощность и конечная стоимость оборудования, которое будет использоваться для геотермального отопления. Так, без какой-либо теплоизоляции, на обогрев одного квадратного метра потребует 120 Вт.

Для дома с нормальной теплоизоляцией потребуется 80 Вт на 1 м², для дома с энергосберегающими технологиями и современными теплоизоляционными материалами – 40 Вт на 1 м², а дома с пассивным потреблением энергии – всего 10 Вт.

Приведем пример расчета мощности теплового насоса: для дома площадью 180 м² с хорошей теплоизоляцией (тепловые потери 50 Вт) потери составят 9 кВт.

В сутки для обогрева данного дома понадобиться устройство, способное обеспечить 9 кВт х 24 часа = 216 кВт-ч мощности. С учетом того, что жилое помещение инертно и потери не постоянны, необходимо немного увеличить мощность теплового насоса на 10-20%.

Таким образом, окончательная мощность геотермального теплового насоса должна быть не менее 10,8 кВт.

Стоит отметить, что тепловые насосы могут использоваться в комбинированном цикле для обогрева помещений и подогрева воды. При этом для четырех человек при условии подогрева 200 л воды до 45 градусов понадобиться около 1,4 кВт электрической мощности теплового насоса.

Использование альтернативных источников получения энергии сегодня представляется первоочередной задачей.

Превращение энергии ветра, воды и солнца способно существенно снизить уровень загрязнения окружающей среды и сэкономить финансовые средства, необходимые для реализации технологичных способов получения энергии. В этом плане очень перспективным выглядит использованием так называемых теплонасосов.

Тепловой насос — это устройство, способное переносить энергию тепла из окружающей среды внутрь помещения. Метод расчета теплового насоса, необходимые формулы и коэффициенты представлены ниже.

Источники тепловой энергии

Источниками энергии для тепловых насосов могут выступать солнечный свет, тепло воздуха, воды и грунта.

В основе процесса лежит физический процесс, благодаря которому некоторые вещества (хладогенты) способны закипать при низких температурах.

При таких условиях коэффициент производительности тепловых насосов может достигать 3 и даже 5 единиц. Это означает, что, затратив 100 Вт электроэнергии на работу насоса, можно получить 0,3-0,5 кВт.

Таким образом, геотермальный насос способен полностью отопить дом, однако при условии, что температура уличной среды не будет ниже температуры расчетного уровня. Как рассчитать тепловой насос?

Техника расчета мощности теплового насоса

С этой целью можно использовать специальный онлайн калькулятор расчета теплового насоса либо выполнить расчеты вручную.

Прежде, чем определить необходимую для отопления дома мощность насоса вручную, необходимо определить тепловой баланс дома.

Вне зависимости от того, для дома какой площади производится расчет (расчет теплового насоса на 300м2 или на 100м2), используется одна и та ж формула:

  • R — это тепловые потери/мощность дома (ккал/час);
  • V — объем дома (длина*ширина*высота), м3;
  • Т — самый высокий перепад между температурами снаружи дома и внутри в холодное время года, С;
  • k — это усредненный коэффициент теплопроводности здания: k=3(4) — дом из досок; k=2(3) — дом из однослойного кирпича; k=1(2) — кирпичный дом в два слоя; k=0,6(1) — тщательно утепленное здание.

Типовой расчет теплового насоса предполагает, что для того, чтобы перевести полученные значения из ккал/час в кВт/час, необходимо разделить ее на 860.

Пример расчета мощности насоса

Расчет теплового насоса для отопления дома на конкретном примере. Предположим, что необходимо обогреть здание площадью 100 м.кв.

Чтобы получить его объем (V), необходимо умножить его высоту на длину и ширину:

Чтобы узнать T, необходимо получить разницу температур. Для этого из минимальных внутренних температур вычитаем минимальные наружные:

Теплопотери здания примем равными k=1, тогда тепловые потери дома будут рассчитаны следующим образом:

Программа расчета теплового насоса предполагает, что расход домом тепловой энергии должен быть переведен в кВт. Переводим ккал/час в кВт:

  • 12500 ккал/час / 860 = 14,53 кВт.

Таким образом, для отопления дома из двухслойного кирпича площадью 100 м.кв., необходим тепловой насос на 14,5 кВт. Если необходимо произвести расчет теплового насоса на 300м2, то в формулах производится соответствующая подстановка.

В данном расчете учтены потребности в теплой воде, необходимой для отопления.

Для определения подходящего теплового насоса потребуется таблица расчета теплового насоса, демонстрирующая технические характеристики и производительность той или иной модели.

(8 4,56 из 5)
Загрузка…

Источник: https://milajadacha.ru/dom/otoplenie/raschet-moshhnosti-teplovogo-nasosa-dlya-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.

Как работает теплонасос

Современный теплонасос очень похож на банальный холодильник

Что же такое геотермальный насос или, другими словами, теплонасос? Это оборудование, способное перенести тепло от источника к потребителю. Рассмотрим принцип его действия на примере первой практической реализации идеи.

Принцип работы геотермальных насосов стал известен еще в 50-х годах XIX века. На практике эти принципы реализовали только в середине прошлого века.

Однажды, экспериментатор по фамилии Вебер, разбирался с морозилкой и случайно прикоснулся к обжигающей трубе конденсатора. Ему пришла в голову идея, почему тепло уходит в никуда и не приносит никакой пользы? Недолго думая, он удлинил трубу и уложил ее в бак для подогрева воды.

Горячей воды, получившейся в результате этого, стало столько, что он не знал куда ее девать. Нужно было идти дальше — как обогреть с помощью этой нехитрой системы воздух? Решение оказалось очень простым и от этого не менее гениальным.

Горячая вода прогоняется по спирали через змеевик, а затем вентилятором теплый воздух раздувается по дому. Все гениальное — просто! Вебер был человеком размеренным, и со временем ему пришла мысль, как обойтись без морозильной камеры. Надо извлекать тепло из земли!

Закопав трубы из меди и накачав их фреоном (тот же газ, который используется в холодильниках) он стал получать тепловую энергию уже из недр. Думаем, что на таком примере каждый поймет принцип работы теплового насоса.

Также предлагаем вам прочитать о чудо печи на солярке в следующей статье: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/chudo-pech-na-solyarke.html

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.

Формула для подсчета

Пути потери тепла в доме

Тепловой насос способен полностью справиться с отоплением помещений.

Чтобы выбрать подходящий вам агрегат, следует рассчитать его необходимую мощность.

В первую очередь нужно понимать баланс тепла в здании. Для этих расчетов можно воспользоваться услугами специалистов, онлайн-калькулятором или самостоятельно с помощью несложной формулы:

R=(k x V x T)/860, в которой:

R — потребляемая мощность помещения (кВт/час); k — средний коэффициент потерь тепла зданием: например, равно 1 — отлично утепленное здание, а 4 — барак из досок; V — суммарный объем всего отапливаемого помещения, в куб.м.; T — максимальный перепад температуры между улицей и внутри помещения.

860 — значение, необходимое для перевода получившихся ккал в кВт.

В случае с геотермальным тепловым насосом типа «вода-вода» нужно еще рассчитать необходимую длину контура, который будет находиться в водоеме. Здесь расчет еще проще.

Известно, что 1 метр коллектора дает примерно 30 Вт. Другими словами 1 кВт мощности насоса требует 22 метра труб. Зная требуемую мощность насоса, мы без труда рассчитаем сколько нам нужно труб для изготовления контура.

Расчет на примере системы вода-вода

Рассчитаем для примера дом со следующими исходными данными:

  • отапливаемая площадь 300 кв.м.;
  • высота потолков 2,8 м;
  • здание хорошо утеплено;
  • минимальная температура зимой на улице -25 градусов;
  • комфортная температура в помещении +22 градуса.

В первую очередь высчитываем отапливаемый объем помещения:
300 кв.м. х 2,8 м = 840 куб.м.

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

Подставляем эти данные в формулу:
R=(1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 кВт/час

Мы получили требуемую мощность теплового насоса в 44 кВт/час. Без труда определяем, что для его функционирования нам потребуется коллектор общей длиной не менее 968 метров.

Вас также может заинтересовать статья о том, как сделать печь капельницу на солярке своими руками: //6sotok-dom.com/dom/otoplenie/pech-kapelnitsa-svoimi-rukami.html

Т.о. для хорошо утепленного помещения площадью 300 кв.м. подойдет насос с мощностью не менее 44 кВт. Как и везде, лучше сделать запас по мощности хотя бы в 10%. Следовательно, приобретать лучше агрегат на 48-49 кВт.

Рано или поздно мы все придем к использованию альтернативной энергетики и можно сделать первый шаг уже сегодня. Используя тепловые насосы, вы уменьшите свои затраты на отопление, станете независимым от поставщиков газа или угля, сохраните экологию родной планеты.

С помощью этой статьи сможете рассчитать параметры геотермального оборудования, которые подойдут вашему помещению. Но не забывайте, что лучше всего справятся со своей задачей профессионалы. Да и у вас всегда будет с кого спросить, в случае неправильной работы системы.

Смотрите видео, в котором специалист подробно объясняет принципы расчета мощности теплового насоса для отопления дома:

  • DmitriiG
  • Распечатать

Источник: https://6sotok-dom.com/dom/otoplenie/raschet-moshhnosti-teplovogo-nasosa.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.

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.

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

Выбор и расчет теплового насоса – Альтернативные источники энергии

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

24 Июнь 2014         страница » Расчеты

Геотермальный тепловой насос – самый экономичный способ обогрева и кондиционирования здания. Стоимость теплового насоса высока, но по мере увеличения спроса продолжает снижаться.

Такая система идеальна для устройства теплого пола или нагрева радиаторов, рассчитанных на пониженную температуру теплоносителя. При ее проектировании главное – выбрать оптимальную мощность.

В прошлой статье мы рассматривали самостоятельную сборку теплового насоса, однако для большинства более важной будет информация о том, как выбрать тепловой насос, сколько он стоит и что нужно учитывать?

Расчет мощности теплового насоса

Выбирая оборудование, необходимо учитывать теплопотери дома. Но это не всегда возможно либо очень дорого, а приобретение теплового насоса с большим запасом мощности сильно бьет по карману.

Поэтому необходимо иметь резервный источник тепла на случай сильных морозов (например, дровяной котел). Это позволит выбирать тепловой насос с мощностью на треть меньше необходимой для компенсации потерь тепла при самой холодной погоде.

Это оборудование может работать в любом из трех режимов: моноэлектрическом, моновалентном и бивалентном. Выбор режима зависит от уровня потребления. 

Как рассчитать потребление тепла в зависимости от площади

Необходимо принять меры по утеплению здания и снижению теплопотерь до 40-80 Вт/м². Тогда для дальнейшего расчета примем следующие данные.

  1. Дом без теплоизоляции для обогрева требует 120 Вт/м².
  2. То же для строения с нормальной теплоизоляцией – 80 Вт/м².
  3. Новостройка с хорошей теплоизоляцией – около 50 Вт/м².
  4. Дом с энергосберегающими технологиями – 40 Вт/м².
  5. С пассивным потреблением энергии – 10 Вт/м².

Приведем примерный расчет теплового насоса, с помощью которого можно определить, как выбрать тепловой насос. Предположим, общая площадь всех отапливаемых помещений дома – 180 м². Теплоизоляция – хорошая и потребление тепла находится на уровне около 9 кВт.

Тогда потери тепла составят: 180 × 50 = 9000 Вт. Временное отключение электроэнергии учитывается как 3 × 2 = 6 часов, но 2 часа не будем учитывать, так как здание инертно. Получаем окончательную цифру: 9000 Вт × 24 часа = 216 кВт час.

Затем 216 кВт час / (18 час + 2 час) = 10, 8 кВт.
Таким образом, для обогрева данного дома необходим монтаж теплового насоса 10,8 кВт мощности. Чтобы упростить расчет, к значению потерь тепла нужно прибавить 20% (то есть 9000 Вт увеличить на 20%).

Но здесь не учитываются расходы на нагрев воды для удовлетворения бытовых нужд.

Учет расхода энергии на подогрев воды

Для определения полной мощности насоса прибавим потребление энергии на подогрев воды (до t = 45 ˚С) из расчета 50л в сутки на человека. Таким образом, для четырех человек это будет равным 0,35 × 4 = 1,4 кВт. Отсюда полная мощность: 10,8 кВт + 1,4 кВт = 12,4 кВт.

Зависимость мощности от режима работы 

Расчет теплового наноса должен выполняться с учетом режима работы.

  1. Моновалентный режим предполагает использование данного оборудования без вспомогательного (в качестве единственного). Для определения суммарной тепловой нагрузки следует учесть расходы на компенсацию аварийного отключения электроэнергии (максимум – на 2 часа по 3 раза в сутки). 
  2. Моноэнергетический режим: при нем используется второй теплогенератор, для работы которого используется тот же вид энергии (электричество). Его подключают к системе при необходимости повысить температуру теплоносителя. Это может выполняться автоматически (монтаж теплового насоса предусматривает также установку контролирующих температуру датчиков и управляющего оборудования) или вручную. Но даже в условиях суровых зим холодных дней не так уж много и дополнительный теплогенератор приходится активировать не часто. Но такая организация отопления позволяет экономить на оборудовании: на 30% менее мощный теплонасос дешевле, но его будет достаточно для обеспечения теплом в течение 90% отопительного периода. 
  3. При бивалентном режиме тепловому насосу помогает газовый котел или работающий на жидком топливе. Управляет процессом процессор, получающий информацию от температурных датчиков. Такое оборудование может устанавливаться в качестве дополнительного (во время реконструкции здания) к уже имеющемуся. 

Обзор рынка тепловых насосов

Сегодня на рынке представлено различное оборудование такого типа. Стоит отметить геотермальные тепловые насосы австрийской компании OCHSNER: они совершенствуются производителем уже 35 лет.

Хорошо зарекомендовала себя торговая марка Waterkotte: котлы с наружным покрытием этой марки имеют наибольшую производительность. Среди российского оборудования можно выделить производящееся под торговой маркой «HENK».

Чтобы было легче представить предстоящие расходы, укажем стоимость основного оборудования и работ по его монтажу. 

1. Тепловой насос с земляным зондом:

  • буровые работы – 6 тысяч евро;
  • цена теплового насоса – 6 тысяч евро;
  • расходы электроэнергии (за год) – 400 евро.

2. С горизонтальным коллектором:

  • стоимость непосредственно насоса – около 6 тысяч евро;
  • буровые работы потребуют 3 тысячи евро;
  • расходы на оплату электроэнергии – 450 евро за отопительный период.

3. Тепловой насос воздушного типа:

  • цена насоса – 8 тысяч евро;
  • монтажные работы – 500 евро;
  • электроэнергия – 600 евро.

4. Насос типа «вода-вода»:

  • насос можно приобрести за 6 тысяч евро;
  • бурение скважин – 4 тысячи евро;
  • расходы на электроэнергию (за год) – 360 евро.

Это приблизительные данные для оборудования мощностью порядка 6 – 8 кВт. В конечном итоге все зависит от многих факторов (от расценок на монтаж, от глубины бурения, от насоса необходимой мощности и т.п.

) и расходы могут увеличиться в несколько раз.

Но выбирая отопление с помощью теплового насоса, заказчик получает возможность получить независимость от растущих цен на традиционные теплоносители и отказаться от услуг теплоэнергетических предприятий.

Обзор использования системы на базе теплового насоса можно посмотреть на этом видео

Мастерим тепловой насос своими руками. Экономим на отоплении
Расчет ветрогенератора. Что нужно учитывать?
Как рассчитать мощность солнечных батарей?

Источник: http://www.energya.by/vyibor-i-raschet-teplovogo-nasosa/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.