ТСКБ-Гранит

Энергосбережение , Энергоаудит , Энергетический паспорт , Программа энергоэффективности , Тепловизионное обследование , Электролаборатория

тел. +7 (495) 589-96-11
+7 (498) 720-93-43

Передвижная электротехническая лаборатория

Отопительное оборудование

Электротехническое оборудование

Энергоаудит

Программа энергосбережения

Энергосбережение

Библиотека

Расчет теплового насоса

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/м 2 в год. По данным зарубежных компаний, срок службы траншей и скважин составляет более 100 лет.

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов он составляет 20 Вт/м. Более точно: сухой песок – 10, сухая глина – 20, влажная глина – 25, глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м. Разницу температуры теплоносителя в прямой и обратной линии петли при расчетах принимают обычно равной 3 °С. На участке над коллектором не следует возводить строений, чтобы тепло земли пополнялось за счет солнечной радиации.

Минимальное расстояние между проложенными трубами должно быть 0,7–0,8 м. Длина одной траншеи составляет обычно от 30 до 120 м. В качестве теплоносителя первичного контура рекомендуется использовать 25-процентный раствор гликоля. В расчетах следует учесть, что его теплоемкость при температуре 0 °С составляет 3,7 кДж/(кг•К), плотность – 1,05 г/см 3 . При использовании антифриза потери давления в трубах в 1,5 раза больше, чем при циркуляции воды. Для расчета параметров первичного контура теплонасосной установки потребуется определить расход антифриза:

Vs = Qo•3600 / (1,05•3,7•.t),

где .t – разность температур между подающей и возвратной линиями, которую часто принимают равной 3 К, а Qo – тепловая мощность, получаемая от низкопотенциального источника (грунт). Последняя величина рассчитывается как разница полной мощности теплового насоса Qwp и электрической мощности, затрачиваемой на нагрев фреона P:

Суммарная длина труб коллектора L и общая площадь участка под него A рассчитываются по формулам:

Здесь q – удельный (с 1 м трубы) теплосъем; da – расстояние между трубами (шаг укладки).

Пример расчета Теплового Насоса

Исходные условия: теплопотребность коттеджа площадью 120–240 м 2 (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 м 2 ;
4. общий расход гликолевого раствора Vs = 11,28•3600/ (1,05•3,7•3) = 3,51 м 3 /ч, расход на один контур равен 0,58 м 3 /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 – t_откл), где t_откл – 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 м 2 на 4 человек при тепловых потерях 70 Вт/м 2 (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!

Калькулятор тепловых насосов

Калькулятор тепловых насосов

Предварительный расчёт применения реверсивного теплового насоса

Установите числовую данную зимнего температурного режима применимого к Вашему региону. Установленная Вами температура будет исчислять пиковую тепловую нагрузку для Вашего строения.

Пример: -20 (расчет будет учитывать данную температуру, как const для первоначального выбора требуемого оборудования)

Установите числовую данную летнего температурного режима применимого к Вашему региону. Установленная Вами температура будет исчислять пиковую холодильную нагрузку для Вашего строения.

Пример: 33 (расчет будет учитывать данную температуру, как const для первоначального выбора требуемого оборудования)

Данная теплопотери (строения) это данная, которая гласит о пропускной способности стен, кровли, пола (фундамента), оконных и дверных проемов.

Такая данная вычисляется архитектурным подразделением, которое выполняло строительный проект. Так же эта данная может быть исчислена профессиональным инженером, проектировщиком выполняющим работы по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВиК).

ЭТО ОДНА ИЗ ГЛАВНЫХ ДАННЫХ, КОТОРАЯ ИСЧИСЛЯЕТ

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ВАШЕГО СТРОЕНИЯ!

Чем меньше данная теплопотери, тем больше Вы экономите средств как первоначальных, так и последующих затрат.

Примерный акцент данных:

Новый энергоэффективный дом (термос) – от 20 до 40 Вт/м2

Дом среднего утепления (блок, кирпич, утепление) – от 40 до 60 Вт/м2

Старое строение (кирпич, без утепления) — от 60 до 100 Вт/м2

Установите числовую данную соответствующую Вашему строению.

Пример: 65 (расчет будет учитывать данную, как const для первоначального выбора требуемого оборудования)

Данная, которая учитывает потребление горячей воды на вашем строении.

Расчетная данная от 50 до 80 литров на одного человека в сутки.

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОСЪЁМА

Выберите технологию по которой будет осуществляться отбор первичной энергии.

От температуры воздуха на улице, от температуры земли или температуры подземной воды.

ВОЗДУХ-ВОДА при данной технологии буровые работы не требуются, но при этом СОР системы ниже, чем у двух других источников.

ГРУНТ-ВОДА – технология при которой, отбирается тепло земли.

Вертикальный контур требует несколько скважин глубиной от 40 до 100м, с расстоянием между ними от 5 до 6м, температура первичного теплоносителя всегда в пределах от +10°С до +15°С, что положительно влияет на СОР системы.

Горизонтальный контур требует большой свободной площади около строения. Роется котлован глубиной от 1,5 до 2,5 м для укладки коллектора; температура первичного теплоносителя всегда в пределах от 0°С до +8°С.

ВОДА-ВОДА – технология при которой делается две скважины от 20 до 100м. Одна «подъемная», из нее мы качаем подземную воду с температурным графиком от +6°С до +17°С, а вторая «сбросная», куда сбрасываем тот же объем воды, но с наименьшей температурой (обычно на 4-6°С меньше первичной t°C).

Реальный опыт эксплуатации теплового насоса «воздух-вода»

Постоянный рост цен на энергоносители заставляет собственников загородной недвижимости задуматься, как сократить затраты на отопление. Один из вариантов — построить утеплённый дом с минимальными теплопотерями. Второй шаг — смонтировать низкотемпературную систему отопления. Третье — нагреть теплоноситель тепловым насосом класса «воздух-вода». На первый взгляд кажется, что это — неоправданно дорогое решение, а воздушный тепловой насос будет неэффективно работать зимой. Проверим, так ли это, на примере пользователей FORUMHOUSE, которые установили в доме тепловые насосы.

• Отопление зимой тепловым насосом «воздух-вода» — миф или реальность
• Сколько тепла вырабатывает тепловой насос «воздух-вода» при отрицательных температурах
• Выводы и рекомендации

Тепловой насос «воздух-вода» — реальные факты

Этот вид теплового оборудования вызывает массу споров. Пользователи делятся на два лагеря. Одни считают, что, для отопления дома, ничего лучше не придумано. Другие полагают что, из-за дороговизны тепловых насосов (ТН) и суровых климатических условий во многих регионах РФ, первоначальные вложения не отобьются. Выгоднее положить деньги в банк, а, на полученные проценты, отапливать дом электричеством. Как всегда, истина посередине. Забегая вперёд скажем, что, в статье речь пойдёт только о тепловых насосах «воздух-вода». Сначала немного теории.

Источники тепла для теплового насоса:

Важный момент: Тепловой насос не производит тепло. Он перекачивает тепло из внешней среды к потребителю, но, чтобы тепловой насос функционировал, требуется электричество. Эффективность работы теплового насоса выражается в соотношении перекаченной тепловой энергии к потреблённой из электрической сети. Эта величина называется коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Если в технических характеристиках теплового насоса заявлено, что COP = 3, то, это означает, что ТН перекачает в три раза больше тепла, чем «возьмёт» электричества.

Кажется, что вот оно, — решение всех проблем — условно говоря, потратив за один час 1 кВт электричества мы, за это время, получим 3 киловатт-часа тепла для системы отопления. В действительности, т.к. речь идёт о воздушных тепловых насосах с внешним блоком, установленным снаружи дома, коэффициент трансформации за отопительный сезон будет варьироваться в зависимости от температуры на улице. В сильные морозы (-25 — -30 °C и ниже) СОР воздушника падает до единицы.

Это останавливает загородных жителей от установки тепловых насосов «воздух-вода» — оборудования, в котором перекаченное тепло используется для нагрева жидкого теплоносителя. Люди считают, что для наших условий — не южных регионов страны, лучше всего подходят геотермальные тепловые насосы с закопанным в землю грунтовым теплообменником — системой труб, уложенных горизонтально или вертикально.

Я часто сталкиваюсь с мифом, что тепловой насос «воздух-вода» неэффективен в морозы, а вот геотермальный ТН — самый то. Сравните коэффициент трансформации теплоты оборудования весной. Геотермальный контур после зимы истощен. Хорошо если там температура около 0 градусов. А вот воздух уже достаточно прогрет. Потребность в тепле уменьшается, но не пропадает летом, т.к. горячее водоснабжение нужно круглый год. Геотермальные ТН отлично подходят для регионов с суровой зимой и длительным отопительным периодом. Для Южного федерального округа и Московской области ТН «воздух-вода» показывает сравнимый с геотермальником среднегодовой СОР.

Можно ли дешево отопить загородный дом зимой тепловым насосом «воздух-вода»

Я инженер. С 2003 года профессионально занимаюсь промышленными холодильниками и климатическими системами и поэтому в теме ТН. В феврале 2017 года я купил дом без внутренней отделки в пригороде Воронежа. Встал вопрос, как отопить коттедж. Была возможность за 400 тыс. руб. завести на участок магистральный газ. Но я выбрал тепловой насос «воздух-вода». На покупку потратил 8 тыс. евро и ничуть не жалею об этом.

Прежде, чем рассказать об эксплуатационных затратах Bavares36 и выгоде использования теплового насоса, опишем, а это важно знать, конструктив дома:

• Отапливаемая площадь двухэтажной «коробки» 130 кв. м.
• «Пирог» стен — панели из арболита толщиной 3.5 см, монолитный сердечник цемент + опилки — 25 см, несъёмная опалубка — пенопласт толщиной 9 см, отделка — декоративная штукатурка 0.5 см. Итого: общая толщина стены – 38 см.
• Перекрытие второго этажа деревянное.
• Крыша утеплена пенопластом толщиной 14 см.
• В доме, на первом и втором этаже, установлены большие окна в пол.

1. Отопление.

• На первом этаже дома смонтировано 8 контуров низкотемпературной системы отопления — тёплый пол (6 контуров) и теплые стены (2 контура).
• На втором этаже 6 отопительных контуров. Два контура теплых стен. Теплый пол в ванной и три контура в комнатах.

1. Система ГВС.

• В доме два санузла. Водопотребители — ванная, душ + мойка на кухне.
• В системе ГВС стоит циркуляционный насос.
• Дополнительно в доме, в санузлах, установлены полотенцесушители.

Для теплоснабжения дома используется тепловой насос «воздух-вода». Оборудование смонтировано и запущено 5 октября 2017 года. Важный нюанс! У ТН «воздух-вода» основная цена приходится на внутренний блок, т.к. в нём находятся: ТЭНы для нагрева воды для ГВС и для дополнительного нагрева теплоносителя в сильные морозы, теплоаккумулятор и прочее оборудование.

Переходим к цифрам. За шесть месяцев отопительного сезона Bavares36 потребил, по данным выделенного на ТН электросчётчика, электроэнергии:

• октябрь — 1000 кВт*ч;
• ноябрь -1000 кВт*ч;
• декабрь — 1000 кВт*ч;
• январь — 1700 кВт*ч;
• февраль — 1900 кВт*ч;
• март — 1900 кВт*ч.

Итого, общее потребление, с октября по март, составило 8500 кВт*ч. Тариф на электроэнергию — 2.52 руб. за 1 кВт*ч. Теперь считаем сколько заплатил пользователь за отопительный сезон включая ГВС: 8500х2.25= 21420 рублей.

За теплый период (с апреля по сентябрь включительно) счетчик теплового насоса «намотал» порядка 2500 киловатт-часов. Т.е. — 6300 руб. Итого, за календарный год, затраты на отопление и горячее водоснабжение — 27720 рублей. Я считаю, что тепловой насос «воздух-вода» отлично подходит для моих климатических условий. ТЭНы подключались периодически, при большом потреблении воды и при морозах -25 градусов Цельсия. А это всего две недели за зиму.

Для полноты картины приведём наблюдения пользователей портала, также эксплуатирующих тепловые насосы «воздух-вода».

У меня дом площадью 250 кв. м построенный из газобетона. Толщина газосиликатных блоков – 300 мм. Стены снаружи утеплены каменной ватой толщиной 10 см и оштукатурены. На первом этаже смонтированы теплые полы. Установленная температура +23 °C. На втором этаже радиаторы. Температуру выставил +24 °C.

Сначала пользователь отапливал дом электрокотлом мощностью 24 кВт. Потом, коттеджей в поселке стало больше, и начались проблемы с подачей электричества. Vovanadm поставил твердотопливный котел мощностью 30 кВт. Но ему быстро надоело быть кочегаром. В итоге пользователь установил тепловой насос «воздух-вода». Почему? Не нужно копать или бурить землю на участке под грунтовый теплообменник. ТН потребляет 2.35 кВт в час. СОР в отопительный сезон 3. Это дешевле, чем отапливать дом электричеством. Далее пользователь хочет перейти на дневной-ночной тариф. Ниже прилагаются фото со смонтированной системой и потреблёнными киловатт-часами с конца сентября по конец октября.