Розрахунок потужності теплового насоса для дому: принцип дії устаткування і конкретні приклади обчислень

Все частіше ми замислюємося про альтернативні методи отримання енергії. Наша планета не бездонна і кількість ресурсів з кожним роком стає все менше.

Додатково до цього, ціни на енергоресурси зростають, а у нас зовсім немає впевненості в компаніях, що постачають газ, тепло або світло.

Тому рано чи пізно кожен замислюється над запасним варіантом, який повністю або частково захистить його від неприємних сюрпризів.

У цій статті ми розглянемо один з альтернативних видів обігріву — тепловий насос для опалення будинку. Це обладнання, яке перетворює безкоштовні джерела енергії природи в необхідні нам кіловати тепла.

Зміст:

• Як працює тепловий насос
• Основні різновиди
• ККД і СМІТТЯ
• Формула для підрахунку
• Розрахунок на прикладі системи вода-вода

Як працює тепловий насос

Сучасний теплонасос дуже схожий на банальний холодильник

Що ж таке геотермальний насос або, іншими словами, теплонасос? Це обладнання, здатне перенести тепло від джерела до споживача. Розглянемо принцип його дії на прикладі першої практичної реалізації ідеї.

Принцип роботи геотермальних насосів став відомий ще в 50-х роках XIX століття. На практиці ці принципи реалізували лише в середині минулого століття.

Одного разу, експериментатор за прізвищем Вебер, розбирався з морозилкою і випадково доторкнувся до шаленої труби конденсатора. Йому прийшла в голову ідея, чому тепло йде в нікуди і не приносить ніякої користі? Недовго думаючи, він подовжив трубу і уклав її в бак для підігріву води.

Гарячої води, отриманої в результаті цього, стало стільки, що він не знав, куди її подіти. Треба було йти далі, як обігріти за допомогою цієї нехитрої системи повітря? Рішення виявилося дуже простим і від цього не менш геніальним.

Гаряча вода проганяється по спіралі через змійовик, а потім вентилятором тепле повітря роздувається по дому. Все геніальне — просто! Вебер був людиною розміреним, і з часом йому прийшла думка, як обійтися без морозильної камери. Треба отримувати тепло з землі!

Закопавши труби з міді і накачавши їх фреоном (той самий газ, який використовується в холодильниках) він став отримувати теплову енергію вже з надр. Думаємо, що на такому прикладі кожен зрозуміє принцип роботи теплового насоса.

Основні різновиди

Системи відбору тепла. (Для збільшення натисніть)

• повітря-повітря — це, по суті, звичайний кондиціонер;
• повітря-вода — додаємо до кондиціонеру теплообмінник і ми вже гріємо воду;
• земля-вода — закопуємо колектор з труб в землю, а на виході підігріваємо воду;
• вода-вода — труби розміщуються у відкритому або підземному водоймі і віддають тепло системі обігріву будівлі.

(З детальною класифікацією теплових насосів для опалення Ви можете ознайомитися в цій статті).

ККД і СМІТТЯ

Тут наглядно показано що ? частини енергії ми отримуємо з безкоштовних джерел. (Для збільшення натисніть)

Для початку визначимося в термінах:

• ККД — коефіцієнт корисної дії, тобто скільки корисної енергії виходить в процентному співвідношенні від енергії, витраченої на дію системи;
• СОР — коефіцієнт ефективності трансформації (англ. — coefficient of performance).

Такий показник, як ККД, часто використовують у рекламних цілях: «ККД нашого насоса 500%!». Ніби й правду кажуть — на 1 кВт витраченої енергії (для повноцінної роботи всіх систем і агрегатів) справили 5 кВт теплової енергії.

Однак пам’ятайте, що ККД не буває вище 100% (цей показник розраховується для замкнутих систем), тому логічніше буде використовувати показник COP (застосовується для розрахунків відкритих систем), який показує коефіцієнт перетворення використаної енергії в корисну.

Зазвичай COP вимірюється в цифрах від 1 до 7. Чим вище цифра, тим більш ефективний тепловий насос. У прикладі, наведеному вище (з ККД 500%), COP дорівнює 5.

Формула для підрахунку

Шляхи втрати тепла в будинку

Тепловий насос здатний повністю впоратися з опаленням приміщень.

Щоб вибрати підходящий вам агрегат, слід розрахувати його необхідну потужність.

У першу чергу потрібно розуміти баланс тепла в будівлі. Для цих розрахунків можна скористатися послугами фахівців, онлайн-калькулятором або самостійно за допомогою нескладної формули:

R=(k x V x T)/860, в якій:

R — споживана потужність приміщення (кВт/год);
k — середній коефіцієнт втрат тепла будівлею: наприклад, 1 — відмінно утеплене будівлю, а 4 — барак з дощок;
V — сумарний об’єм всього опалювального приміщення, в куб. м.;
T — максимальний перепад температури між вулицею і всередині приміщення.
860 — значення, необхідне для перекладу одержані ккал в кВт.

У випадку з геотермальним тепловим насосом типу «вода-вода» потрібно ще розрахувати необхідну довжину контура, який буде знаходитися у водоймі. Тут розрахунок ще простіше.

Відомо, що 1 метр колектора дає приблизно 30 Вт. Іншими словами 1 кВт потужності насоса вимагає 22 метри труб. Знаючи необхідну потужність насоса, ми без праці розрахуємо скільки нам потрібно труб для виготовлення контуру.

Розрахунок на прикладі системи вода-вода

Розрахуємо для прикладу будинок з наступними вихідними даними:

• опалювальна площа 300 кв. м.;
• висота стелі 2,8 м;
• будівля добре утеплено;
• мінімальна температура взимку на вулиці -25 градусів;
• комфортна температура в приміщенні +22 градуси.

В першу чергу вираховуємо опалювальний об’єм приміщення:
300 кв. м. х 2,8 м = 840 куб. м.

Потім обчислюємо значення «Т»: 22 — (-25) = 45 градусів.

Підставляємо дані у формулу:
R=(1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 кВт/год

Ми отримали необхідну потужність теплового насоса в 44 кВт/год. Без праці визначаємо, що для його функціонування нам потрібно колектор загальною довжиною не менше 968 метрів.

Т. о. для добре утепленого приміщення площею 300 кв. м. підійде насос з потужністю не менше 44 кВт. Як і скрізь, краще зробити запас по потужності хоча б на 10%. Отже, купувати краще агрегат на 48-49 кВт.

Рано чи пізно ми всі прийдемо до використання альтернативної енергетики і можна зробити перший крок вже сьогодні. Використовуючи теплові насоси, ви зменшите свої витрати на опалення, станете незалежним від постачальників газу або вугілля, зберегти екологію рідної планети.

За допомогою цієї статті зможете розрахувати параметри геотермального обладнання, які підійдуть вашому приміщенню. Але не забувайте, що найкраще впораються зі своїм завданням професіонали. Так і у вас завжди буде з кого спитати, у випадку неправильної роботи системи.

Дивіться відео, в якому фахівець детально пояснює принципи розрахунку потужності теплового насоса для опалення будинку: