ПЗ3_ТН_19_Задачи

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

L1, м	L2, м	h , м	Sок, м2	Sдв, м2	Tвн, оС	Tнар, оС	Тип здания
13	10	2,5	6.3	1.3	23	–20	D

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:

Расчет по классу энергоэффективности:

Общая площадь:

Тогда;

Расчет теплопотерь:

Площади:

Теплопотери:

Мощность ТН (с запасом 20%):

Расчет по типовым теплопотерям (коэффициент k=1):

Итог:

Максимальная мощность — 19.4 кВт (по теплопотерям). Для надежности выбираем 20 кВт.

Задание 2

Приближенный расчет размеров внешнего горизонтального геотермального контура

Удельный отбор мощности от грунта (влажная глинистая почва) примем Р_гр = 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:

Тепловая мощность, отбираемая от грунта:

Площадь контура:

Геометрические размеры (для квадратного контура):

Итог: Контур размещается на участке 12.65 м × 12.65 м.

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 Р_ТН = 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:

Дано:

Стоимость ТН: ЦТН=600000⋅ =1.2 млн руб

Затраты на электроэнергию:

Экономия (отказ от ЦТ): ЦЦТ=65000 руб/год

Окупаемость:ТН не окупается, так как

Альтернативный расчет (если ТН заменяет электрическое отопление):

При стоимости электроотопления:

Экономия: 5*5760*20-79488=576000-79488=496512 руб/год

=2.4 года

Вывод:

Для замены ЦТ — не окупаем.

Для замены электроотопления — 2.4 года.