Расчет мощности теплового насоса

Тепловой насос является довольно дорогостоящим оборудованием, поэтому  правильный расчет мощности этого узла в системе отопления способен обеспечить не только минимизацию стартовых затрат на  установку, но и в дальнейшем сократить расходы связанные с его эксплуатацией.  Безусловно, основным показателем теплового насоса является его мощность.

Для определения параметров указанной величины необходимо обладать следующими данными:

— Тепловые потери сооружения;

— Потребление тепловой энергии;

— Разновидность отопительной системы, применяемой на объекте.

В промышленных и частных постройках суммарные теплопотери складываются:  из потерь тепловой энергии через всевозможные ограждающие конструкции (стены, окна, двери, потолок, полы) и расхода тепловой энергии необходимого для обогрева воздуха, поступающего к помещению через непллотности в защитных сооружениях.

При этом уровень теплопотерь через ограждающие конструкции может быть определен по следующей формуле:

  Qогр = F ( tвн – tн) (1 + ? ? ) n / Rо    (Вт)

где:

tн – температура воздуха снаружи объекта   (°С);

tвн – температура внутри помещения  (°С);

F – суммарная площадь стен всего сооружения (м²  );

n – коэффициент, учитывающий расположение объекта относительно наружного воздуха. Для сооружений с перекрытиями, напрямую контактирующими с наружным воздухом n=1; для объектов с чердачными перекрытиями n=0,9; если же объект расположен над неотапливаемым подвалом n = 0,75;

? – добавочные теплопотери, зависящие от типа ограждающих конструкций и условий географической ориентации. Данный коэффициент располагается в диапазоне от 0,05 до 0,27 и подбирается по специальным таблицам.

R_о  –  сопротивление теплопередаче может быть определено по следующему выражению:

       R_о = 1/ ?_в + ? ( ?_і / ?_і ) + 1/ ?_н (м²·°С / Вт),

где:

?_і / ?і – рассчитываемый коэффициент теплопроводности. Зависит от материала слоя и его габаритных параметров;

?_н – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций (Вт/ м²·^оС);

?_в — коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждающей конструкции              (Вт/ м²·^оС);

Данные переменные тепловосприятия и теплоотдачи могут быть подобраны из индивидуальных особенностей объекта по следующим табличным данным:

Суммарные теплопотери всего сооружения могут быть определены по формуле:

 Qтп = Qогр + Quнф – Qбыт ,

где:

Quнф – расход тепловой энергии, необходимой для подогрева воздуха, поступающего в помещение через непллотности защитных элементов. Этот параметр может быть определен по формуле:

 Q_инф = 0,28 G_і с ( t_вн – t_н) k,

где:

k – коэффициент, учитывающий направленный тепловой поток и зависящий от конструкции окон и балконных дверей. Для раздельно-переплетных конструкций он равен 0,8;  для одинарных и парно-переплетных систем приравнивается к 1;

Gі – объем воздуха, проникающего внутрь объекта через указанные непллотности (кг/ч). Зависит от скорости ветра, габаритов защитных сооружений, расчетной площади всех стен здания, его высоты и типа конструкции.

Qбыт —  тепловыделения от функционирования бытовых приборов в доме (освещение, кухонная техника, бытовая электроника и прочее). Обычно этот параметр для жилых объектов принимается в размере 15-20 Вт на 1 м² отапливаемой площади.

Следующим этапом станет определение необходимого количества тепла для каждого индивидуального объекта. Рассчитать это можно по формуле:

где:

tвн – температура воздуха внутри помещения, обычно принимается 20 °С;

tнар – наружная температура окружающего воздуха, принимается в диапазоне -15;-20;-25 °С;

tнар.ср – среднеарифметическая температура окружающего воздуха за период отопительного сезона;

d – количество дней отопительного сезона;

Qтп – суммарные теплопотери всего объекта.

Помимо этих значений необходимо прибавить долю тепловой энергии необходимой для подогрева горячей воды:

 Qгв = L * 17  (кВтчас за год.)

где:

L – объем ежедневного нагрева воды до 50 °С, принимаемое в размере 50 литров в день.

Общий расход тепловой энергии определяется суммированием двух представленных параметров:

Q = Qгв + Qd (кВтчас за год.)

Исходя из рассчитанных данных, выполнить определение мощности теплового насоса не составит особого труда. Так, при работе теплогенератора в моновалентном режиме (единственный источник тепловой энергии) необходимая мощность оборудования может быть рассчитана из соотношения:

Qтн=1,1xQ ,

где:

1,1 – добавочный коэффициент позволяющий покрыть расход тепла теплогенератором в период отключений электроэнергии или во время действия низкого тарифа.