2536

теплопотерь известно, что необходимо 10 кВт тепловой энергии. Шаг укладки труб принять 0,75 м.

Решение

1.При использовании теплого пола температура теплоносителя в системе должнабыть35оС, аминимальнаятемпературатеплоносителя0 оС.

2.Для обогрева здания выбираем тепловой насос мощностью Qwp=15,6 кВт (ближайший большой типоразмер), расходующий на работу компрессора Р=5 кВт. Выбираем по типу грунта теплосъем с поверхностного слоя грунта q, Вт/м. Для влажной глины q=25 Вт/м.

3.Рассчитаем мощность теплового коллектора:

l=10,6/0,025=424 м;

где, q – удельный теплосъем, кВт/м;

5. Для устройства такого коллектора потребуется 5 контуров длиной по 100 м. Исходя из этого, определим необходимую площадь участка для укладки контура.

При шаге укладки 0.75 необходимая площадь участка составит:

А=500 0,75= 375 м2.

где da – расстояние между трубами (шаг укладки), м.

Примем тепловой насос фирмы Thermia Villa. Технические данные по тепловому насосу представлены в табл. 15.9.

Таблица 15.9 Технические данные теплового насоса Thermia Villa

166

Окончание табл. 15.9

Пример 15.4. Рассчитать горизонтальный коллектор теплового насоса. Определить тепловую мощность коллектора, объем элитенгликолиевого раствора, площадь участка, на котором расположены трубы для отопления коттеджа, и их суммарную длину, если известно: теплопотребность коттеджа площадью 120 240 м2 (из расчета тепловых потерь с учетом инфильтрации) – 13 кВт; температура воды в системе отопления принимаем равной 35 °С (напольный обогрев); минимальная температура теплоноси-

теля на выход в испаритель – 0 °С.

Для обогрева здания выбран тепловой насос мощностью Qwp= 14,5 кВт. Из существующего технического ряда оборудования при отборе и передаче тепловой энергии из грунта P =3,22 кВт. Теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина) q =20 Вт/м.п.

Решение 1. Требуемую тепловую мощность коллектора определяем по формуле

где Qwp – полная мощность теплового насоса, кВТ;

Р– электрическая мощность, затрачиваемая на нагрев хладагента, кВт.

2.Суммарная длина труб коллектора l рассчитывается по формулам:

где q – удельный теплосъем,количество тепла, снимаемого с 1 м пог. трубы коллектора, кВт/м пог.

Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориенти-

167

ровочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов он составляет 20 Вт.м.п. Более точно: сухой песок – 10, сухая глина – 20, влажная глина – 25, глина с большим содержанием воды – 35 Вт.м.п [17].

Длина одной траншеи может колебаться от 30 до 150 м; важно, чтобы длины подключаемых контуров были примерно одинаковыми.

Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по

100м.

3.Минимальное расстояние между проложенными трубами должно быть не менее 0,7–0,8 м.

При шаге укладки 0,75 м необходимая площадь участка:

где da – расстояние между трубами (шаг укладки).

4. В расчетах следует учесть, что теплоемкость раствора при температуре 0°С составляет 3,7 кДж/(кг·К), а плотность – 1,05 г/см3[17]. При использовании медиума потеря давления в трубах в 1,5 раза больше, чем при циркуляции воды. Для расчета параметров первичного контура теплонасосной установки потребуется определить общую заправку этиленгликолевого раствора:

где t – разность температур между подающей и возвратной линиями, которую часто принимают равной 3 К.

Полученное значение делим на количество контуров, один контур равен 0,58 м3.

Из гидравлического расчета системы отопления для устройства коллектора выбираем пластиковую трубу типоразмера 32 3. Потери давления в ней составят 45 Па/м.п.; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость потока теплоносителя – 0,3 м/с.

Выбор оборудования.

Поскольку температура антифриза может изменяться от –5 до +20 °С, в первичном контуре теплонасосной установки необходим гидравлический расширительный бак.

Рекомендуется также установить на отопительной (конденсаторной) линии теплового насоса накопительный бак: компрессор теплового насоса работает в режиме «включено-выключено». Слишком частые пуски могут привести к ускоренному износу деталей. Бак полезен и как аккумулятор энергии – на случай отключения электроэнергии. Его минимальный объем принимается из расчета 20-30 л на 1 кВт мощности теплового насоса.

168

При использовании биваленции, второго источника энергии – электрического, газового, жидкоили твердотопливного котла, он подключается к схеме через аккумуляторный бак, являющимся еще и термогидрораспределителем, включение котла управляется тепловым насосом или системой автоматики.

В случае возможных отключений электроэнергии можно увеличить мощность устанавливаемого теплового насоса на коэффициент, рассчитываемый по формуле

где tоткл – продолжительность перерыва в электроснабжении.

Вслучае возможного отключения электроэнергии на 4 ч 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 целесообразным является работа теплового насоса в бивалентном режиме, предусматривающая включение дополнительного источника в периоды, когда температура воздуха опускается ниже определенной: –5 °С –

вюжных регионах России, –10 °С – в центральных. Это позволяет снизить стоимость теплового насоса и работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.п.), которая сильно увеличивается при возрастании мощности установки.

Вусловиях Центрального региона России для примерной оценки при подборе теплового насоса, работающего в бивалентном режиме, можно ориентироваться на соотношение 70/30: 70 % потребности в тепле покрывают тепловым насосом, а оставшиеся 30 % – электрическим или другим источником тепловой энергии. В южных регионах можно руководствоваться соотношением мощности теплового насоса и дополнительного

источника тепла, часто используемым в Западной Европе: 50 на 50.

Для коттеджа площадью 200 м2 на 4 человек при тепловых потерях 70 Вт/м2 (при расчете на –27 °С наружной температуры воздуха для г.Пензы) потребность в тепле будет 14 кВт. К этой величине следует добавить 700 Вт на приготовление горячей воды. В результате необходимая мощность теплового насоса составит 14,7 кВт.

169

Для бивалентной системы с дополнительным электрическим нагревателем и температурой подачи холодной воды 10 °С для 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 при температуре ниже -10 С – 12 500. Стоимость энергоносителя при использовании только соответствующего котла составит: электричества – 42 000, дизельного топлива – 25 000, а газа – около 8000 руб. (при наличии подведенной трубы и существующих в России низких ценах на газ). В настоящее время для наших условий по экономичности работы тепловой насос может быть сравним только с газовым котлом новых серий, а по эксплуатационным затратам, долговечности, безопасности (не требуется помещение котельной) и экологической чистоте превосходит все другие виды производства тепловой энергии.

Отметим, что при установке тепловых насосов в первую очередь следует позаботиться об утеплении здания и установке стеклопакетов с низкой теплопроводностью, чтобы снизить тепловые потери здания, а значит, и стоимость работ и оборудования.

15.12.Комбинированное отопление

сиспользованием электрической энергии

Существуют следующие комбинированные системы отопления с

использованием электроэнергии:

центральное водяное отопление с электрокотлами;

электровоздушное отопление с электрокалориферами;

базовое электроотопление панелями с догреванием водяным или воздушным отоплением;

догревающее отопление с электрическими приборами при базовом воздушном или водяном отоплении.

Электрокотлы применяют в системах отопления зданий, расположенных в районах Сибири и Крайнего Севера при отсутствии газоснабжения, для отопления индивидуальных домов, дач, общественных зданий.

В отопительных системах используют водогрейные электродные котлы (рис. 15.33), в которых вода нагревается электрическим током.

В корпусе котла установлены диэлектрические пластины, которые могут двигаться вверх-вниз между электродами для регулирования мощности котла. Вода движется между электродами 3.

170