Расчет теплового насоса воздух-вода для отопления и ГВС. Расчет теплового насоса
Отопление коттеджей с помощью тепловых насосов Mitsubishi Heavy Industries
Автор: Брух Сергей Викторович.
Группа компаний «МЭЛ» - оптовый поставщик систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries.
www.mhi-systems.ru Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Воздушные тепловые насосы для отопления коттеджей использовались достаточно давно – в Финляндии и Швеции накоплен большой опыт их применения. Поводом для написания данной статьи послужил практический пример в нашей стране – в Подмосковье осенью 2013 года для обогрева небольшого коттеджа был установлен воздушный тепловой насос (канальный кондиционер Mitsubishi Heavy Industries FDUM71V) .
Система успешно отработала зиму 2013-2014 года при достаточно низких наружных температурах (до -25С) и показала свою жизнеспособность в российских условиях. Учитывая сегодняшние характеристики оборудования и постоянное совершенствование систем кондиционирование в режиме тепла, постараемся в этой статье определить будущее технологии воздушных тепловых насосов для северных стран.
Отопление воздух - воздух
Традиционно системы кондиционирования воздуха воспринимались именно как системы охлаждения и иногда вентиляции помещений. При работе кондиционера зимой в режиме воздушного теплового насоса эффективность его снижалась, примерно при температуре -5 С тепловой коэффициент падал до значения 1, и при дальнейшем снижении наружной температуры эффективнее было использовать обычные электрообогреватели. Но все это было справедливо для систем кондиционирования воздуха на фреоне R22, с ON-OFF регулированием производительности компрессора. Новые системы кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) обладают принципиально большим температурным диапазоном использования в режиме тепла – до -20 С.
Рис. 1. Схема обогрева коттеджа с помощью воздушной системы с тепловым насосом.
Благодаря чему существенно расширен температурный диапазон?
Во-первых, это использование фреона R410A, который обладает существенно бОльшим рабочим давлением, чем фреоны R22 или R407C (табл. 1). Это приводит к тому, что при понижении температуры наружного воздуха снижается температура и давление кипения фреона в наружном блоке. Снижение давления приводит к меньшей плотности газа на всасывании компрессора, и, следовательно, к снижению его производительности. Давление фреона R410A изначально больше в 1,5 – 2 раза, чем фреона R22, поэтому снижение производительности компрессора тоже происходит, но не так значительно.
Табл. 1. Давление газообразного фреона в состоянии насыщения, 105 Па.
|
Температура кипения |
Фреон R22 |
Фреон R410A |
|
- 50 С |
0,64 |
1,01 |
|
- 40 С |
1,05 |
1,76 |
|
- 30 С |
1,64 |
2,70 |
|
- 20 С |
2,45 |
4,00 |
|
- 10 С |
3,54 |
5,73 |
|
0 С |
4,98 |
7,96 |
Во-вторых, использование полиэфирного (PОЕ) масла для смазки компрессора, вместо применяемого ранее минерального (МО). Преимущества полиэфирных масел по сравнению с минеральными – лучшие смазывающие качества, меньшая кинематическая вязкость при низких температурах, меньшая температура застывания. Благодаря этому запуск компрессора при низкой температуре происходит плавно, с меньшей нагрузкой на двигатель.
В-третьих, применение DC-инверторного привода компрессора позволяет добиться высокой экономичности работы, отсутствия повышенных пусковых токов и плавности регулирования производительности даже при низких наружных температурах.
Таким образом, уже сегодня возможно использование систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries для обогрева коттеджей в зимнее время. Но насколько воздушное отопление дома экономично? Давайте ответим и на этот вопрос:
Расчет теплового насоса
С точки зрения теории тепловых насосов, максимальная величина теплового коэффициента зависит от температуры источника тепла (наружного воздуха - Тн) и приемника тепла (внутреннего воздуха в помещении - Тв). Идеальный верхний температурный уровень Тв теплового насоса равен температуре внутреннего воздуха в зимний период, которую можно принять +20 ˚С или +293 ˚К.
Идеальный нижний температурный уровень Тн равен температуре наружного воздуха. Для условий России данный параметр имеет различные расчетные значения, которые могут колебаться от –45 ˚С до –20 ˚С. Как нечто среднее рассмотрим расчетную температуру наружного воздуха по параметрам Б для города Перми. Она равна –35 ˚С или 238 ˚К.
Сейчас мы можем вычислить значения удельной затраты работы и коэффициента трансформации теплоты (тепловой коэффициент СОР):
Следовательно, при тех параметрах, которые мы приняли в качестве исходных данных, мы можем максимально получить 5,33 кВт тепловой энергии, затратив 1 кВт электрической. Согласитесь, полученная величина выглядит достаточно большой, учитывая, что мы взяли для расчета крайние температурные параметры и большую часть отопительного периода таких низких температур не будет. Однако реальная величина полученной тепловой энергии будет несколько меньше, т.к. в расчетах мы не учли необратимость процессов сжатия в компрессоре и дросселирования в ТРВ, пониженную температуру кипения в наружном блоке и повышенную во внутреннем. При повышении температуры наружного воздуха эффективность теплового насоса увеличивается (рис. 2).
Рис. 2. График производительности наружного блока при снижении наружной температуры.
Согласно принципа работы теплового насоса, ТН охлаждает наружный воздух и полученную энергию отдает в обслуживаемые помещения. Естественно, чем ниже температура наружного воздуха, тем меньше эффективность теплового насоса. Конкретные величины энергопотребления можно получить, зная коэффициент энергетической эффективности кондиционера при понижении температуры наружного воздуха (рис. 3).
Рис. 3. Зависимость теплового коэффициента от температуры наружного воздуха.
Как следует из рисунка, тепловой коэффициент реального воздушного теплового насоса меняется от 3,8 единиц при +10 С, до 2,4 единиц при -20 С и в среднем за отопительный период равен 3. Т.е. использовать новые кондиционеры на 410 фреоне в качестве теплового насоса для отопления дома ровно в три раза выгодней, чем обычные электрообогреватели.
Особенности при использовании кондиционера в качестве обогревателя:
Выбор производительности и типоразмера внутренних и наружных блоков.
Выбор производительности внутренних блоков осуществляется в первую очередь исходя из требуемой мощности обогрева по каждому помещению. Требуемая мощность обогрева коттеджа зависит от многих факторов: района строительства, площади и термического сопротивления ограждающих конструкций, величины инфильтрации через окна и двери. Но в целом для отопления коттеджей средней полосы России требуется от 60 до 100 Вт на 1 м2 помещения. При проектировании мы должны учесть, что чем ниже температура наружного воздуха, тем больше нам требуется тепла для обогрева помещений. С другой стороны, чем ниже температура воздуха вокруг наружного блока – тем меньше эффективность теплового насоса. Поэтому расчет производительности системы нужно делать исходя из самых неблагоприятных условий – температуры наружного воздуха минус 20 С.
При минус 20 С производительность теплового насоса падает примерно до 60% от номинальных значений. Таким образом если наружный блок имеет номинальную производительность на тепло 25 кВт, 60% от этой величины составит 15 кВт тепла, что достаточно для отопления коттеджа площадью 150 – 200 м2. Для больших размеров коттеджей возможно применять несколько систем тепловых насосов либо VRF систему кондиционирования (до 1000 м2 обогреваемой площади с помощью одной системы).
Особенности воздушного режима помещения.
При работе любого обогревателя, для равномерного перемешивания теплый воздух необходимо подавать в нижнюю зону помещения. Если этого не сделать, то может возникнуть большой перепад температур между полом и потолком. Поэтому необходимо либо внутренний блок размещать как можно ниже, либо подавать теплый воздух в нижнюю зону в области пола. В Японии уже давно принято использовать в качестве обогревателей именно воздушные тепловые насосы, поэтому классическое расположение внутреннего блока применяется именно как на рисунке 4.
Рис. 4. Вариант интерьера жилых помещений с установкой внутренних блоков канального типа под окнами.
Утилизация теплоты вытяжного воздуха.
Не нужно забывать про естественный источник теплого воздуха с температурой +20С – вытяжной воздух с санузлов и кухонь. Не использовать эту энергию просто преступление. Поэтому конструктивно необходимо направлять выброс вытяжного воздуха на наружный компрессорно конденсаторный блок. Расход воздуха наружного блока, конечно, значительно больше, чем расход рециркуляционного вытяжного воздуха, но, тем не менее, смесь наружного воздуха и вытяжного будет значительно теплее, чем просто наружный воздух зимой.
Для примера возьмем коттедж с кратностью 2. Значит на 1 м2 площади приходиться 6 м3/ч приточного воздуха и соответственно столько же вытяжного. Расчетная производительность системы отопления около 80 Вт/м2 помещений. Если посмотреть на характеристики наружных блоков, то на 1 кВт производительности по теплу приходиться 300 м3/ч производительности по воздуху вентилятора наружного блока. Приводя к 1 м2 помещений, получаем 38 м3/ч наружного воздуха. Для наружного блока важно, чтобы температура смеси была не ниже –20°С. Значит, минимальная температура наружного воздуха при организации обдува конденсаторов вытяжным воздухом составляет:
Т.е. за счет подогрева вытяжным воздухом минимальная температура наружного воздуха может быть -27С.
Расчетные температуры наружного воздуха для разных городов России
Выше мы выяснили, что за счет утилизации теплоты вытяжного воздуха возможно расширить температурный диапазон работы до –27 °С. Таким образом, климатические условия городов на юге России уже позволяют использовать кондиционеры Митсубиси не только для охлаждения помещений в теплый период, но и для их обогрева в холодный. Отсюда возникает первый вопрос – а для каких городов возможно использование системы воздушного отопления в качестве основного и единственного источника обогрева помещений? Давайте посмотрим на расчетные температуры наружного воздуха по параметрам Б для зимнего периода (см. таблицу).
|
Город |
Параметры Б, °С (наиболее холодные 5 дней) |
Параметры А, °С (наиболее холодный месяц) |
|
Москва |
–26 |
–15 |
|
Санкт-Петербург |
–26 |
–11 |
|
Пермь |
–35 |
–21 |
|
Екатеринбург |
–35 |
–20 |
|
Челябинск |
–34 |
–21 |
|
Владивосток |
–24 |
–16 |
|
Ростов-на-Дону |
–22 |
–8 |
|
Краснодар |
–19 |
–5 |
|
Новороссийск |
–13 |
–2 |
|
Сочи |
–3 |
+2 |
|
Симферополь |
–16 |
–4 |
Таким образом, для средней полосы и юга России установка воздушных тепловых насосов с рекуперацией вытяжного воздуха возможна в качестве основной и единственной системы отопления дома. Для наружной температуры ниже -20С желательно иметь в запасе дополнительный источник тепла (например, камин), но большую часть отопительного периода все равно обеспечивается за счет теплового насоса с эффективностью в 3-4 раза большей, чем простой электрообогреватель.
Тепловой коэффициент воздушного теплового насоса меняется от 3,8 единиц при +10 С, до 2,4 единиц при -20 С. Чтобы понять, какой тепловой коэффициент будет средним за отопительный сезон, необходимо знать, какая температура наружного воздуха зимой является средней. Давайте обратим внимание на частоту определенной температуры наружного воздуха, например для г. Перми (рис. 5).
Рис. 5. Частота определенной температуры наружного воздуха для Перми.
Мы видим две линии: синяя – характеризует самый холодный год за последние 50 лет; фиолетовая – 2007 год. Выводы, которые мы можем сделать их этих графиков:
|
Показатели наружной температуры для Перми |
Самый холодный за 50 лет |
2007 год |
|
Самые часто повторяющиеся температуры в течение отопительного периода |
От 0 до +8 С |
От 0 до +8 С |
|
Средняя температура отопительного периода |
-4,1 С |
-1,5 С |
|
Число суток с температурой наружного воздуха -20 С и ниже |
21 суток |
13 суток |
|
Доля часов с температурой наружного воздуха -20 С и ниже (% от всего отопительного периода) |
9% |
5% |
|
Средний тепловой коэффициент теплового насоса |
2,9 |
3,1 |
Режим оттайки наружного блока и отвод конденсата.
При работе системы тепловых насосов наружный воздух охлаждается и из него выделяется конденсат, который благополучно намерзает на наружном блоке, снижая его производительность. Для удаления этого льда система применяет режим оттайки. Насколько снижается производительность наружного блока за счет режима оттайки? Это зависит главным образом от влагосодержания наружного воздуха. Особенностью влажного воздуха является снижение влагосодержания при снижении его температуры. Поэтому снижение производительности на тепло происходит в большей степени при температуре от +5 С до -10 С (максимум на 14%, рис. 6): А при расчетной температуре минус 20 С падение производительности составляет всего 2%, что не критично для выбора расчетной мощности системы.
Рис. 6. Коррекция мощности наружного блока по теплу на процесс стаивания инея.
Для удаления льда с наружного блока система кондиционирования включает режим оттайки, физический смысл которого сводится к кратковременному переключению кондиционера в режим охлаждения. Внутренние блоки при этом не работают, а компрессор подает фреон с температурой около 70 С на теплообменник наружного блока в течение 10 минут. Образовавшийся иней быстро тает и стекает с наружного блока. Но так как вокруг наружного блока отрицательная температура, то происходит снова замерзание конденсата под наружным блоком в виде огромных сосулек. Т.е. в случае использования системы кондиционирования в режиме тепла – нужно обязательно предусмотреть зимний комплект кондиционера, дооснащённый греющим кабелем для подогрева поддона наружного блока . Также желательно сделать организованное удаление конденсата от наружного блока по дренажным трубопроводам, которые должны быть обязательно подогреваемы и в теплоизоляции.
Выводы: использование новых инверторных систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries (Japan) в качестве тепловых насосов для отопления дома (а так же любых жилых зданий и гостиниц) вполне оправдано и экономично. Основные преимущества такого вида отопления следующие:
- Стоимость универсальной системы обогрева и охлаждения помещений ниже, чем отдельно система отопления и кондиционирования.
- За счет использования электронной системы регулирования производительности система кондиционирования точно поддерживает требуемую температуру в помещениях и быстро выходит на расчетный режим.
- Отопление дома с помощью теплового насоса очень экономично – даже для условий Москвы средняя температура отопительного периода -3 С, а система в среднем будет давать три – четыре кВт тепла на 1 кВт потребляемой энергии. Для юга России коэффициент энергоэффективности еще больше.
- Энергоноситель – фреон. Значит, при любых отключениях электричества систему разморозить невозможно.
- И самое главное – установив тепловой насос воздух - воздух на основе системы кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries, хозяин коттеджа получит не только эффективный обогрев зимой, но и полноценное поддержание комфортной температуры воздуха летом.
Недостатком систем отопления "воздух - воздух" на сегодняшний день является необходимость использования резервного источника тепла для наружной температуры -20С и ниже (например, камин). Но 90% времени обогрев коттеджа будет осуществляться именно от работы теплового насоса.
www.mhi-systems.ru
Расчет теплового насоса воздух-вода на отопление и ГВС просто и быстро
Расчет теплового насоса воздух-вода нужно выполнять с умом, чтобы потом не кусать локти. В отличие от грунта и воды, воздух более подвержен колебаниям температуры на протяжении одних суток и целого года.
Из этой публикации вы узнаете, как это правильно сделать, с какими проблемами вы сможете столкнуться. Правильно расчитать мощность теплового насоса можно выполнить самостоятельно, если воспользоваться нашими рекомендациями.
Содержание статьи
Особенности работы ТН воздух-вода на отопление
Воздух – весьма непостоянная среда. В течение суток его температура может падать на 10-15 градусов, а при резких сменах погоды и более. Многие допускают одну и ту же ошибку – делают расчет мощности теплового насоса для отопления дома на основании средней температуры. А после удивляются, что потребление энергии выше, чем заявил производитель. Поясним на наглядном примере.
Допустим, вам нужно поддерживать в доме температуру +20, а на улице днем -5, а ночью -15 градусов. Как мы видим, днем придется работать с разницей температур 25, а ночью – 35 градусов.
Казалось бы, перепад составляет всего 10 градусов или около 40% и потребление электроэнергии должно вырасти ровно настолько. Но это не так.
Принцип работы воздушного теплового насоса построен так, что его COP (КПД) меняется не по прямой зависимости. И получится, что ночью он будет потреблять не на 40%, а на 45-50% больше электроэнергии.
Из иллюстрации видно, что COP напрямую зависит от температуры наружного воздуха и температуры, до которой нужно нагреть теплоноситель (в нашем случае — воду).
Поэтому при расчете мощности воздушного теплового насоса стоит учитывать не только температуры, но и колебания COP (КПД теплового насоса). Причем в долгосрочной перспективе это немаловажно, ведь в отопительный сезон темное время суток длится до 15 часов.
В чем разница расчетов на отопление и ГВС?
Расходы на горячее водоснабжение и отопление дома несколько отличаются. Если вас интересует не отопление, а ГВС, то расчет теплового насоса воздух-вода нужно производить исходя из того, когда используется больше воды. Ведь при отоплении дома вам нужно подогревать теплоноситель постоянно, а горячую воду вы потребляете не всегда.
Обычно пики расхода приходятся на утро и вечер, а в это время суток температура на улице отличается. Если к вечеру воздух прогревается за день, то утром он максимально холодный и успел остыть за ночь. Посчитайте, сколько горячей воды уходит у вас утром и вечером, сопоставьте эти цифры.
Еще один важный момент – температура входящей воды. Она тоже может колебаться в зависимости от погоды, особенно если трубы водопровода проложены неглубоко. Если их глубина залегания больше метра – этот момент можно опустить, колебания будут невелики.
Температура воды в трубах водопровода зависит от его длины и глубины залегания.
Если использовать тепловой насос для отопления дома, его расход мощности на обогрев здания будет больше, чем на горячую воду. Хотя при общей калькуляции для точности расчетов стоит учитывать и его.
Расчет теплового насоса воздух-вода на ГВС
Теперь приступим к прямым расчетам. Для этого вам нужно знать следующее:
- Температура входящей воды;
- Расход горячей воды утром и вечером;
- Среднюю температуру на улице утром и вечером;
- Коэффициент COP (КПД) теплового насоса.
Средние температуры узнать несложно – на многих сайтах, предлагающих прогноз погоды, можно с большой точностью узнать средние колебания в вашем регионе и даже отдельном городе. COP теплового насоса при разных температурах должен указывать производитель в сопроводительной документации.
Для точности, подсчеты будем делать отдельно, для утреннего и вечернего времени. В идеале расчет теплового насоса воздух-вода стоит делать отдельно для каждого месяца, но никаких принципиальных отличий у нас не будет. Просто придется повторить процесс трижды, подставляя разные значения.
Для подсчета расхода электроэнергии нужны три значения, а именно:
∆T – разница температуры входящей воды и требуемой. Обычно нормальный уровень нагрева горячей воды +45 — +55 градусов.V – объем расхода воды в литрах.K – COP (КПД) теплового насоса при средней температуре воздуха на улице.
Формула расчета выглядит следующим образом:
∆T х V / K х 1,16.
Например, нам нужно 200 литров воды подогреть от +5 до +45 градусов, когда COP теплового насоса равен 4. Теперь подставим цифры в формулу и получим результат:
40 х 200 / 4 х 1,16 = 2320.
Таким же образом подсчитайте энергопотребление для другого времени суток с пиковым расходом, просуммируйте цифры и умножьте на количество дней в месяце. Сделайте расчет для каждого месяца и получите количество электроэнергии, нужное для ГВС с помощью теплового насоса.
Расчет теплового насоса воздух-вода для отопления
При обогреве дома подсчеты делать иначе. Здесь не имеет смысла считать расход воды, но большую роль играют теплопотери здания. Для их подсчета можно использовать онлайн-калькулятор, например: http://dokadoma.com/calc/teplo или http://teplo-info.com/otoplenie/raschet_teplopoter_online.
Как в случае с расчетами на горячую воду, лучше сегментировать данные. Сделайте расчет на темное и светлое время суток, для каждого месяца отопительного сезона отдельно. Полученные данные это то количество тепла, которое должен отдавать тепловой насос.
Далее разделите полученные данные на коэффициент COP для каждого времени суток отдельно. Так вы получите количество электроэнергии, нужное для того, чтобы тепловой насос работал в штатном режиме.
Общий расчет и нюансы
Сложив расход электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение, мы получим общие затраты на работу теплового насоса. Но остаются два нюанса, а именно:
- Производители тепловых насосов часто завышают данные. Например, они не учитывают затраты на работу помпы, которая прокачивает воду в системе отопления. Иногда график зависимости COP не соответствует действительности.
- В то время когда горячая вода не используется, она находится в баке-накопителе и постепенно остывает. Тепловой насос будет поддерживать ее температуру, на что также уходит электроэнергия.
Поэтому прибавьте к расчетной мощности еще 5-10%.
Вода в таком баке-накопителе остывает медленно, но тепловой насос тратит энергию для ее подогрева.
Как подобрать тепловой насос воздух-вода?
Как мы видим, расчет теплового насоса воздух-вода сильно зависит от COP. Соответственно, чем выше этот коэффициент, тем меньше расходы на отопление и ГВС. Но оборудование с хорошими показателями стоит немало, поэтому лучше поискать золотую середину.
Принцип работы теплового насоса воздух вода таков, что его КПД сильно зависит от температуры воздуха. В некоторых регионах и в разное время года она существенно отличается днем и ночью. Это нужно учитывать.
Когда вы получили цифры по потерям тепла на отопление и горячую воду, просчитайте расход на потребление для разных моделей и производителей тепловых насосов. Сравнив эти расчеты и стоимость оборудования, вы сможете выбрать оптимальный вариант.
Большую роль играет мощность насоса – чем больше разница между его максимальной производительностью и потреблением, тем дольше он прослужит. Нередко у более мощных моделей одной серии коэффициент COP выше, чем у менее производительных.
При выборе поставщика подсчитайте окупаемость оборудования – за какое время расходы на приобретение покроются за счет экономии. Это немаловажный фактор.
Произвести расчет теплового насоса воздух-вода не так сложно, как кажется. И чем точнее вы это сделаете, тем лучше сможете подобрать подходящую модель. В этом случае нелишне потратить несколько часов своего времени, но быть уверенным в том, что все сделали правильно, ведь тепловой насос – такое оборудование, которое служит не один год.
Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!
Похожие записи
vteple.xyz
Выбор и расчет теплового насоса
24 Июнь 2014 Главная 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.
- Дом без теплоизоляции для обогрева требует 120 Вт/м².
- То же для строения с нормальной теплоизоляцией – 80 Вт/м².
- Новостройка с хорошей теплоизоляцией – около 50 Вт/м².
- Дом с энергосберегающими технологиями – 40 Вт/м².
- 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.
- 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).
- 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.
- 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
Это интересно:
Мастерим тепловой насос своими руками. Экономим на отопленииРасчет ветрогенератора. Что нужно учитывать?Как рассчитать мощность солнечных батарей?
Это интересно:
Метки: тепловой насосwww.energya.by
калькулятор теплового насоса и его окупаемость
- Дома с хорошим утеплением со стеклопакетами 50-70 Вт/м2- Дома без дополнительного утепления с обычными оконными рамами 70-90 Вт/м2
- Помещения производственно-складского характера(гаражи, цеха и т.д.) 90-120 Вт/м2
Тепловые насосы позволяют поддерживать комфортную температуру в помещении в течение всего года. Первоначальные инвестиции, которые требуются для покупки и монтажа инженерного оборудования, быстро окупаются. Провести расчеты можно с помощью специального калькулятора, размещенного на сайте официальных представителей Waterkotte.
Принцип работы теплового насоса
- В настоящее время практически все потребители желают получать тепловую энергию из возобновляемых источников, экономить на оплате за коммунальные услуги: подаче тепла, горячего водоснабжения, электроэнергии.
- Кроме того, при использовании тепловых насосов можно не только получать комфортное тепло в холодное время года, но и отказаться от дополнительной установки кондиционеров летом.
- Автоматический перевод режима нагрева в режим охлаждения с успехом заменяет кондиционеры.
Принцип работы тепловых насосов достаточно прост. С помощью специального оборудования тепло забирается из недр земли и передается в систему отопления. Стоит отметить, только качественные и мощные тепловые насосы торгового бренда Waterkotte позволяют гарантировать потребителю длительный срок службы и надежность в течение всего периода эксплуатации. Кстати сказать, производитель дает гарантию 10 лет на насосы Waterkotte.
Калькулятор теплового насоса
Выбирая тепловые насосы, вы делаете первый шаг к экономии. Калькулятор теплового насоса позволяет рассчитать сроки окупаемости первоначальных инвестиций. В специальные строки нужно ввести площадь отапливаемых помещений в квадратных метрах, выбрать регион проживания, ввести данные тепловых потерь здания, стоимость электричества в вашем регионе, природного, сжиженного газа и дизельного топлива. Автоматически вам будут рассчитаны сроки окупаемости теплового насоса.
Как правило, полная окупаемость тепловых насосов не превышает 2-4 лет. Причем срок службы такого оборудования составляет не менее 25 лет. На практике тепловые насосы работают в два раза дольше без необходимости проведения капитального ремонта. Установки издают минимальный уровень шума, выглядят компактно, не требуют специального помещения, которое при подводе, например, природного газа, должно отвечать всем требованиям, указанным в ГОСТ. Выбирая экономичное, экологически чистое отопление, вы заботитесь о благополучии потомков, которым жить после нас на этой земле.
waterkotte.com.ru
Тепловой расчет теплового насоса
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.
heatpumps.spb.ru
Отопление тепловым насосом дома - преимущества и расчёт системы
Как происходит отопление дома с помощью теплового насоса какой принцип работы геотермального теплового насоса и многое другое, рассмотрим в этой статье. Вообще главное преимущество теплового насоса — это реальная возможность преобразования энергии электричества из 1 кВт в 5 кВт тепловой энергии. Энергоэффективность зависит, впрочем от многих факторов, которые рассмотрены ниже. Но как бы там ни было: заманчивая перспектива трансформации, не правда ли? 
Самое главное преимущество геотермального насоса — это возможность полностью исключить необходимость использования системы отопления на газу, который на сегодняшний день достаточно дорогой. Кроме дороговизны газа, вопросы возникают и к качеству такого топлива для отопительных систем. Так что Вы, кроме цены на газ, решаете вопрос со стабильностью работы системы а также не подвергаетесь проблеме проводки газа к дому и разрешения всех официальных вопросов в подключении. Короче говоря можно выделить основные плюсы использования тепловых насосов:
- Полная пожаробезопасность материалов и системы в целом
- Нет необходимости в дорогостоящем подключении газа
- Нет необходимости в монтаже дымохода, который зачастую бывает отдельной проблемой
- Сохранение нервов, ведь полностью исключается общение с газовыми конторами
- Неприхотливость в обслуживании
- Надёжность — срок службы зондов в системе геотермальных насосов до 100 лет. Компрессор — 30 лет. Об этих компонентах, ниже в статье.
- Небольшое потребление электроэнергии делает возможность подключение резервного питания в случае отключения электричества. Либо с помощью дизельного генератора, либо с помощью источника бесперебойного питания.
- После окончательного монтажа грунтовая скважина не требует каких-то особых условий, а значит не вносит никаких изменений в ландшафтный дизайн вашего участка. Внешне никто даже знать не будет о том, что в вашем частном доме происходит отопление воздушным тепловым насосом.
- Автоматика тепловых насосов работает настолько чутко, что в зависимости от малейших изменений погодных условий, способна сама изменять режим работы. Переходить с отопления на охлаждение и наоборот.
- Воздушный тепловой насос для отопления не требует особых условий для установки и работает с крайне низким уровнем шума.
- Главный минус в установке такой системы — цена на отопление тепловым насосом. Именно цена монтажа и системы.
Отопление тепловым насосом очень выгодно, ведь при достаточно небольшом использовании электричества, можно обеспечить дома комфортом, теплом и горячей водой. Кроме этого, летом тепловой насос для отопления дома, может служить как кондиционер, охлаждая помещения в доме. Если говорить про добавочную функцию в отоплении теплового насоса или подстраховки для твердотопливного котла, то таким образом, Вы обезопасите себя ещё и на случай отключения электричества, ведь можно подобрать полностью энергонезависимый твердотопливный котёл. Кроме всего прочего при использовании твердотопливных котлов в сочетании с отоплением частного дома тепловым насосом, вы можете быть уверены в максимальном КПД, ведь понизить качество электроэнергии нереально, а твёрдое топливо, вы можете контролировать сами.
Как работает геотермальный тепловой насос
Принцип работы теплового насоса заключается в работе геотермального контура. Такой контур забирает тепло из земли и обеспечивает температуру нагрева. При этом, нагревание не зависит от внешних погодных факторов. Как же работает геотермальный контур? В скважины, глубиной до сотни метров помещаются специальные грунтовые зонды, с помощью которых и происходит нагрев. В геотермальных скважинах температура всегда статична, независимо от поры года. Специальный рассол(пропилен-николь) греется, забирая от грунтового горизонта тепло, до 6 С°. Циркулируя по замкнутому контуру, тепло передаётся на испаритель теплового насоса. На конденсаторе, насос преобразует тепло до 60 С°. Таким образом, мы имеем температуру, готовую к нагреву непосредственно теплоносителя. Вода нагревается и подаётся по системе в дом, для использования в бытовых целях и нагрева для системы отопления. Принцип действия охлаждения, при тёплой погоде, разделяется на два типа:
- Активное — компрессор в работе, но тепловой насос работает наоборот. Забирает тепло из системы отопления и передаёт температуры в грунт. Грунтовые зонды осуществляют передачу тепла уже в землю.
- Пассивное — вода охлаждается в теплообменнике при выключенном компрессоре.
Важно!
Отопление тепловым насосом своими руками сделать достаточно сложно, ведь такая система отопления тепловым насосом, очень сложная с точки зрения инженерии. Как следствие в виду неправильного монтажа системы или неопытности в монтаже, даже фирма, целенаправленно занимающаяся геотермальными насосами, может наломать дров. Начиная от падения КПД, путём снижения эффективности преобразования, вплоть до неработающей системы в итоге вообще. Чаще всего фирмы “играются” с глубиной скважины, чтобы составить более демократичную смету и удешевить всю систему в целом. Конечно, цена отопления дома тепловым насосом сразу упадёт для заказчика, таким образом фирма будет иметь возможность сделать систему дешевле, но потом начнутся проблемы с эксплуатацией. Например скважины могут смерзаться, в следствие чего, тепловой насос по эффективности упадёт в разы. Как бы не пришлось ставить отопительные приборы для отогрева отопительной системы. Это ведь бред?
Также можно уменьшить цену на тепловые насосы для отопления, путём применения дешёвых зондов, которые развалятся в скором времени. Решение конечно есть: бурить новые скважины, разрушая уже готовый ландшафтный проект, но оно Вам надо? Так что лучше тщательно выбирайте качественные комплектующие и не поскупитесь купить тепловой насос для отопления подороже.Ещё в целях экономии, в контур, заливают антифриз вместо пропилена гликоля. Это дешевле, да, но такой антифриз может отравить почву на вашем участке.
Короче говоря, обдумывая как и что сделать, не поскупитесь на нормальную, качественно сделанную, систему отопления. Стоимость отопления тепловым насосом, а именно монтажа системы, выйдет в таком случае первоначально дороже, зато Вы будете иметь работающую систему на сто лет вперед.
Тепловые насосы — расчёт отопления.
Отопление загородного дома тепловым насосом или дома в черте города, в плане расчётов зависит от многих факторов. Но всё же можно выделить общие тенденции в расчётах.Коэффициент преобразования — определяет эффективность геотермального насоса. Этот коэффициент характеризуется соотношением полученного тепла и потраченной электроэнергией. Обычно, при правильном монтаже системы, такой коэффициент составляет около пяти. Другими словами 1 кВт потраченной электроэнергии даёт 5 кВт тепловой энергии.
Путём несложных математических махинаций можно вычислить стоимость одного кВт тепла, например с учётом тарифов в Украине. Тариф на март 2015 года составляет 30,84 коп за кВт/ч. Таким образом стоимость кВт тепла, которое произведено в системе отопления тепловым насосом, составляет около 7 копеек.
Цена на тепловой насос отопления
Что входит в стоимость теплового насоса отопления? В зависимости от фирмы-монтажника системы отопления на тепловом насосе, комплект может включать в себя по работам и комплектующим:
- Скважины, бурение скважин.
- Спуск зондов.
- Комплектация скважин
- Монтаж системы. Гребенка зондов, гидравлическая обвязка, автоматика.
- Бойлер
- Тепловой насос
- Геотермальные зонды
- Пропилен-гликоль
Тепловой насос сегодня один из основных видов альтернативного отопления дома. Конечно, стоимость геотермального отопления и системы в целом зависит от многих факторов. Это и производитель — брэнд, и мощность, и глубина бурения, возможностей в теплоотдаче у грунта и многого другого. Но если уж сильно округлить и внести в стоимость монтаж котельной, бурение нескольких, необходимых для нормальной работы скважин до 100метров, тепловой насос, зонды, обвязку, то при квадратуре дома в районе 300 метров квадратных, отопление тепловым насосом обойдётся Вам в 25 тысяч долларов. Опять-таки, стоимость очень приблизительная. Также учтите, что собрать правильно систему теплового насоса намного сложнее, чем скажем установить электрический котёл отопления. Так что желательно обратиться за подробной информацией к фирмам, которые занимаются целенаправленно монтажом таких систем отопления.
tverdo-kotel.com
