Расчет тепловых насосов

Расчеты

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 3–6.

Говоря более точно, источниками низкопотенциального тепла могут быть наружный воздух температурой от –10 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).

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

Пример расчета теплового насоса

Исходные условия: Необходимо выбрать тепловой насос для отопления и горячего водоснабжения коттеджного двухэтажного дома, площадью 200м 2 ; температура воды в системе отопления должна быть 35 °С; минимальная температура теплоносителя – 0 °С. Теплопотери здания-50Вт/м2. Грунт глиняный,сухой.

Требуемая тепловая мощность на отопление: 200*50=10 кВт ;

Требуемая тепловая мощность на отопление и горячее водоснабжение: 200*50*1.25=12.5 кВт

Для обогрева здания выбран тепловой насос WW H R P C 12 мощностью 14,79 кВт (ближайший больший типоразмер), затрачивающий на нагрев фреона 3,44 кВт. Теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина) q равняется 20 Вт/м. Рассчитываем:

1) требуемую тепловую мощность коллектора Qo = 14,79 – 3,44 = 11,35 кВт;

2) суммарную длину труб L = Qo/q = 11,35/0,020 = 567.5 м. Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по 100 м;

3) при шаге укладки 0,75 м необходимая площадь участка А = 600 х 0,75 = 450 м2;

4) общий расход гликолевого раствора(25%)

Vs = 11,35·3600/ (1,05·3,7·dt) = 3,506 м3/ч,

dt – разность температур между подающей и возвратной линиями, часто принимают равной 3 К.расход на один контур равен 0,584 м3/ч. Для устройства коллектора выбираем металлопластиковую трубу типоразмера 32 (например, РЕ32х2). Потери давления в ней составят 45 Па/м; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость потока теплоносителя – 0,3 м/с.

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/см3. 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:
Qo=Qwp–P,кВт.
Суммарная длина труб коллектора L и общая площадь участка под него A рассчитываются по формулам:
L=Qo/q, A=L·da.
Здесь q – удельный (с 1 м трубы) теплосъем; da – расстояние между трубами (шаг укладки).

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 горизонтальногоколлектора. При удельном теплосъеме зонда 50 Вт/м и требуемой мощности 11,35 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 25 (РЕ25х2.0); 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.

Важно знать: как продумать расчет теплового насоса

Поиск альтернативных источников, обеспечивающих энергией многие сферы человеческой деятельности, стал в последнее время актуальной задачей. Люди стремятся активнее использовать энергию солнца, ветра, источников воды, чтобы снизить затраты на решение проблем, связанных с теплоснабжением зданий. При этом, вопрос экологии имеет немаловажное значение, поскольку уменьшение вредных выбросов, загрязняющих атмосферу, важен как никогда.

Для создания благоприятных и комфортных условий проживания в жилищно-бытовом секторе в последние годы начали применять ветрогенераторы, солнечные коллекторы, экономные теплогенераторы одновременно с реализацией мероприятий, которые помогают повысить теплоизоляцию объекта теплоснабжения.

По мнению профессионалов, работающих в данной сфере, эффективным и экономичным мероприятием считается использование геотермальных источников тепловой энергии – специальных насосов. Их принципиальное устройство позволяет извлекать тепло из окружающей среды, трансформировать его и перемещать к месту применения (детальнее: “Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы”).

Источниками энергии для тепловых насосов выступают вода, воздух, грунт, а процесс выработки тепла происходит по причине использования физических свойств некоторых веществ, называемых хладагентами. Они способны закипать даже при низких температурах.

Порядок расчета тепловых насосов

Решение относительно выбора и расчет тепловых насосов, таких как на фото, представляет определенную сложность.

Результат вычислений зависит в основном от индивидуальных особенностей обогреваемого строения и состоит из нескольких этапов:

    Прежде всего, определяют потери тепла, происходящие через ограждающие конструкции постройки (к ним относятся окна, двери, стены, перекрытия). Для этого пользуются следующей формулой:

    Qок = Sх( tвн – tнар)х(1 + Σ β ) х n / Rт (Вт), где

S – сумма площадей всех ограждающих конструкций (м²);
tвн – температура воздуха внутри здания (°С);
tнар – температура воздуха снаружи (°С);

n – коэффициент, отражающий влияние окружающего пространства на характеристики строения. Если помещение напрямую контактирует с наружной средой посредством перекрытия, то данный показатель равен 1. Когда объект имеет чердачные перекрытия, п равно 0,9. Если объект находится над подвальным помещением, коэффициент составляет 0,75 (детальнее: “Тепловой расчет помещения и здания целиком, формула тепловых потерь”).
β – коэффициент дополнительных теплопотерь, зависящий от типа постройки и его географического местоположения. Данный показатель, когда производится расчет теплового насоса, находится в интервале от 0,05 до 0,27;

Rт – это показатель теплосопротивления, которое определяется по следующей формуле:

Rт = 1/ α внутр + Σ ( δі / λі ) + 1/ α нар (м²х°С / Вт), где:

α внутр – коэффициент, характеризующий тепловое поглощение внутренних поверхностей конструкций ограждения (Вт/ м²х°С);
δі / λі – является расчетным показателем теплопроводности материалов, применяемых при строительстве;
α нар – величина теплового рассеивания наружных поверхностей конструкций ограждения (Вт/ м²х°С);

Далее, чтобы сделать расчет тепловых насосов, применяют формулу для определения суммарных потерь тепла строения:

Qт.пот = Qок + Qи – Qбп , где:

Qи – затраты на подогрев воздуха, который поступает через естественные неплотные места;
Qбп – выделение тепла в результате работы бытовых приборов и человеческой деятельности.

На данном этапе рассчитывают потребляемую тепловую энергию для каждого из объектов в течение года:

Qгод = 24х0.63хQт. пот.х(( dх ( tвн – tнар.ср.)/ ( tвн – tнар.)) кВт/час), где:
tнар.ср – среднеарифметическое значение температур, которые фиксируются у наружного воздуха на протяжении всего отопительного периода;
d – количество дней в отопительном сезоне.

Затем нужно определить тепловую мощность, необходимую для разогрева воды в течение года, для чего используют выражение:

Qгв = V х17 (кВт/час за календарный год), где
V х17 – ежедневный объем нагрева воды до 50 °С.

  • Суммарное потребление тепловой энергии определяют по формуле:

    Q = Qгв + Qгод (кВт/час за один год)


  • Преимущества использования теплового насоса, смотрите на видео:

    После того, как завершен расчет теплового насоса, с учетом полученных данных приступают к выбору данного прибора для обеспечения теплоснабжения и горячего водоснабжения. При этом расчетную мощность определяют, исходя из выражения:
    Qтн=1,1хQ, где:

    1,1 является корректирующим коэффициентом, поскольку при возникновении критических температур возможно увеличение нагрузок на тепловой насос.

    Когда сделаны необходимые расчеты, несложно подобрать подходящий для данного помещения тепловой насос, который обеспечит комфортный микроклимат в нем для людей, находящихся в комнате.

    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.

    Читайте также:  Расчет калорифера

    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 – tоткл), где tоткл – продолжительность перерыва в электроснабжении.

    В случае возможного отключения электроэнергии на 4ч этот коэффициент будет равен 1,2.

    Мощность теплового насоса можно подбирать исходя из моновалентного или бивалентного режима его работы. В первом случае предполагается, что тепловой насос используется как единственный генератор тепловой энергии.

    Следует принимать во внимание: даже в нашей стране продолжительность периодов с низкой температурой воздуха составляет небольшую часть отопительного сезона. Например, для Центрального региона России время, когда температура опускается ниже –10 °С, составляет всего 900 ч (38 сут), в то время, как продолжительность самого сезона – 5112 ч, а средняя температура января составляет примерно –10 °С. Поэтому наиболее целесообразной является работа теплового насоса в бивалентном режиме, предусматривающая включение дополнительного теплогенератора в периоды, когда температура воздуха опускается ниже определенной: –5 °С – в южных регионах России, –10 °С – в центральных. Это позволяет снизить стоимость теплового насоса и, особенно, работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.п.), которая сильно увеличивается при возрастании мощности установки.

    В условиях Центрального региона России для примерной оценки при подборе теплового насоса, работающего в бивалентном режиме, можно ориентироваться на соотношение 70/30: 70 % потребности в тепле покрываются тепловым насосом, а оставшиеся 30 – электрическим котлом или другим теплогенератором. В южных регионах можно руководствоваться соотношением мощности теплового насоса и дополнительного генератора тепла, часто используемым в Западной Европе: 50 на 50.

    Для коттеджа площадью 200 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!

    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.

    Читайте также:  Система вентиляции производственных помещений

    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.

    Основные разновидности

    Системы отбора тепла. (Для увеличения нажмите)

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

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

    КПД и СОР

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

    Для начала определимся в терминах:

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

    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:

    Расчет тепловых насосов

    Геотермальные тепловые насосы, принципы действия, разновидности и эффективность применения. Преимущества тепловых насосов перед традиционными видами отопления. Капитальные затраты и расчет необходимой тепловой мощности для конкретного помещения.

    РубрикаПроизводство и технологии
    Видкурсовая работа
    Языкрусский
    Дата добавления24.02.2015
    Размер файла611,7 K

    Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

    Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

    Размещено на http://www.allbest.ru/

    Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

    Санкт-Петербургский государственный экономический университет

    Институт сервиса автотранспорта, коммунальной и бытовой техники

    Кафедра «Машины и оборудование бытового и жилищно-коммунального назначения»

    на тему: Расчет тепловых насосов

    по дисциплине: «Бытовые машины и приборы»

    Работу выполнил: Мельник А.О.

    Работу проверил: Лепеш Г.В.

    Санкт-Петербург – 2014 г.

    1. Источники тепла. Геотермальные тепловые насосы

    2. Принцип действия теплового насоса

    3. Пять преимуществ тепловых насосов перед традиционными видами отопления

    4. Эффективность применения теплового насоса

    5. Сравнение текущих расходов на отопление для населения по состоянию на август 2008

    6. Капитальные затраты

    7. Некоторые справочные данные

    8. Примеры для расчета

    1. Источники тепла. Геотермальные тепловые насосы

    Как известно, геотермальные 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.

    2. Принцип действия теплового насоса

    Тепловой насос, принцип работы которого построен на цикле Карно по сути – тепловой двигатель, который, в отличие от традиционного процесса горения, позволяет обеспечивать теплоснабжение объекта за счет тепла окружающей среды или возвратного (сбросное) тепла технологических процессов. Важным фактором является чрезвычайно низкое потребление тепловым насосом энергии для своей работы – затрачивая 1 кВт электричества, тепловой насос способен генерировать 4кВт тепла. Для некоторых типов тепловых насосов этот показатель может быть и выше. Говоря иначе, принцип действия теплового насоса основан на переносе тепловой энергии от низкопотенциального источника (вода, воздух, земля) к потребителю (теплоносителю) за счет затраты энергии на преобразование рабочего тела. Схематично тепловой насос можно представить из четырех основных элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и сбросного клапана. С рабочим контуром самого теплового насоса связаны еще два контура: первичный (внешний), в котором циркулирует рабочая среда (вода, антифриз или воздух), отбирающая тепло окружающей среды (земля, воздух, вода), и вторичный – вода в системах отопления и горячего водоснабжения.

    Принцип работы тепловых насосов базируется на способности рабочего тела, которым является жидкость, способная закипать и испаряться даже при минусовой температуре (например, фреон). Температура низкопотенциального источника энергии, воспринимаемая испарителем, выше температуры кипения фреона при соответствующем давлении. Вследствие теплоотдачи фреон вскипает и переходит в газообразное состояние. Пары фреона поступают в компрессор, в котором сжимаются. При этом его давление и температура увеличивается. Затем горячий и сжатый фреон направляется в конденсатор, охлаждаемый теплоносителем. На охлажденных поверхностях конденсатора пары фреона конденсируются, переходя в жидкое состояние, а его теплота передается теплоносителю, который в дальнейшем используется в системах отопления и горячего водоснабжения. Жидкий фреон направляется в сбросной клапан, проходя через который он снижает давление и температуру и снова возвращается в испаритель. Цикл при этом завершается и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор.

    3. Пять преимуществ тепловых насосов перед традиционными видами отопления

    Экономичность – высокий коэффициент мощности – на производство 4-х кВт тепловой энергии идет 1 кВт электроэнергии, т.е. три из полученных киловатта потребителю обойдутся бесплатно – это тепло, отобранное насосом из окружающей среды. На практике это означает ежегодную экономию затрат на эксплуатацию.

    Универсальность – с помощью теплового насоса можно решить не только задачу топления, но и охлаждения.

    Независимость от наличия источника тепла.

    Исключительная долговечность – единственный элемент, который подвергается механическому износу – это компрессор

    Пожарная и экологическая безопасность – получение тепла не сопровождается процессом горения.

    Источники тепла для тепловых насосов

    В системах теплоснабжения объектов любого функционального назначения в качестве источников низкопотенциальной тепловой энергии могут быть использованы естественные, непрерывно возобновляемые ресурсы Земли:

    Поверхностные водоемы и грунтовые воды

    Грунт ниже глубины промерзания.

    В качестве искусственных, техногенных источников низкопотенциального тепла могут выступать:

    Удаляемый вентиляционный воздух

    Сточные воды системы канализации

    Промышленные сбросы технологических вод

    Разновидности тепловых насосов

    Тип теплового насоса определяется типом того источника тепла, который он использует как первичный. Напомним, что первичный источник тепла может быть как естественного, природного происхождения (грунт, вода, воздух), так и промышленного (удаляемый вентиляцией воздух, технологические и очищенные сточные воды).

    Тепловые насосы типа «воздух-вода»

    Окружающий атмосферный воздух особенно привлекателен для использования в качестве источника тепла, он имеется повсеместно и неограниченно. Воздушные тепловые насосы не требуют ни горизонтальных коллекторов, ни вертикальных зондов. Компактный наружный блок эффективно отбирает тепло воздуха и органично вписывается в любой интерьер. Тепловые насосы «воздух-вода» способны работать круглый год, как зимой, так и летом. Однако при температурах ниже -15С система отопления должна быть дополнена вторым отопительным прибором, например, газовым или твердотопливным котлом. Преимущество – снижение инвестиционных затрат по сравнению с другими типами тепловых насосов за счет отсутствия вспомогательных земляных работ, простота конструкции для использования в целях и отопления, и охлаждения. Недостаток – температурный лимит первичного источника тепла. Коэффициент мощности – 1,5-2.

    Читайте также:  Расчет систем отопления частного дома

    Тепловые насосы типa «вода-вода»

    Грунтовые воды – хороший аккумулятор солнечной тепловой энергии. Даже в зимний период дни они сохраняют постоянную положительную температуру (например, для Северо-Западного региона этот показатель находится на уровне +5+7°С). Однако, на наш взгляд, наилучшие перспективы применения имеют тепловые насосы, работающие на тепле сточных и технологических вод. Непрерывный водный поток, его высокий температурный уровень гарантируют постоянно высокий коэффициент мощности. Для промышленных предприятий инвестиции в теплонаносную установку сразу же, с момента запуска, обеспечат экономию средств на отопление и сократят зависимость от централизованных сетей теплообеспечения. В этом случае сбрасываемое в стоки тепло, по сути – источник дополнительного дохода, который без использования теплового насоса был бы невозможен. Преимущество – стабильность работы. Недостаток – для стабильной работы необходим постоянный поток вод удовлетворительного качества. Коэффициент мощности – 4-6.

    Тепловые насосы типа «грунт-вода»

    Тепловая энергия Солнца воспринимается грунтом либо непосредственно в форме радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого с дождем или от воздуха. Аккумулированное грунтом тепло отбирается либо вертикальным грунтовыми зондами, либо горизонтально проложенными грунтовыми коллекторами. Насосы этого типа также называют геотермальными тепловыми насосами. Преимущество – стабильность работы и самый высокий теплосъем среди всех типов тепловых насосов. Недостаток – относительно высокая стоимость буровых работ в случае геотермального теплового насоса и большая площадь для размещения горизонтальных грунтовых коллекторов (при потребности в тепле около 10 кВт и сухом глинистом грунте площадь коллектора должна быть не менее 450 м кв). Коэффициент мощности 3-5.

    геотермальный тепловой насос отопление

    4. Эффективность применения теплового насоса

    Можно сократить общий расход газа более чем в два раза, либо при наличии альтернативных источников электроэнергии отказаться от него вообще, то для конкретных объектов в настоящее время много зависит от тарифной политики государства, расположения, теплоизоляционных свойств объекта и т. д.

    5. Сравнение текущих расходов на отопление для населения по состоянию на август 2008

    Тарифы: 1000 м. куб. газа — 300 долл. США

    1 квт.ч. электроэнергии — 0,1 долл. США

    Для обычного чугунного напольного котла с кпд = 0,82 из 1000 м. куб. газа получим:

    1000 * 9,1 квт.ч. м. куб. * 0,82 = 7462 квт.ч. тепла

    Для суперсовременного конденсационного котла с кпд = 1,05 — 9555 квт.ч. тепла.

    Для получения такого же количества тепла с помощью среднеэффективного универсального ТН нужно в первом случае:

    7462 / 4,5 = 1658 квт.ч. электроэнергии стоимостью 166 долл.

    9555 / 4,5 = 2123 квт.ч., стоимостью 212 долл.

    Уменьшение затрат по сравнению со стоимостью газа (300 долл.) соответственно:

    (300 – 166) / 300 — 45%

    (300 – 212) / 300 — 29%

    1000 м. куб. — 350 долл.

    1 квт.ч. электроэнергии — 0,12 долл.

    1000 м. куб. — 141 600 руб. = 66 долл.

    1 квт.ч. электроэнергии — 74,7 руб. = 0,0349 долл.

    Это если использовать утвержденные 2007 г. во многих странах дифференцированные по времени тарифы, т.е. отключать ТН в периоды максимальных нагрузок энергосистемы с 8.00 по 11.00 и с 19.00 по 22.00, что реально с использованием аккумуляторов тепла. Экономия по сравнению с обычным газовым котлом – всего до 12%. Но это сегодня. Ситуация когда газ продается по 200-230$ не может продолжаться долго. Вероятно что-то подобное будет введено и в Молдове.

    Стоимость самого теплового насоса значительно выше стоимости газового котла, что впрочем не сильно изменит общую смету при новом строительстве приличного коттеджа. Цены практически сравниваются при необходимости строительства 200–300 м. газопровода. Если строится не временный фанерный домик, а капитальное строение для детей и внуков, будет некрасиво оставить им в наследство зависимость от давления в газовой трубе. Уж что-что, а электричество в стране будет всегда. А вот с газом могут возникнуть проблемы уже в ближайшем будущем. Знаменитый монополист Газпром, имеющий десятки миллиардов долларов долгов, не от хорошей жизни стремительно повышает цены на газ не только для ближайших союзников, но и для внутрироссийских потребителей. Просто не на что производить разведку и освоение новых месторождений, латать построенные еще при СССР трубопроводы. Особенно когда его основные доходы от экспорта газа в Европу через Украину тихо уплывают в неизвестном направлении через швейцарских учредителей фирмы-экспортера «УкрГазэнерго» и никого в Молдове это не волнует. Других же поставщиков у нас нет и не предвидится.

    7. Некоторые справочные данные

    ХОТИТЕ ПОСМОТЕРТЬ НАШИ РАБОТЫ?

    Купить тепловой насос можно в нашем интернет магазине

    Тепловые насосы для отопления частного дома все чаще находят применение в нашей стране для отопления частного дома, офисного здания, гостиницы. Также их часто используют для горячего водоснабжения и нагрева воды в бассейнах. Тепловые насосы способны обеспечить оптимальный температурный режим и микроклимат в помещении, а также могут справиться с задачами кондиционирования. Экономическая составляющая применения тепловых насосов становится все очевиднее. Компания Гео-Комфорт является имеет собственное производство тепловых насосв. Также мы производим продажу, монтаж и сервисное обслуживание тепловых насосов.

    Наши преимущества

    Собственное производство
    Профессионализм Индивидуальное проектирование Высокое качествоВыгодные цены

    Новые видео по тепловым насосам

    Виды тепловых насосов

    Продажа надежного сертифицированного оборудования для отопления, водоснабжения и канализации от европейских производителей на выгодных условиях — основная специализация интернет-магазина Гео-Комфорт.

    Наш магазин отопительной техники предлагает купить:

    • отопительное оборудование и комплектующие для систем отопления (котлы, бойлеры, радиаторы, внутрипольные конвекторы, трубы и другие комплектующие для систем отопления и водяного теплого пола, котельное оборудование и т.п.);
    • комплектующие для систем водоснабжения (насосы, водонагреватели проточные, компоненты для очистки воды и т.п.);
    • оборудование для систем канализации (септики, канализационные и дренажные насосы и т.п.).

    ВХОД В ИНТЕРНЕТ-МАГАЗИН

    Большая часть оборудование произведено в европейских странах и сертифицировано для применения на территории России. Мы работаем с такими брендами как REHAU , VIESSMANN , GIACOMINI , DE DITERICH , BAXI , ELSEN , KERMI , OVENTROP , REFLEX и многие другие. Интернет –магазин отопительной техники. Низкие цены, бесплатная доставка по Краснодару. Доставка по Краснодарскому краю. Все виды оплат.

    Комплектация объектов оборудованием и материалами «под ключ»


    Статьи по теплов ым насосам

    Расчет теплового насоса

    Геотермальные тепловые насосы продолжают получать все большее распространение. Неисчерпаемые источники тепловой энергии, такие как воздух, грунт, вода, сточные воды позволяют с экономией в 400-500% и отапливать наши дома, когда рядом нет магистрального газа. Тепловой насос не требует особого внимания к себе и тем самым система отопления на базе такого альтернативного источника тепла, будет надежной, комфортной и безопасной.

    Задумываясь об установке теплового насоса, многие задумываются о расчете мощности необходимого оборудования. В этой статье мы предлагаем разобраться что входит в расчет теплового насоса, как и в какой последовательности этот расчет производится.

    Этапы расчета теплового насоа

    Первый этап – расчет теплопоетрь

    Основное, что необходимо сделать в первою очередь – это определить теплопотери здания. За расчетом теплопотерь лучше обратиться к специалистам. Сейчас существует достаточно программ, способных рассчитать теплопоетри с высокой точностью как для всего дома, так и для каждого помещения в отдельности. Также существуют простенькие программы в интернете, которыми можно воспользоваться самостоятельно. Можно рассчитать вручную, рассчитав теплопотери через стены, полы, крышу, окна и вентиляцию. Для такого расчета необходимо обладать определенными знаниями. Самый простой способ – воспользоваться усредненными данными. Для предварительного расчета теплового насоса достаточно будет воспользоваться любым способом. Учитывая, что стоимость киловатта теплового насоса высока и если будет принято окончательное решение об установке геотермальной системы, то расчет должен быть достаточно точным и выполнен специалистами. Промах на один киловатт может стоить дополнительных 30-50 тысяч рублей.

    Второй этап. Расчет внешнего контура теплового насоса

    Источником низкопотенциального тепла может быть воздух, грунт, вода, сточные воды. На этом этапе рассчитывается длина труб и необходимая площадь участка для горизонтального геотермального контура. Для вертикальных зондов определяется длина скважин с помещенным в них геотермальными зондами. Для открытой схемы из скважины в скважину рассчитывается необходимый дебет и подбирается погружной насос.

    Особое внимание необходимо уделить расчету теплового насоса воздух-вода. Дело в том, что источник тепла воздух, в отличии от геотермальных систем, сильно влияет на выходную тепловую мощность теплового насоса. Все производители, в характеристиках, пишут выходную мощность, для наружных температур от +2С до +7С. Одни указывают на +2С, другие на +5С, третьи на +7С. На эти параметры необходимо обращать внимание. Что происходит? При понижении температуры, выходная мощность теплового насоса воздух-вода падает. Допустим при +5С мощность была 10 кВт, то при -10С мощность может уменьшится до 6-7 кВт. У производителей компрессоров есть специальные таблицы или графики. В этих таблицах указывается мощность компрессора в зависимости от температуры входящего низкопотенциального тепла. С помощью таблиц, под определенную отрицательную температуру, можно подобрать тепловой наос. Допустим подобрали на +5С мощностью 16 кВт, при -10С он выдаст необходимые 10 кВт.

    Расчет теплового насоса по бивалентной схеме.

    Бивалентная схема, это когда к тепловому насосу добавляется дополнительный источник тепла. Что это значит? Предположим, что мы рассчитали теплопотери и они получились у нас 10 кВт. Мы можем установить тепловой насос такой мощности, сделать для него внешний геотермальный контур и обеспечить себя необходимым теплом на весь отопительный сезон. Теплопоетри рассчитываются на холодную пятидневку. Возьмем для примера г. Краснодар. Холодная пятидневка составляет -19С. Такая температура в этом городе бывает редко и держится недолго. Основной отопительный сезон проходит в районе нуля градусов. Иногда температура опускается до -8 – -10С. Таких дней не более 20%. В этом случае теплопотери рассчитываются на -10С, а недостающая мощность добирается другим источником. В качестве такого источника может выступать дизельный, электрический, твердотопливный или газовый котел. Бивалентная схема позволяет установить тепловой насос меньшей мощности и существенно сэкономить на стоимости самого насоса и стоимости работ по обустройству внешнего контура.

    Бивалентная схема может также пригодиться и в случае, когда не хватает электрической мощности. Тогда расчет теплвого насоса производится исходя из выделенной электрической мощности. Допустим теплопоетри составили 20 кВт. Потребление теплового насоса при такой мощности будет 5 кВт, а выделенная электрическая мощность на дом 7,5 кВт. Оставшихся 2,5 кВт вряд ли хватит на современный дом. В этом случае тепловой насос берется на 12 кВт, он сможет закрыть процентов 80 отопительного сезона, а недостающие 8 кВт можно покрыть небольшим дизельным или газовым котлом на сжиженном газе.

    Во всех случаях, расчет теплового насоса делается исходя из конкретного объекта и конкретного технического задания. Если вам необходимо сделать расчет теплового насоса, вы можете обратиться в компанию «Гео-Комфорт». Наши специалисты смогут дать исчерпывающую информацию по всем пунктам расчетов.

    Добавить комментарий