Задания для ПЗ3

Расчет параметров теплового насоса (ТН)

Расчет ТН состоит из 3-х этапов.

Этап 1 – выбор необходимой мощности ТН.

Этап 2 – расчет размеров внешнего контура.

Этап 3 – расчет сроков самоокупаемости ТН.

Рис. 1. Условная конструкция здания

Расчеты производятся для здания с параметрами:

S= L₁∙L₂, м² – общая площадь жилых помещений в здании,

S = S_пол = S_пот, м² – площадь пола, равная площади потолка здания,

h – м, высота потолка,

S_ок, м² – суммарная площадь всех окон,

S_дв, м² – площадь входной двери.

Таблица 1

Варианты заданий

L1, м	L2, м	h , м	Sок, м2	Sдв, м2	Tвн, оС	Tнар, оС	Тип здания
15	12	3,2	6.0	1.4	21	–30	А

Задание 1

Расчет необходимой мощности ТН

Выберите мощность ТН, необходимую для отопления здания (таблица 1), тремя способами на основании:

- класса энергоэффективности здания;

- расчета теплопотерь здания и максимальной разницы температур снаружи и внутри помещения;

- расчета теплопотерь здания по типовым теплопотерям.

Сравните получившиеся значения.

Таблица 2

Классы энергоэффективности зданий

Тип здания	А++	А+	A	В	С	D
∆Р, кВт/м2	0,04	0,05	0,06	0,08	0,09	0,1
k	0,4	0,5	0,7	0,8	0,9	1

Таблица 3

Потери для зданий различных типов по энергоэффективности

Элемент конструкции здания
	А++, А+, А минимальные	В средние	С, D максимальные
Стены, ∆Рст, Вт/м2	5	30	55
Окна ∆Рок, Вт/м2	30	50	70
Потолок ∆Рпот, Вт/м2	8	35	50
Пол ∆Рпот, Вт/м2	2	14	25
Двери ∆Рпол, Вт/м2	4	15	30

Решение:

Способ 1:

, где

Тогда;

Способ 2

Где

Тогда

Способ 3

Где

Откуда

Тогда

Задание 2

Приближенный расчет размеров внешнего горизонтального геотермального контура

Удельный отбор мощности от грунта (влажная глинистая почва) примем Ргр = 0,025 кВт/м2.

На 1 кВт электрической энергии, затраченной на работу компрессора, ТН выдаёт примерно 5 кВт тепловой энергии. Следовательно, мощность потребляемая компрессором ТН равна Р_комп = Р_ТН/5.

Рассчитайте размеры внешнего контура для ТН с мощностью, определенной в задании 1 (максимальной).

Решение:

Определим тепловую мощность ТН мощностью кВт:

Тогда площадь внешнего контура при заданном удельном отборе мощности грунта равна:

Размеры площади

Таким образом, для ТН мощностью кВт требуется внешний контур с размерами

Задание 3

Приближенный расчет сроков самоокупаемости ТН.

Стоимость электроэнергии примем Ц₀ = 3.45 руб/кВт∙ч.

Стоимость ТН мощностью Р_ТН = 10 кВт примем Ц_ТН = 600000 руб. Считаем, что стоимость ТН растет прямо пропорционально мощности. То есть насос с мощностью РТН = 15 кВт будет стоить 900000 руб.

Примем, что ТН отапливает здание 8 месяцев в году, что составляет

Т_раб = 8∙30∙24 = 5760 часов.

На 1 кВт электрической энергии, затраченной на работу компрессора, система выдаёт примерно 5 кВт тепловой энергии. Следовательно, мощность компрессора ТН примем Р_комп = Р_ТН/5.

Примем стоимость отопления частного дома за счет центрального теплоснабжения Ц_ЦТ = 65000 руб. за один год.

Определите – время окупаемости ТН с мощностью, определенной в задании 1.

Решение:

Определим стоимость электрической энергии, потраченной на работу компрессора ТН мощностью кВт;

Определим время окупаемости:

Вывод: В ходе практической работы была произведена оценка мощности теплового насоса различными методами. По результатам трёх различных способов расчёта наибольшее значение мощности составило 13,66 кВт.

Также были определены размеры площади геотермального контура для теплового насоса, которые составили 20,9 × 20,9 м.

В заключение был выполнен расчёт сроков окупаемости установки. Согласно полученным данным, тепловой насос не окупается в разумные сроки (срок окупаемости 77 лет), что ставит под сомнение экономическую целесообразность его внедрения в рассматриваемом случае.