Информтех

Расчет тепловых насосов : Тепловые насосы и системы энергосбережения : ГК Информтех

Расчет тепловых насосов основан на расчете теплопотерь помещений, которые будет обслуживать тепловой насос.

Определение мощности теплового насоса

Для определения мощности теплового насоса необходимо произвести расчеты по каждому из помещений, рассмотрев все виды потерь тепла. Тепло из помещений уходит следующими путями:

  • через стены и окна за счет разности температур
  • через неплотности
  • через естественную вентиляцию или проветривание помещений
  • через вытяжную систему вентиляции
  • другими путями

Оценив каждый из указанный теплооттоков и просуммировав их, получится общая потребность объекта в тепловой энергии. В среднем, потребности в тепле составляют порядка 60-100 Вт тепла на каждый квадратный метр помещений.

Например, для коттеджа площадью 250м 2 при тепловых потерях 60 Вт/м 2 (при расчете на –28°С наружной температуры воздуха, что характерно для московского региона) потребность в тепле составит 15 кВт. К этой величине следует добавить около 700 Вт на приготовление санитарной горячей воды. Таким образом, необходимая мощность теплового насоса составит 15,7 кВт.

Полученную мощность следует умножить на повышающий коэффициент, если предполагается компенсация отключения электроэнергии работой теплового насоса. В частности, при допустимом отключении света на 4 часа повышающий коэффициент составит 1,2.

Выбор внешней среды

Для работы теплового насоса необходим внешний источник тепла. Это может быть или наружный воздух, или вода из водоема или скважины. Таким образом, могут быть использованы:

  • наружный воздух температурой от –3 до +15 °С
  • отводимый из помещения воздух вытяжной системы вентиляции (от +15 до +25 °С)
  • подпочвенные (+4…+10 °С) и грунтовые (около +10 °C) воды
  • озерная и речная вода (+5…+10 °С)
  • грунтовой поверхностный слой земли (ниже глубины промерзания; +3…+9°С)
  • глубинный слой земли (глубже 6 м; +8 °С).

Длина прокладываемых труб и занимаемая ими площадь

Суммарная длина труб коллектора L, которая обеспечит необходимый теплосъём от внешней среды (в случае использования земли в качестве внешней среды), и общая площадь участка под прокладку этих труб S рассчитываются по формулам:

L = Q / q,

S = L • da,

Где:

  • Q – тепловая мощность, которая должна быть получена от внешней среды – то есть мощности теплового насоса за вычетом потребляемой им мощности; Q = Q тепл.нас. – P тепл.нас.
  • q – удельный (с 1 м трубы) теплосъем; зависит от различных параметров, например, от глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д.:
    • для сухого песка q= 10 Вт/м,
    • для сухой глины q= 20 Вт/м,
    • для влажной глины q= 25 Вт/м,
    • для глины с большим содержанием воды q= 35 Вт/м,
  • da – расстояние между трубами (шаг укладки); обычно принимается не менее 0,7–0,8 м.

Так, например, для коттеджа площадью 250 м 2 , рассмотренного выше, длина труб составит порядка 600м, и займут они около 450м 2 .

Общие характеристики теплового насоса

Число, выражающее отношение вырабатываемой тепловым насосом тепловой энергии к потребляемой им электрической энергии, специалисты по тепловым насосам называют «отопительным коэффициентом». В лучших тепловых насосах отопительный коэффициент достигает 3 – 4 единиц (отопительный коэффициент безразмерный).

То есть на каждый потреблённый электродвигателем киловатт-час электроэнергии вырабатывается 3-4 киловатт-часа тепловой энергии.

Этот коэффициент преобразования (отопительный коэффициент) напрямую зависит от температуры источника тепла и температуры нагреваемой среды. Чем выше температура источника, тем больше коэффициент преобразования. И чем ниже требуемая температура теплоносителя, тем также выше отопительный коэффициент и, соответственно, выше эффективность работы теплового насоса.