Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример

Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример

Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример

Тепловой расчёт системы отопления большинству представляется легким и не требующим особого внимания занятием. Огромное количество людей считают, что те же радиаторы нужно выбирать исходя из только площади помещения: 100 Вт на 1 м.кв. Всё просто. Но это и есть самое большое заблуждение. Нельзя ограничиваться такой формулой. Значение имеет толщина стен, их высота, материал и многое другое. Конечно, нужно выделить час-другой, чтобы получить нужные цифры, но это по силам каждому желающему.

Исходные данные для проектирования системы отопления

Чтобы произвести расчет расхода тепла на отопление, нужен, во-первых, проект дома.

План дома позволяет получить практически все исходные данные, которые нужны для определения теплопотерь и нагрузки на отопительную систему

Он должен содержать внутренние и наружные размеры каждого помещения, окон, наружных дверных проёмов. Внутренние двери остаются без внимания, поскольку на тепловые потери они не оказывают никакого влияния.

Во-вторых, понадобятся данные о расположении дома по отношению к сторонам света и районе строительства – климатические условия в каждом регионе свои, и то, что подходит для Сочи, не может быть применено к Анадырю.

В-третьих, собираем информацию о составе и высоте наружных стен и материалах, из которых изготовлены пол (от помещения до земли) и потолок (от комнат и наружу).

После сбора всех данных можно приступать к работе. Расчет тепла на отопление можно выполнить по формулам за один-два часа. Можно, конечно, воспользоваться специальной программой от компании Valtec.

Для расчёта теплопотерь отапливаемых помещений, нагрузки на систему отопления и теплоотдачи от отопительных приборов в программу достаточно внести только исходные данные. Огромное количество функций делают её незаменимым помощником и прораба, и частного застройщика

Она значительно всё упрощает и позволяет получить все данные по тепловым потерям и гидравлическому расчету системы отопления.

Формулы для расчётов и справочные данные

Расчет тепловой нагрузки на отопление предполагает определение тепловых потерь(Тп) и мощности котла (Мк). Последняя рассчитывается по формуле:

Мк=1,2* Тп, где:

  • Мк – тепловая производительность системы отопления, кВт;
  • Тп – тепловые потери дома;
  • 1,2 – коэффициент запаса (составляет 20%).

Двадцатипроцентный коэффициент запаса позволяет учесть возможное падение давления в газопроводе в холодное время года и непредвиденные потери тепла (например, разбитое окно, некачественная теплоизоляция входных дверей или небывалые морозы). Он позволяет застраховаться от ряда неприятностей, а также даёт возможность широкого регулирования режима температур.

Как видно из этой формулы мощность котла напрямую зависит от теплопотерь. Они распределяются по дому не равномерно: на наружные стены приходится порядка 40% от общей величины, на окна – 20%, пол отдаёт 10%, крыша 10%. Оставшиеся 20% улетучиваются через двери, вентиляцию.

Плохо утеплённые стены и пол, холодные чердак, обычное остекление на окнах — всё это приводит к большим потерям тепла, а, следовательно, к увеличению нагрузки на систему отопления. При строительстве дома важно уделить внимание всем элементам, ведь даже непродуманная вентиляция в доме будет выпускать тепло на улицу

Материалы, из которых построен дом, оказывают самое непосредственное влияние на количество потерянного тепла. Поэтому при расчётах нужно проанализировать, из чего состоят и стены, и пол, и всё остальное.

В расчётах, чтобы учесть влияние каждого из этих факторов, используются соответствующие коэффициенты:

  • К1 – тип окон;
  • К2 – изоляция стен;
  • К3 – соотношение площади пола и окон;
  • К4 – минимальная температура на улице;
  • К5 – количество наружных стен дома;
  • К6 – этажность;
  • К7 – высота помещения.

Для окон коэффициент потерь тепла составляет:

  • обычное остекление – 1,27;
  • двухкамерный стеклопакет – 1;
  • трёхкамерный стеклопакет – 0,85.

Естественно, последний вариант сохранит тепло в доме намного лучше, чем два предыдущие.

Правильно выполненная изоляция стен является залогом не только долгой жизни дома, но и комфортной температуры в комнатах. В зависимости от материала меняется и величина коэффициента:

  • бетонные панели, блоки – 1,25-1,5;
  • брёвна, брус – 1,25;
  • кирпич (1,5 кирпича) – 1,5;
  • кирпич (2,5 кирпича) – 1,1;
  • пенобетон с повышенной теплоизоляцией – 1.

Чем больше площадь окон относительно пола, тем больше тепла теряет дом:

Соотношение площади окон к площади пола Значение коэффициента
10% 0,8
10-19% 0,9
20% 1,0
21-29% 1,1
30% 1,2
31-39% 1,3
40% 1,4
50% 1,5

Температура за окном тоже вносит свои коррективы. При низких показателях теплопотери возрастают:

  • До -10С – 0,7;
  • -10С – 0,8;
  • -15C — 0,90;
  • -20C — 1,00;
  • -25C — 1,10;
  • -30C — 1,20;
  • -35C — 1,30.

Теплопотери находятся в зависимости и от того, сколько внешних стен у дома:

  • четыре стены – 1,33;%
  • три стены – 1,22;
  • две стены – 1,2;
  • одна стена – 1.

Хорошо, если к нему пристроен гараж, баня или что-то ещё. А вот если его со всех сторон обдувают ветра, то придётся покупать котёл помощнее.

Количество этажей или тип помещения, которые находится над комнатой определяют коэффициент К6 следующим образом: если над дом имеет два и более этажей, то для расчётов берём значение 0,82, а вот если чердак, то для теплого – 0,91 и 1 для холодного.

Что касается высоты стен, то значения будут такими:

  • 4,5 м – 1,2;
  • 4,0 м – 1,15;
  • 3,5 м – 1,1;
  • 3,0 м – 1,05;
  • 2,5 м – 1.

Помимо перечисленных коэффициентов также учитываются площадь помещения (Пл) и удельная величина теплопотерь (УДтп).

Итоговая формула для расчёта коэффициента тепловых потерь:

Тп = УДтп * Пл * К1 * К2 * К3 * К4 * К5 * К6 * К7.

Коэффициент УДтп равен 100 Ватт/м2.

Разбор расчетов на конкретном примере

Дом, для которого будем определять нагрузку на систему отопления, имеет двойные стеклопакеты (К1 =1), пенобетонные стены с повышенной теплоизоляцией (К2= 1), три из которых выходят наружу (К5=1,22). Площадь окон составляет 23% от площади пола (К3=1,1), на улице около 15С мороза (К4=0,9). Чердак дома холодный (К6=1), высота помещений 3 метра (К7=1,05). Общая площадь составляет 135м2.

Исходные данные известны, значит дальше всё как в школе: подставляет в формулу цифры и получаем ответ:

Пт = 135*100*1*1*1,1*0,9*1,22*1*1,05=17120,565 (Ватт) или Пт=17,1206 кВт

Теперь можно рассчитать мощность отопительной системы:

Расчёт нагрузки и теплопотерь можно выполнить самостоятельно и достаточно быстро. Нужно всего потратить пару часов на приведение в порядок исходных данных, а потом просто подставить значения в формулы. Цифры, которые вы в результате получите помогут определиться с выбором котла и радиаторов.

Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

HEAT CONSUMPTION CALCULATION MANUAL FOR EXISTING RESIDENTION BUILDINGS

Дата введения 2011-09-01

Сведения о руководстве

1 РАЗРАБОТАНО творческим коллективом специалистов некоммерческого партнерства “Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике” (НП “АВОК”) по заданию Департамента топливно-энергетического хозяйства г.Москвы:

В.И.Ливчак, канд. техн. наук, государственный эксперт по проведению экспертизы проектной документации (НП “АВОК”) – руководитель;

Ю.А.Табунщиков, доктор техн. наук, проф. (НП “АВОК”);

М.М.Бродач, канд. техн. наук, проф. (НП “АВОК”);

Е.Г.Малявина, канд. техн. наук, проф. (МГСУ);

Н.В.Шилкин, канд. техн. наук, доцент (МАрхИ).

2 УТВЕРЖДЕНО Первым заместителем Мэра Москвы в Правительстве Москвы, руководителем Комплекса городского хозяйства Москвы 20 сентября 2005 г.

3 Настоящее руководство согласовано с Департаментом жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г.Москвы, Комитетом по архитектуре и строительству г.Москвы (Москомархитектурой), ОАО “Моспроект”, ГУП “Мосжилниипроект”, ГУП МНИИТЭП, НП “Российское теплоснабжение”, ОАО “ВНИПИэнергопром”, НИИСФ РААСН, НП “Группа Тепло”, ООО “ТЕРМЭК”.

4 ВЗАМЕН руководства АВОК-8-2007 “Руководство по расчету теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий” со следующими уточнениями:

Документ содержит в качестве приложения оптический носитель (CD-ROM) с программой расчета теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий и примером расчета, изложенным в настоящем руководстве.

Введение

Количество тепловой энергии, потребляемой системами отопления, вентиляции и горячего водоснабжения здания, является необходимым показателем при определении тепловой эффективности зданий, проведении энергоаудита, деятельности энергосервисных организаций, сравнении фактического теплопотребления здания, измеренного теплосчетчиком, с требуемым исходя из фактических теплотехнических характеристик здания и степени автоматизации системы отопления и во многих других случаях.

Преимуществами представленного метода определения являются:

– детализированный в необходимой степени учет теплопотерь за счет воздухообмена с учетом инфильтрации;

– учет в тепловом балансе здания внутренних теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых теплопоступлений;

– учет в тепловом балансе здания теплопотребления помещениями общественного и технического назначения;

– возможность проведения расчетов потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания не только за отопительный период, но и за отдельные его части.

В руководстве содержится методика обработки наружных климатических параметров, необходимых для определения расчетного теплопотребления здания при фактических значениях наружных климатических параметров за отопительный или иной период времени.

1 Область применения

1.1 Настоящее руководство предназначено для расчета количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий высотой до 25 этажей включительно, в которых встроенно-пристроенные помещения общественного назначения не превышают по площади 15% от площади квартир. Руководство не предназначено для зданий с системой кондиционирования воздуха.

1.2 Метод расчета количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий предназначен для использования теплоснабжающими организациями, управляющими жилым фондом компаниями, арендаторами и собственниками жилья.

1.3 Метод расчета, изложенный в руководстве, позволяет:

– прогнозировать потребление тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилого здания за отопительный период или за его часть;

– рассчитывать потребление тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилого здания за отопительный период или за его часть при известных (или заданных) значениях сопротивлений теплопередаче и воздухопроницанию ограждающих конструкций здания при отсутствии домовых счетчиков тепловой энергии и горячей воды;

– сравнивать фактическое теплопотребление здания, измеренное теплосчетчиком, с требуемым исходя из фактических теплотехнических характеристик здания и степени автоматизации системы отопления;

– распределять объемы потребляемой тепловой энергии на отопление и вентиляцию между зданиями с различными тепловыми характеристиками при наличии счетчиков тепловой энергии на ЦТП и при отсутствии домовых систем учета;

– разрешать спорные ситуации между теплоснабжающими организациями, управляющими жилым фондом компаниями, арендаторами и собственниками жилья;

– проводить энергоаудит с целью выявления причин увеличенных теплопотерь;

– пересчитывать тепловые нагрузки при смене назначения помещений;

– оценивать в конкретных условиях эффективность энергосберегающих мероприятий;

– рассчитывать удельные тепловые характеристики зданий по результатам измерений теплосчетчиком;

– определять лимиты требуемой тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий.

1.4 В настоящем руководстве учтены разделение жилища на категории по уровню комфорта, изложенное в МГСН 3.01-2001 “Жилые здания”, нормы минимального воздухообмена в помещениях жилых зданий, приведенные в СТО НП “АВОК” 2.1-2008 “Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена”, а также методика расчета удельного теплопотребления на отопление и вентиляцию жилых зданий за отопительный период, включая встроенно-пристроенные помещения общественного назначения, изложенная в СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”.

2 Нормативные ссылки

В настоящем руководстве использованы ссылки на нормативные документы, приведенные в приложении А.

3 Термины и определения

В настоящем руководстве использованы термины с соответствующими определениями, приведенные в приложении Б.

4 Расчет количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых зданий за отопительный период при нормативных и при фактических значениях параметров наружного климата

4.1 Количество тепловой энергии, требуемой для отопления и вентиляции жилых зданий за отопительный период, , кВт·ч, определяют по формуле

, (1)

где – теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период, кВт·ч; определяют по формуле (2);

– теплопотери здания за счет вентиляционного воздухообмена с учетом инфильтрации за отопительный период, кВт·ч; определяют по формуле (5);

– бытовые теплопоступления в квартирах и в помещениях общественного назначения за отопительный период, кВт·ч; определяют по формулам (7а) и (7б);

– теплопоступления через наружные светопрозрачные ограждающие конструкции от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов по восьми румбам за отопительный период, кВт·ч; определяют по формуле (8);

– коэффициент, учитывающий снижение использования теплопоступлений в периоды превышения их над теплопотерями помещений; 0,8 – для зданий с улучшенной теплозащитой; 0,85 – для зданий строительства до 2000 г. и не подвергавшихся капитальному ремонту;

– коэффициент эффективности систем автоматического регулирования подачи теплоты на отопление; рекомендуемые значения: 1,0 – в системе отопления с термостатами и пофасадным авторегулированием на узле управления ввода или с поквартирной горизонтальной разводкой; 0,95 – в двухтрубной системе отопления с термостатами и с центральным авторегулированием на вводе; 0,9 – в двухтрубной системе отопления с термостатами без авторегулирования на вводе; 0,9 – в однотрубной системе с термостатами и с центральным авторегулированием на вводе или в однотрубной системе без термостатов и с пофасадным авторегулированием на вводе; 0,85 – в однотрубной системе с термостатами и без авторегулирования на вводе; 0,7 – в системе без термостатов и с центральным авторегулированием на вводе с коррекцией по температуре внутреннего воздуха; 0,6 – в системе без термостатов и с центральным авторегулированием на вводе без коррекции по температуре внутреннего воздуха; 0,5 – в системе без термостатов и без авторегулирования на вводе (центральное регулирование температуры теплоносителя в ЦТП или в котельной в зависимости от температуры наружного воздуха);

– коэффициент, учитывающий снижение теплопотребления жилых зданий при наличии поквартирного учета потребленной тепловой энергии; из-за отсутствия статистических данных принимают равным: 0,1 – для центральных систем отопления с измерением теплоотдачи на отопительном приборе или на стояке; 0,15 – для квартирных систем отопления с измерением теплосчетчиком в целом на квартиру; 0 – при отсутствии поквартирного учета потребленной тепловой энергии;

– коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения, дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными теплопотерями через зарадиаторные участки ограждений, повышенной температурой воздуха в угловых помещениях; в приточной вентиляции общественных зданий – учитывающий теплопотери воздуховодов, проложенных в неотапливаемых помещениях; рекомендуемые значения: 1,13 – для многосекционных и других протяженных зданий; 1,11 – для зданий башенного типа; 1,07 – для зданий с отапливаемыми подвалами или с техподпольями, но с отапливаемыми чердаками; 1,05 – для зданий с отапливаемыми чердаками и подвалами, а также с квартирными генераторами теплоты.

4.2 Теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период , кВт·ч, определяют по формуле

, (2)

где – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут; определяют по формуле

, (3)

где – средняя за отопительный период температура внутреннего воздуха в здании, °С; нижнее значение оптимальных параметров принимают по ГОСТ 30494-96: 20 °С – для жилых зданий и помещений общественного назначения, где люди заняты умственным трудом на территориях с -30 °С ( – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С; принимают по СНиП 23-01-99* как среднюю температуру самой холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, для Москвы принимают -26 °С); 21 °С – то же на территориях с более низкой температурой наружного воздуха; для других помещений – по соответствующим СНиПам;

, – соответственно средняя за отопительный период температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха ниже 8 °С (по СНиП 23-01-99*), а для территорий с -30 °С и ниже – со средней суточной температурой наружного воздуха ниже 10 °С; для Московского региона на основании Информации Гидрометеобюро по Москве и Московской области о климатических изменениях в Московском регионе (приложение 1 к Постановлению Правительства от 20.04.2010 г. N 333-ПП) принимают (20+1,5)·214=4600 °С·сут;

– приведенное сопротивление теплопередаче, м ·°С/Вт, стен, окон, витражей, покрытий или перекрытий верхнего этажа, цокольных перекрытий, перекрытий под эркером или над проездом, наружных дверей и ворот; принимают по проектным данным или расчетам по СНиП 23-02-2003 согласно фактической конструкции, для многослойных ограждающих конструкций с учетом коэффициента теплотехнической однородности. Сопротивление теплопередаче стен в земле и полов по грунту при отапливаемых подвалах или отсутствии техподполий следует определять по зонам в соответствии с приложением 9 СНиП 2.04.05-91* ;

На территории Российской Федерации документ не действует. Действует СНиП 41-01-2003, здесь и далее по тексту. – Примечание изготовителя базы данных.

Тепловой расчет системы отопления: формулы, справочные данные и конкретный пример

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

HEAT CONSUMPTION CALCULATION MANUAL FOR EXISTING RESIDENTION BUILDINGS

Дата введения 2011-09-01

Сведения о руководстве

1 РАЗРАБОТАНО творческим коллективом специалистов некоммерческого партнерства “Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике” (НП “АВОК”) по заданию Департамента топливно-энергетического хозяйства г.Москвы:

В.И.Ливчак, канд. техн. наук, государственный эксперт по проведению экспертизы проектной документации (НП “АВОК”) – руководитель;

Ю.А.Табунщиков, доктор техн. наук, проф. (НП “АВОК”);

М.М.Бродач, канд. техн. наук, проф. (НП “АВОК”);

Е.Г.Малявина, канд. техн. наук, проф. (МГСУ);

Н.В.Шилкин, канд. техн. наук, доцент (МАрхИ).

2 УТВЕРЖДЕНО Первым заместителем Мэра Москвы в Правительстве Москвы, руководителем Комплекса городского хозяйства Москвы 20 сентября 2005 г.

3 Настоящее руководство согласовано с Департаментом жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства г.Москвы, Комитетом по архитектуре и строительству г.Москвы (Москомархитектурой), ОАО “Моспроект”, ГУП “Мосжилниипроект”, ГУП МНИИТЭП, НП “Российское теплоснабжение”, ОАО “ВНИПИэнергопром”, НИИСФ РААСН, НП “Группа Тепло”, ООО “ТЕРМЭК”.

4 ВЗАМЕН руководства АВОК-8-2007 “Руководство по расчету теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий” со следующими уточнениями:

Документ содержит в качестве приложения оптический носитель (CD-ROM) с программой расчета теплопотребления эксплуатируемых жилых зданий и примером расчета, изложенным в настоящем руководстве.

Введение

Количество тепловой энергии, потребляемой системами отопления, вентиляции и горячего водоснабжения здания, является необходимым показателем при определении тепловой эффективности зданий, проведении энергоаудита, деятельности энергосервисных организаций, сравнении фактического теплопотребления здания, измеренного теплосчетчиком, с требуемым исходя из фактических теплотехнических характеристик здания и степени автоматизации системы отопления и во многих других случаях.

Преимуществами представленного метода определения являются:

– детализированный в необходимой степени учет теплопотерь за счет воздухообмена с учетом инфильтрации;

– учет в тепловом балансе здания внутренних теплопоступлений от солнечной радиации и бытовых теплопоступлений;

– учет в тепловом балансе здания теплопотребления помещениями общественного и технического назначения;

– возможность проведения расчетов потребления тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания не только за отопительный период, но и за отдельные его части.

В руководстве содержится методика обработки наружных климатических параметров, необходимых для определения расчетного теплопотребления здания при фактических значениях наружных климатических параметров за отопительный или иной период времени.

1 Область применения

1.1 Настоящее руководство предназначено для расчета количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий высотой до 25 этажей включительно, в которых встроенно-пристроенные помещения общественного назначения не превышают по площади 15% от площади квартир. Руководство не предназначено для зданий с системой кондиционирования воздуха.

1.2 Метод расчета количества тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий предназначен для использования теплоснабжающими организациями, управляющими жилым фондом компаниями, арендаторами и собственниками жилья.

1.3 Метод расчета, изложенный в руководстве, позволяет:

– прогнозировать потребление тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилого здания за отопительный период или за его часть;

– рассчитывать потребление тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилого здания за отопительный период или за его часть при известных (или заданных) значениях сопротивлений теплопередаче и воздухопроницанию ограждающих конструкций здания при отсутствии домовых счетчиков тепловой энергии и горячей воды;

– сравнивать фактическое теплопотребление здания, измеренное теплосчетчиком, с требуемым исходя из фактических теплотехнических характеристик здания и степени автоматизации системы отопления;

– распределять объемы потребляемой тепловой энергии на отопление и вентиляцию между зданиями с различными тепловыми характеристиками при наличии счетчиков тепловой энергии на ЦТП и при отсутствии домовых систем учета;

– разрешать спорные ситуации между теплоснабжающими организациями, управляющими жилым фондом компаниями, арендаторами и собственниками жилья;

– проводить энергоаудит с целью выявления причин увеличенных теплопотерь;

– пересчитывать тепловые нагрузки при смене назначения помещений;

– оценивать в конкретных условиях эффективность энергосберегающих мероприятий;

– рассчитывать удельные тепловые характеристики зданий по результатам измерений теплосчетчиком;

– определять лимиты требуемой тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых зданий.

1.4 В настоящем руководстве учтены разделение жилища на категории по уровню комфорта, изложенное в МГСН 3.01-2001 “Жилые здания”, нормы минимального воздухообмена в помещениях жилых зданий, приведенные в СТО НП “АВОК” 2.1-2008 “Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена”, а также методика расчета удельного теплопотребления на отопление и вентиляцию жилых зданий за отопительный период, включая встроенно-пристроенные помещения общественного назначения, изложенная в СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”.

2 Нормативные ссылки

В настоящем руководстве использованы ссылки на нормативные документы, приведенные в приложении А.

3 Термины и определения

В настоящем руководстве использованы термины с соответствующими определениями, приведенные в приложении Б.

4 Расчет количества тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилых зданий за отопительный период при нормативных и при фактических значениях параметров наружного климата

4.1 Количество тепловой энергии, требуемой для отопления и вентиляции жилых зданий за отопительный период, , кВт·ч, определяют по формуле

, (1)

где – теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период, кВт·ч; определяют по формуле (2);

– теплопотери здания за счет вентиляционного воздухообмена с учетом инфильтрации за отопительный период, кВт·ч; определяют по формуле (5);

– бытовые теплопоступления в квартирах и в помещениях общественного назначения за отопительный период, кВт·ч; определяют по формулам (7а) и (7б);

– теплопоступления через наружные светопрозрачные ограждающие конструкции от солнечной радиации с учетом ориентации фасадов по восьми румбам за отопительный период, кВт·ч; определяют по формуле (8);

– коэффициент, учитывающий снижение использования теплопоступлений в периоды превышения их над теплопотерями помещений; 0,8 – для зданий с улучшенной теплозащитой; 0,85 – для зданий строительства до 2000 г. и не подвергавшихся капитальному ремонту;

– коэффициент эффективности систем автоматического регулирования подачи теплоты на отопление; рекомендуемые значения: 1,0 – в системе отопления с термостатами и пофасадным авторегулированием на узле управления ввода или с поквартирной горизонтальной разводкой; 0,95 – в двухтрубной системе отопления с термостатами и с центральным авторегулированием на вводе; 0,9 – в двухтрубной системе отопления с термостатами без авторегулирования на вводе; 0,9 – в однотрубной системе с термостатами и с центральным авторегулированием на вводе или в однотрубной системе без термостатов и с пофасадным авторегулированием на вводе; 0,85 – в однотрубной системе с термостатами и без авторегулирования на вводе; 0,7 – в системе без термостатов и с центральным авторегулированием на вводе с коррекцией по температуре внутреннего воздуха; 0,6 – в системе без термостатов и с центральным авторегулированием на вводе без коррекции по температуре внутреннего воздуха; 0,5 – в системе без термостатов и без авторегулирования на вводе (центральное регулирование температуры теплоносителя в ЦТП или в котельной в зависимости от температуры наружного воздуха);

– коэффициент, учитывающий снижение теплопотребления жилых зданий при наличии поквартирного учета потребленной тепловой энергии; из-за отсутствия статистических данных принимают равным: 0,1 – для центральных систем отопления с измерением теплоотдачи на отопительном приборе или на стояке; 0,15 – для квартирных систем отопления с измерением теплосчетчиком в целом на квартиру; 0 – при отсутствии поквартирного учета потребленной тепловой энергии;

– коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения, дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, их дополнительными теплопотерями через зарадиаторные участки ограждений, повышенной температурой воздуха в угловых помещениях; в приточной вентиляции общественных зданий – учитывающий теплопотери воздуховодов, проложенных в неотапливаемых помещениях; рекомендуемые значения: 1,13 – для многосекционных и других протяженных зданий; 1,11 – для зданий башенного типа; 1,07 – для зданий с отапливаемыми подвалами или с техподпольями, но с отапливаемыми чердаками; 1,05 – для зданий с отапливаемыми чердаками и подвалами, а также с квартирными генераторами теплоты.

4.2 Теплопотери здания через наружные ограждающие конструкции за отопительный период , кВт·ч, определяют по формуле

, (2)

где – градусо-сутки отопительного периода, °С·сут; определяют по формуле

, (3)

где – средняя за отопительный период температура внутреннего воздуха в здании, °С; нижнее значение оптимальных параметров принимают по ГОСТ 30494-96: 20 °С – для жилых зданий и помещений общественного назначения, где люди заняты умственным трудом на территориях с -30 °С ( – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С; принимают по СНиП 23-01-99* как среднюю температуру самой холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, для Москвы принимают -26 °С); 21 °С – то же на территориях с более низкой температурой наружного воздуха; для других помещений – по соответствующим СНиПам;

, – соответственно средняя за отопительный период температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха ниже 8 °С (по СНиП 23-01-99*), а для территорий с -30 °С и ниже – со средней суточной температурой наружного воздуха ниже 10 °С; для Московского региона на основании Информации Гидрометеобюро по Москве и Московской области о климатических изменениях в Московском регионе (приложение 1 к Постановлению Правительства от 20.04.2010 г. N 333-ПП) принимают (20+1,5)·214=4600 °С·сут;

– приведенное сопротивление теплопередаче, м ·°С/Вт, стен, окон, витражей, покрытий или перекрытий верхнего этажа, цокольных перекрытий, перекрытий под эркером или над проездом, наружных дверей и ворот; принимают по проектным данным или расчетам по СНиП 23-02-2003 согласно фактической конструкции, для многослойных ограждающих конструкций с учетом коэффициента теплотехнической однородности. Сопротивление теплопередаче стен в земле и полов по грунту при отапливаемых подвалах или отсутствии техподполий следует определять по зонам в соответствии с приложением 9 СНиП 2.04.05-91* ;

На территории Российской Федерации документ не действует. Действует СНиП 41-01-2003, здесь и далее по тексту. – Примечание изготовителя базы данных.

Тепловой насос принцип работы

Принцип работы теплового насоса

Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла – нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр. – с каждым годом возрастает, привычный комфорт – горячая вода и отопление – становится все дороже.

Владельцы квартир и особенно частных домов озабочены тем, как уменьшить расходы, но пока это им мало удается.

А ведь альтернатива есть – тепловой насос.

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным.

Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства – тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Как работает тепловой насос

Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает.

Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние.

Двигаясь дальше, газ перемещается в компрессор, где под действием высокого давления сжимается, а его температура при этом повышается. Став горячим, газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель – цикл замыкается.

В холодное время года тепловые насосы работают на обогрев дома, а в жару – на его охлаждение. В этом случае принцип работы тот же, только летом тепло в теплоноситель поступает из внутренних помещений, а не снаружи.

Конструктивные особенности тепловых насосов

В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции.

Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным. К закрытому типу относятся насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водоемов. Вертикальные тепловые насосы применяются, когда площадь земельного участка, на котором расположен дом, невелика. Иногда вертикальные насосы устанавливают в пробуренных поблизости скважинах.

Разновидности тепловых насосов и систем

Грунтовые тепловые насосы

Количества тепловой энергии, получаемой от грунта, достаточно для разогрева хладогента до уровня, где тот меняет агрегатное состояние, превращаясь в пар. Удобно то, что на глубине уже в несколько метров сезонные температурные колебания не наблюдаются. Это позволяет пользоваться прибором круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

Есть два способ размещения трубопровода в грунте:

  1. Горизонтальный коллектор – это система горизонтально лежащего контура.
  2. Геотермальный зонд – приемники расположены вертикально и связаны между собой.

Геотермальные насосы с горизонтальным коллектором предполагают заглубление на полтора-два метра. Главное пройти отметку уровня промерзания грунта. Для каждого региона она своя. В среднем это 1,2 метра. Если требуется отопить здание, площадью до 100 кв. м., придется выкопать котлован или вырыть сеть траншей, площадью в 2-3 сотки. Это не обязательно делать под самим сооружением. Главное не садить на задействованном участке растения, имеющие корни, уходящие глубоко в землю.

Водяные тепловые насосы

Для использования такого теплового насоса принцип действия взят тот же. Но отличается тип источника.

В данном случае это грунтовые воды. Естественно, глубина их залегания должна быть доступна в регионе. Но если такая возможность есть, система отличается тепловой стабильностью, так как подземные воды имеют постоянную температуру круглый год. Это делает устройство пригодным для применения в течение всех четырех сезонов. Перед монтажом проводят геологическую разведку, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

Однако требуется и химический анализ. Если в составе мало солей железа и ряда других примесей, можно ставить геотермальный зонд.

В противном случае это нецелесообразно ввиду наличия риска преждевременного выхода из строя и низкой производительности.

В данном случае применяют грунтовый тепловой насос или воздушный. Именно это требование является причиной того, что среди всей массы рабочих ныне установок тепловые насосы водяного типа используются реже – порядка 5% случаев.

Воздушные тепловые насосы

Главное преимущество этого способа организации отопления и подачи горячей воды – отсутствие необходимости вести полномасштабное строительство.

Не нужно бурить скважины для геотермальных зондов. Нет необходимости рыть траншеи, как в случае с грунтовым тепловым насосом. Все узлы размещаются на поверхности. В итоге сметная стоимость значительно ниже. Времени на установку и обустройство затрачивается меньше. Но при всем кажущемся комфорте это устройство далеко не идеально.

Работа будет эффективной при температуре воздуха не ниже – 15 °С.

Схематично теплонасос можно представить в виде системы, которая имеет три контура:

  • В первом контуре расположен тепловой носитель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла.
  • В следующем циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию из первого контура, или заново конденсироваться, передавая тепло третьему контуру.
  • В последнем контуре циркулирует теплоприемник (обычно вода), который переносит тепло по батареям для отапливания дома.

Основные виды

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление загородного дома и для подачи горячего водоснабжения, это результат преобразования энергии из внешней среды при помощи термонасоса. Помпа концентрирует эту низкотемпературную энергию и переносит ее по отопительной системе.

Чаще всего бытовые насосы используют тепло солнечного освещения или тепло поверхности Земли, которое скапливается в верхних частях земной коры или подземных водах на протяжении года. То есть по конструкции все теплонасосы можно разделить на воздушные, водяные и грунтовые.

Грунтовые помпы

Насосы для охлаждения

Этот вид насосного оборудования получает тепло от грунта. Температура земли на глубине более 3 м почти не подвергается сезонным перепадам. По замкнутому контуру труб, устроенным в грунте, циркулирует этанол или антифриз. Трубопровод теплообменника можно прокладывать в грунте горизонтальным или вертикальным способом.

Трубы при горизонтальной системе нужно установить в землю ниже промерзания грунта (чаще всего это 1,6−2,1 м). Теплообменник этого типа занимает значительную площадь. Так, для отопления дома в 100 м² требуется примерно 10−20 м² земли.

На участке, который занят коллектором, можно высаживать только те растения, у которых корневая система не уходит в грунт очень глубоко, также запрещается сооружать какие-то капитальные постройки.

При устройстве вертикального теплообменника трубы устанавливают перпендикулярно уровню земли и погружают в грунт примерно на 150−220 м. Число монтируемых зондов будет зависеть от мощности обогревательной системы. То есть для отопления дома 100 м² потребуется 2 зонда длиной примерно 90 м, находящихся друг от друга с интервалом 4−6 м.

Разновидности тепловых насосов

Этот вид помп «забирает» энергию у подземных вод. Такой тепловой насос характеризуется высокой эффективностью и хорошей стабильностью. Это обусловлено отличной теплоотдачей внутри системы и постоянным термальным режимом подземных вод.

Воздушные агрегаты

Воздушные насосы

В плане простоты установки воздушный тепловой насос для отопления дома имеет значительное преимущество, в отличие от своих аналогов. Для использования воздуха в качестве источника теплой энергии не потребуется бурить скважины либо выполнять иные масштабные земельные работы. То есть воздушная помпа в установке обходится намного дешевле, чем другие два вида насосов.

Невзирая на это огромное преимущество у воздушного оборудования существует один серьезный недостаток. Эта помпа может эффективно работать только при температуре воздуха выше -17C. Снижение температуры ниже установленной границы, что зимой часто случается во многих регионах, приводит к значительному уменьшению коэффициента эффективности этого оборудования.

Откуда насос берет тепло?

Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:

  • окружающий воздух;
  • водоемы (реки, озера, моря);
  • грунт и грунтовые артезианские и термальные воды.

Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C. В результате хладагент закипает и дальше переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный теплоноситель во внешнем контуре направляется на следующий виток для набора температуры.

Состоит функциональный контур теплового насоса из:

  • испарителя;
  • хладагента;
  • электрического компрессора;
  • конденсатора;
  • капилляра;
  • терморегулирующего управляющего устройства.

Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:

  • хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры;
  • горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении;
  • остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе;
  • таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться.

Примерный расчет теплопроизводительности

На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C (прочитайте также: “Важно знать: как продумать расчет теплового насоса”). Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:

Q = (T1 – T2) x V, где: V – расход теплоносителя в час (м3/час); T1 – T2 — разница температуры на входе и входе (°C) .

Виды тепловых насосов

В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

  • грунт-вода – для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: “Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы”);
  • вода-вода – принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: “Как подобрать водяной насос для отопления”). При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
  • вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
  • воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома.

Преимущества тепловых насосов

  1. Экономичность и эффективность. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ. Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.
  2. Универсальное повсеместное применение. В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.
  3. Экологичность. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.
  4. Двунаправленный режим функционирования. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.
  5. Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.
  6. Автоматическое управление процессом обогрева помещений.

Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:

Некоторые особенности эксплуатации насосов

Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:

  • помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);
  • тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем. Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного.

Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5. Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла.

Принцип действия

  1. Хладагент поступает в испарительный контур и изменяет своё агрегатное состояние. При переходе из жидкого состояния в газообразное и из среды поглощается тепло.
  2. С помощью компрессора газ под значительным давлением перемещается вместо, где необходимо отдать тепло. При этом температура самого хладагента многократно увеличивается.
  3. Сжатый газ в теплообменнике конденсируется, отдавая при этом накопленную энергию.
  4. Высвободившееся тепло передаётся жидкости, которая циркулирует в системе отопления дома.

Установка, способная поддерживать процесс передачи тепла таким образом, называется тепловым насосом. Энергия способна без ограничения постоянно перемещаться от устройства, где осуществляется её отбор, к радиаторам отопления, поэтому этот процесс напоминает способ перекачки каких-либо жидких или газообразных веществ. Даже несмотря на то, что тепловой насос, применяемый для отопления дома, потребляет значительное количество электроэнергии, в итоге такой способ обогрева обойдётся значительно дешевле использования традиционных печей и котлов.

Основные элементы конструкции

Тепловые насосы, используемые для отопления, состоят из следующих элементов:

  • Компрессора. Это устройство служит для значительного повышения температуры хладагента. В современных теплообменных приборах часто используются спиральные модели нагнетателей.
  • Испарителя. Этот элемент представляет собой ёмкость, в которой жидкое рабочее вещество переходит в газообразное, при этом, температура хладагента существенно увеличивается за счёт поглощения тепловой энергии.
  • Конденсатора. Это устройство предназначено для передачи тепла от разогретого хладагента отопительному контуру.
  • Дроссельный клапан. Механизм, который способен перекрывать доступ хладагента из одной части установки к другой, тем самым, разделяя систему на участки с низким и высоким давлением.

Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами:

  • коммуникационное устройство – для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
  • блок охлаждения – для локальной или центральной системы охлаждения;
  • дополнительный насосный блок – для отопления полов;
  • циркуляционный насос – для циркуляции горячей воды.

Что такое тепловой насос и как он работает

Отопление с помощью газа, электричества или дров не всегда доступно. Альтернативой традиционной системе выступают необычные способы передачи тепла, например, тепловой насос.

  1. Описание и назначение тепловых насосов
  2. Конструкция и принцип работы
  3. Сфера применения
  4. Разновидности тепловых насосов
  5. Грунтовые
  6. Водяные
  7. Воздушные
  8. Рекомендации по установке и эксплуатации
  9. Обзор производителей

Описание и назначение тепловых насосов

Под тепловым насосом подразумевают конструкцию, способную поглотить рассеянное тепло из грунта, воды и воздуха и перенести его в отопительный контур здания. Принципиальное отличие от других вариантов – возможность тепловой машины переносить тепло от низкотемпературного источника к высокотемпературной системе.

Земля постоянно получает солнечное тепло. Часть его поглощает воздух, но большая доля приходится на воду и грунт. В результате даже в самые жестокие морозы температура на глубине водоемов остается в пределах +4–+6°С, а на глубине ниже уровня замерзания грунта – + 8°С. Это низкопотенциальное тепло насос и переносит в тепловой контур, где нагревает теплоноситель до необходимых +35–+80°С.

Конструкция и принцип работы

Работа теплового насоса в какой-то мере сходна с работой холодильника. Передача тепла становится возможной благодаря использованию фреонов – веществ, которые при испарении отбирают тепло у охлаждаемого объекта, а при конденсации отдают его воде или воздуху. Хладагенты закипают при низкой температуре, что и делает возможным столь необычный на первый взгляд процесс.

Конструкция термонасоса включает 4 основных элемента:

  • Компрессор – здесь хладагент сжимается, что приводит к повышению давления и температуры.
  • Расширительный клапан – вентиль терморегуляции, который быстро снижает давление.
  • Испаритель – теплообменник. Здесь фреон поглощает тепло, отнимая его от окружающей среды.
  • Конденсатор – второй теплообменник, в котором хладагент конденсируется и сжимается, отдавая тепло рабочей среде отопительного контура.

Основой работы любого устройства теплоснабжения выступает обратный цикл Карно. Происходит передача тепла в несколько этапов.

В испаритель поступает фреон в жидком состоянии, то есть под низким давлением. Согласно второму закону термодинамики тепло передается от предмета с высокой температурой объекту с низкой температурой. В случае теплового насоса, объектом с низкой температурой оказывается фреон, а объектом с высокой – рассол, теплая жидкость, которая поднимается из скважин. Так как ниже уровня замерзания в грунте сохраняется температура выше +8°С, теплоноситель в скважинах, вернее, вертикальных зондах, нагревается. А когда встречается с холодным хладагентом – отдает тепло.

Из-за нагревания хладагент переходит из жидкого в газообразное состояние. В таком виде он попадает в компрессор, где происходит сжатие газа. При этом фреон сильно нагревается. Сжатый, но не сжиженный газ подается в испаритель, где отдает тепло второму теплообменнику. Сам фреон, отдавая тепло, вновь переходит в жидкую фазу.

Затем хладагент проходит сквозь терморегулирующий клапан, буквально «продавливается» через дроссель. После этого жидкость расширяется, а ее давление и температура снижаются. Фреон снова подают в испаритель и цикл повторяется.

Все контуры в тепловом насосе замкнуты: контур с хладагентом, контур с вертикальными зондами в земле и собственно отопительная линия. Перемещение жидкостей обеспечивает циркуляционный насос.

Сфера применения

Тепловые насосы эффективнее работают в южных широтах

Теплоустановки могут использоваться для обогрева частных строений и офисных зданий. В Европе такой практике следуют более 30 лет. На сегодня лидерами использования ТНУ выступает Швеция и США.

В России применение тепловых насосов ограничено следующим.

  • Высокие первичные вложения – на рынке наличествует только импортное оборудование, обычно германское. Для укладки теплообменников требуется выполнять буровые работы на глубине на 50–100 м, что недешево. Как показала практика, использование горизонтальных коллекторов нерационально, так как площадь над трубами выпадает из хозяйственного оборота. Монтаж вертикальных зондов дороже.
  • Неоднородность теплового потенциала – в южных регионах он намного выше, чем в северных, поэтому ТНУ эффективней в южной и средней полосе. В северных районах систему отопления загородного дома дополняют традиционными источниками.
  • Ограничения по температуре на выходе – ТНУ выдает воду температурой в +60–+65°С. Чтобы такой контур был эффективным, его площадь должна быть заметно больше, чем площадь отопителей, работающих с водой при температуре +70–+95°С.
  • К концу отопительного сезона выкачивание тепла из грунта приводит к понижению температуры почвы. В северных районах за лето ее тепловой потенциал восстановиться не успевает.

Монтаж ТНУ по расчетам обходится дороже установки газового или электрического котла в 2,4–2,8 раз.

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

  • Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
  • Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

  • Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
  • Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
  • Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

  • Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
  • Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
  • Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
  • Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
  • Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
  • Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность . Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Инструменты

Тепловые насосы работают от бесплатных и возобновляемых источников питания. Ноу-хау извлекает скрытое тепло из воды, грунта и даже воздуха. Такой вид горячего водоснабжения и отопления помещений относительно новый. И поэтому инженерная система требует тщательного выбора и принятия взвешенных решений.

Оглавление:

  1. Устройство и принцип работы теплового насоса
  2. Преимущества и недостатки системы
  3. Типы устройств
  4. Расчет и подбор тепловых насосов для дома
  5. Стоимость тепловых насосов
  6. Производители тепловых насосов
  7. Уход за тепловыми насосами

Устройство и принцип работы теплового насоса

Ученые ищут альтернативные источники энергии. Причин для этого несколько. Основные из них: ограниченность ресурсов земли, экономия средств и экологичность систем.

Тепловой насос является одним из примеров использования энергии из окружающей среды. Она поступает из грунта, воздуха или воды. Поэтому устройства делятся на следующие типы: «рассол – вода», «воздух – вода» и «вода – вода». Также тепло может поступать напрямую в воздух через вентиляцию.

Идея тепловых насосов родилась в 1982 в Великобритании. Спустя три года Петер Риттер фон Риттингер доработал ее и реализовал первую в мире подобную систему. Он и является официальным изобретателем теплового насоса.

Дальше пошел Роберт Вебер, который начал извлекать энергию из почвы. А натолкнуло его на это случайность. Прикоснувшись к горячей трубе, он осознал, что тепло произвольно выходит наружу. И его можно использовать вторично.

Путем экспериментов, он начал прогонять воду по спиральной трубе, одновременно нагревая воздух и воду. Так был разработан принцип действия теплового насоса.

Сегодня с его помощью обогревают такие объекты:

  • частные дома,
  • детские аквапарки,
  • учебные заведения,
  • офисные центры,
  • бассейны,
  • торговые комплексы.

Для теплового насоса прокладывается трубопровод под поверхностью почвы. Термоноситель проходит по его конструкции и нагревается на несколько градусов. В испарителе собранное тепло передается насосу. При этом закипает хладоген при высоком давлении и температуре в -50 °С. В компрессоре образуются пары. Низкопотенциальная энергия под давлением превращается в высокопотенциальную. Далее в конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и термоносителем. Нагретая вода поступает в систему водоснабжения, а остывший хладоген продолжает циркулировать в конструкции.

Тепловые насосы обладают такими характеристиками:

  • стоимость,
  • отапливаемая площадь помещения,
  • мощность,
  • размеры, занимаемые оборудованием,
  • источник энергии,
  • расход электроэнергии,
  • срок эксплуатации.

Устанавливается система, как при строительстве нового дома, так и при утеплении старого.

Преимущества и недостатки системы

Тепловой насос для отопления отличается рядом преимуществ по сравнению с газовыми, твердотопливными котлами:

  • пожарная безопасность,
  • бесплатная скрытая энергия из окружающей среды,
  • упрощенные требования к вентиляции помещения,
  • возможность кондиционирования в жаркую пору,
  • автономность,
  • легкость в управлении,
  • без дымохода,
  • относительная компактность оборудования,
  • бесшумность,
  • не взрывоопасно,
  • отсутствует топливный запах,
  • эксплуатация 16 – 20 лет до капитального ремонта.

С другой стороны у системы есть свои недостатки:

  • нагрев воды до максимального значения в 50 – 60 °С,
  • большой размер госпошлины на ввоз оборудования,
  • длительная окупаемость системы в 5 – 10 лет,
  • необходимость разового крупного вклада средств,
  • сложность монтажа подземных локаций,
  • мало практического использования на территории страны,
  • снижение эффективности насоса при большем нагреве воды.

Типы устройств

Компрессионные насосы функционируют от электрической сети, а абсорбционные еще от топлива.

В зависимости от типа источника энергии, нагревающие устройства делятся на геотермальные тепловые насосы, воздушные аналоги и системы на вторичном сырье.

Геотермальные системы используют тепло подземных/наземных вод или грунта. Они бывают закрытого или открытого вида.

Закрытые системы подразделяются на:

  • горизонтальные насосы с собирающим устройством, расположенным ниже уровня промерзания почвы,
  • вертикальные с погружением коллектора в скважины на глубину 100 – 200 м,
  • водные насосы с поглощающими кольцами в водоемах.

Открытые насосы возвращают воду обратно после прохождения нею трубопровода. На практике такое возможно при большом ее резерве и при получении разрешения со стороны экологической инстанции.

Воздушные тепловые насосы извлекают скрытое тепло из воздушных масс при температуре до -20°С.

Тепло трубопроводов, то есть вторичное тепло, целесообразно использовать на крупных промышленных предприятиях.

Насосы могут генерировать 100% тепла в помещения, либо служить дополнительным источником отопления. Такая эксплуатация называется моновалентной и бивалентной соответственно.

Ряд современный кондиционеров выполняют функцию отопления «воздух – воздух». Но диапазон их температур ограничен. Если тепловой насос обеспечивает круглогодичное тепло, то автономный аналог не работает при отрицательной температуре.

Расчет и подбор тепловых насосов для дома

При установке насосной системы отопления лучше отдать предпочтение полам с подогревом, чем радиаторам. Потому что, чем меньше разница температуры между источником тепла и ее необходимым уровнем, тем эффективнее обогрев.

Важно понять, позволяет ли участок проведение работ по укладке коллектора. Для горизонтальной сети необходима большая территория. При этом над ней нельзя возводить сооружения, поскольку почва не будет получать необходимую солнечную энергию.

Если в доме есть хорошая вентиляционная система, то в нее можно интегрировать систему отопления по воздуху.

Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от режима его использования. Вспомним, что бывает моновалентное и бивалентное использование оборудования. В нашей стране холодное время года занимает небольшую часть времени, а именно 35 – 40 суток с температурой ниже -10°С. Поэтому целесообразней в этот период подключать традиционный обогрев. А в остальное – бивалетные тепловые насосы для дома для снижения цены системы. Это сэкономит средства на земельных работах по установки сложной сети отопления. При этом оптимальным распределение мощности будет соотношение 60:40. Где большая нагрузка идет на технологию ноу-хау.

При периодическом отключении электроэнергии стоит увеличить силу насоса на корригирующий коэффициент. Который равняется 0,3 за каждый час без электричества в расчете на сутки.

Понятно, чем выше температура источника энергии, тем эффективнее будет работать система альтернативного обогрева. Для нее есть несколько вариантов источников питания.

В теплых регионах производительными будут тепловые насосы «воздух – воздух» и «воздух – вода». В регионах средних широт такое оборудование целесообразно использовать, как бивалентное вместе с обычным источником отопления и водонагрева.

Тепловой насос «вода – вода» лучше проектировать с забором воды из скважин, чем из открытых водоемов. Поскольку последние зимой промерзают до дна.

Но не всегда вблизи дома находятся подземные воды или водоем. Универсальным вариантом является система, которая извлекает тепло из грунта. Поскольку он находится повсюду. При этом на глубине 2,5 – 3 м его температура составляет в среднем за год +10 °С. Которая существенно не меняется в холодную пору.

Горизонтальные коллекторы для сбора тепла дешевле. Но имеют ряд недостатков по сравнению с вертикальными аналогами:

  • температура на глубине больше, чем под верхним слоем грунта,
  • на поверхности могут расти лишь малые зеленые насаждения.

На участке с вертикальными теплообменниками можно высаживать деревья и возводить сооружения.

Насосную установку можно собрать самостоятельно, но лучше обратиться к специалистам. Потому что ее конструкция сложная и дорогостоящая. А качественные инструкции по последовательному сбору отсутствуют.

При продуманной системе управления возможно поддержание разной температуры в разных помещениях дома.

Тепловые насосы имеют положительные отзывы за границей. К сожалению, на территории нашей страны альтернативный источник питания остается дорогим удовольствием без широкого практического применения. Поэтому целесообразней отдать предпочтение международным производителям насосов. Их технологии проверены на деле.

При установке тепловых насосов необходимо позаботиться о дополнительном утеплении помещения. Комплекс работ охватывает замену стеклопакетов, покрытие стен теплоизоляционным материалом.

Стоимость тепловых насосов

Капиталовложения в систему отопления зависят от ее типа, производителя оборудования, объемом буровых работ и тарифов на электричество.

Цена на геотермальные тепловые насосы при установке зонда составит:

  • устройство – 7500 у.е.,
  • монтаж системы – 7500 у.е.,
  • эксплуатационные расходы – 500 у.е. в год.

Системы с горизонтальным коллектором:

  • насос – 7500 у.е.,
  • установка – 3700 у.е.,
  • ежемесячные расходы – 560 у.е.

Тепловой насос «вода – вода»:

  • оборудование – 7500 у.е.,
  • монтажные работы – 5000 у.е.,
  • стоимость электроэнергии – 450 у.е.

Воздушная система отопления является самым недорогим аналогом. Так как не требуются земляные работы. Тем не менее, эксплуатационные затраты выше:

  • насос – 10000 у.е.,
  • установка – 620 у.е.,
  • обслуживание – 750 у.е.

Купить тепловой насос значит приобрести:

  • само оборудование,
  • буферную емкость,
  • бойлер для нагрева воды.
  • систему коммуникаций между всеми элементами,
  • пульт управления и контроля.

А земельные работы подразумевают под собой такие этапы:

  • очистка территории от растительности и твердых элементов, как камни,
  • бурение необходимого количества скважин или траншей,
  • укладка и обустройство коллекторов,
  • сооружение проверочных колодцев,
  • подключение трубопровода к системе отопления, водоснабжения или вентиляции,
  • рекультивация территории,
  • настойка системы.

Производители тепловых насосов

Самодельный тепловой насос – это здорово, но не надежно. Поэтому лучше обратить внимание на именитых производителей. Которые тестируют свои технологии, а их специалисты вовремя придут на помощь при монтаже, ремонте и обслуживании оборудования.

NIBE Industrier известная международная компания по производству отопительных систем. Ее разработки используют альтернативные и экологические источники питания. Продукция NIBE сертифицирована в Европе и Америке. А значит, соответствует параметрам надежности и эффективности.

Viessmann имеет 100 – летнюю историю разработки холодильных, отопительных и климатических систем. Теплонаносная техника изготавливается и модернизируется на протяжении уже 30 лет. С самого момента зарождения принципа использования экологического тепла. Насосы реализуются в 70-ти странах мира при производстве в 10-ти из них.

Отопительную технику реализует международная немецкая компания Vaillant. Но оборудование на возобновляемой энергии является лишь одним из направлений ее деятельности. Экспорт производителя охватывает 60 стран.

Украинская компания ООО «ФЛАЙ-ТЕК» предлагает системы, собранных из зарубежных комплектующих. Стоимость ее тепловых насосов на 30% ниже международных аналогов.

На украинском рынке 10 лет функционирует фирма «Синтэк». Она производит отопительное оборудование под торговой маркой SintSolar. В 2000 году была награждена за разработки эффективных технологий.

Краснодарская компания «Атмосистемы» в 2005 году запустила выпуск тепловых насосов. После – стала дистрибьютором международного производителя Heliotherm. Последний является единственным изготовителем теплонасосов, который был выдвинут на Государственную премию в Австралии в области технологии сохранения окружающей среды и энергии.

Уход за тепловыми насосами

Техническое обслуживание подразумевает ежегодный профессиональный осмотр всех элементов системы.

Включать насос необходимо спустя несколько часов после установки, чтобы система предварительно прогрелась.

Промывка системы отопления, аварийный ремонт и техобслуживание обычно гарантируется производителем. Поэтому сохраняйте документы, подтверждающие покупку и установку оборудования.

Иногда целесообразно воспользоваться услугой дистанционного контроля качеством работы тепловых насосов. Это позволит быстро среагировать на отклонения в работе системы. Ее предоставляет продавец систем.

Читайте также:
Установка оконных блоков - как установить оконную коробку
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: