Расчет теплового насоса воздух-вода на ГВС
Теперь приступим к прямым расчетам. Для этого вам нужно знать следующее:
- Температура входящей воды;
- Расход горячей воды утром и вечером;
- Среднюю температуру на улице утром и вечером;
- Коэффициент COP (КПД) теплового насоса.
Средние температуры узнать несложно – на многих сайтах, предлагающих прогноз погоды, можно с большой точностью узнать средние колебания в вашем регионе и даже отдельном городе. COP теплового насоса при разных температурах должен указывать производитель в сопроводительной документации.
Для точности, подсчеты будем делать отдельно, для утреннего и вечернего времени. В идеале расчет теплового насоса воздух-вода стоит делать отдельно для каждого месяца, но никаких принципиальных отличий у нас не будет. Просто придется повторить процесс трижды, подставляя разные значения.
Для подсчета расхода электроэнергии нужны три значения, а именно:
∆T – разница температуры входящей воды и требуемой. Обычно нормальный уровень нагрева горячей воды +45 – +55 градусов. V – объем расхода воды в литрах. K – COP (КПД) теплового насоса при средней температуре воздуха на улице.
Формула расчета выглядит следующим образом:
∆T х V / K х 1,16.
Например, нам нужно 200 литров воды подогреть от +5 до +45 градусов, когда COP теплового насоса равен 4. Теперь подставим цифры в формулу и получим результат:
40 х 200 / 4 х 1,16 = 2320.
Таким же образом подсчитайте энергопотребление для другого времени суток с пиковым расходом, просуммируйте цифры и умножьте на количество дней в месяце. Сделайте расчет для каждого месяца и получите количество электроэнергии, нужное для ГВС с помощью теплового насоса.
Подбор циркуляционного насоса для системы отопления
Иногда перед человеком, уже посадившим дерево и вырастившим сына, встает вопрос – а как подобрать циркуляционный насос для отопительной системы возводимого дома? И от ответа на этот вопрос зависит многое – будут ли равномерно прогреты все радиаторы, будет ли скорость потока теплоносителя в
отопительной системе достаточной, и в то же время не превышенной, не будет ли гула в трубопроводах, не будет ли насос потреблять лишнюю электроэнергию, правильно ли будут работать термостатические вентили отопительных приборов и так далее и тому подобное. Ведь насос – это сердце отопительной системы, которое неустанно качает теплоноситель – кровь дома, наполняющую дом теплом.
Подобрать циркуляционный насос для отопительной системы небольшого здания, проверить, правильно ли насос подобран продавцами в магазине, или убедиться в правильности подбора насоса, стоящего в существующей системе отопления, достаточно просто, если воспользоваться укрупненным методом расчета. Основной параметр подбора циркуляционного насоса – это его производительность, которая должна соответствовать тепловой мощности обслуживаемой им отопительной системы.
Необходимую производительность циркуляционного насоса с достаточной точностью можно рассчитать по простой формуле:
где Q – необходимая производительность насоса в кубометрах в час, Р – тепловая мощность системы в киловаттах, dt – дельта температур – разница температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе. Обычно принимается равной 20 градусам.
Итак, пробуем. Возьмем, для примера, дом общей площадью 200 квадратных метров, в доме есть подвал, 1 этаж и мансарда. Система отопления двухтрубная. Необходимую тепловую мощность, требуемую для обогрева такого дома, примем 20 киловатт. Производим несложные вычисления, получаем – 0,86 кубометра в час. Округляем, и принимаем производительность необходимого циркуляционного насоса – 0,9 кубических метра в час. Запомним ее и идем дальше. Второй важнейшей характеристикой циркуляционного насоса является напор. Каждая гидравлическая система имеет сопротивление пропускаемому по ней потоку воды. Каждый угол, тройник, редуцирующий переход, каждый подъем – все это местные гидравлические сопротивления, сумма которых и составляет гидравлическое сопротивление отопительной системы. Циркуляционный насос должен преодолеть это сопротивление, с сохранением расчетной производительности.
Точный расчет гидравлического сопротивления сложен и требует определенной подготовки. Чтобы примерно рассчитать необходимый напор циркуляционного насоса используется формула:
где N – количество этажей здания, включая подвал, K – усредненные гидравлические потери на один этаж здания. Коэффициент К принимается 0,7 – 1,1 метра водяного столба для двухтрубных систем отопления и 1,16-1,85 для коллекторно-лучевых систем. В нашем доме три уровня, с двухтрубной отопительной системой. Коэффициент К принимаем 1,1 м.в.с. Считаем, 3 х 1,1 = 3,3 метра водяного столба.
Обратите внимание – общая физическая высота отопительной системы, от нижней до верхней точки, в таком доме составляет порядка 8 метров, а напор необходимого циркуляционного насоса только 3,3 метра. Каждая отопительная система является равновесной, насосу не нужно поднимать воду, он только преодолевает сопротивление системы, поэтому увлекаться большими напорами никакого смысла нет
Итак, мы получили два параметра циркуляционного насоса, производительность Q, m/h = 0,9 и напор, Н, м = 3,3. Точка пересечения линий от этих величин, на графике гидравлической кривой циркуляционного насоса, является рабочей точкой необходимого циркуляционного насоса.
Допустим, Вы решили остановиться на отличных насосах DAB, итальянских насосах великолепного качества по совершенно адекватной цене. Пользуясь каталогом, или менеджерами нашей компании, определяете группу насосов, в параметры которых попадает необходимая рабочая точка. Решаем, что этой группой будет группа VA. Выбираем наиболее подходящий график гидравлической кривой, лучше всего подходит кривая насоса VA 55/180 X.
Рабочая точка насоса должна находиться в средней трети графика – эта зона является зоной максимального КПД насоса. Для подбора выбирайте график второй скорости, в этом случае Вы страхуете себя от недостаточной точности укрупненного расчета – у Вас останется резерв для увеличения производительности на третьей скорости и возможность ее уменьшения на первой.
Пример расчета теплового насоса
Подберем ТН для системы отопления одноэтажного дома общей площадью 70 кв. м со стандартной высотой потолка (2,5 м), рациональной архитектурой и теплоизоляцией ограждающих конструкций, соответствующей требованиям современных строительных норм. На обогрев 1-го кв. м такого объекта по общепринятым нормам приходится тратить 100 Вт тепла. Таким образом, для отопления всего дома понадобится:
Q = 70 х 100 = 7000 Вт = 7 кВт тепловой энергии.
Выбираем тепловой насос марки «ТеплоДаром» (модель L-024-WLC) с тепловой мощностью W = 7,7 кВт. Компрессор агрегата потребляет N = 2,5 кВт электроэнергии.
Расчет коллектора
Грунт на отведенном под строительство коллектора участке – глинистый, уровень грунтовых вод высокий (принимаем теплотворную способность p = 35 Вт/м).
Мощность коллектора определяем по формуле:
Qk = W – N = 7,7 – 2,5 = 5,2 кВт.
Определяем длину трубы коллектора:
L = 5200 / 35 = 148.5 м (приблизительно).
Исходя из того факта, что укладывать контур длиной более 100 м нерационально из-за чрезмерно высокого гидравлического сопротивления, принимаем следующее: коллектор теплового насоса будет состоять из двух контуров – длиной 100 м и 50 м.
Площадь участка, который необходимо будет отвести под коллектор, определим по формуле:
S = L x A,
Где А – шаг между соседними участками контура. Принимаем: А = 0,8 м.
Тогда S = 150 x 0.8 = 120 кв. м.
Обзор программ для гидравлических вычислений
По существу любой гидравлический расчет систем водяного отопления считается непростой инженерной задачей. Для ее решения были разработаны ряд программных комплексов, которые облегчают выполнение такой процедуры.
Можно попытаться выполнить гидравлический расчет системы обогрева в оболочке Excel, воспользовавшись уже готовыми формулами. Однако при этом возможно появление следующих проблем:
- Большая погрешность. Во многих случаях как пример гидравлического расчета системы для отопления берутся с одной или двумя трубами схемы. Найти такие же вычисления для коллекторной проблематично;
- Для правильного учета сопротивления в плане гидравлики трубопровода нужны справочные данные, которые отсутствуют в форме. Их необходимо искать и вводить дополнительно.
Oventrop CO
Наиболее простая и ясная программа для гидравлического расчета теплосети. Интуитивный интерфейс и гибкая настройка смогут помочь быстро разобраться с невидимыми моментами ввода данных. Маленькие проблемы могут появиться при первой настройке комплекса. Потребуется ввести все параметры системы, начиная от самого материала труб и завершая размещением ТЕНОВ.
Отличается гибкостью настроек, возможностью делать самый простой гидравлический расчет теплоснабжения как для новой теплосети, так же и для модернизации старой. Выделяется от заменителей хорошим графическим интерфейсом.
Instal-Therm HCR
Программный комплекс рассчитывается для профессионального сопротивления в плане гидравлики теплосети. Бесплатная версия имеет очень много противопоказаний. Сфера использования – проектирование теплоснабжения в больших общественных и производственных зданиях.
В практических условиях для теплоснабжения автономного типа частных квартир и домов гидравлический расчет делается не всегда. Однако это способно привести к ухудшению работы системы обогрева и быстрой поломке его компонентов – отопительных приборов, труб и котла. Что этого избежать нужно вовремя высчитать параметры системы и сопоставить их с фактическими для последующей оптимизации работы теплоснабжения.
HERZ C.O.
Характеризуется гибкостью настроек, возможностью делать упрощенный гидравлический расчет отопления как для новой системы теплоснабжения, так и для модернизации старой. Отличается от аналогов удобным графическим интерфейсом.
Как выбрать циркуляционный насос?
Главной функцией насоса является прокачка нужного количества воды через котел для ее нагрева, а также через радиаторы, чтобы они отапливали помещение. Если насос выбрать неправильно, то появятся проблемы в отоплении.
Большинство проблем системы отопления связаны с неправильным выбором диаметров труб, а не с насосом.
Если насос выбран слишком мощный, то появится шум из-за большой скорости теплоносителя. Если напор насоса недостаточен, то последние радиаторы не будут греться, а котел станет тактовать. Вода будет нагреваться, но не прокачиваться с нужной скоростью через радиаторы отопления.
Расчеты производительности насоса
Производительность (расход) – это показатель объёма, который перекачивает агрегат за определённое время. Например, литры в минуту, литры в час или метры кубические за те же отрезки времени.
Для подсчётов нужны три величины:
- Разница температуры воды на подаче и обратке (Δt).
- Мощность котла (N);
- Теплоёмкость воды – это стандартный показатель = 1,16.
Снятия температур теплоносителя производят на выходе из котла и на входе обратной трубы в котёл. Если нет возможности сделать замеры, берут примерный усреднённый показатель – это:
- 20 °C для системы с радиаторами;
- 15°C если установлены скрытые конвекторы;
- 10 °С для муниципального жилья, в котором радиаторы не перегревают;
- 5° C для системы тёплый пол.
Формула для подсчёта требуемой производительности (Q) в л/час:
Q = N : (1,16 * Δt)
Приведём пример для котла мощностью 8 кВт и разницей температур 15 °С.
Q = 8000 (Вт) : (1,16 * 15) = 8000 : 17,4 = 460 л/час.
Превратить л/час в кубометры, можно, просто разделив итог на 1000. То есть 460 л/ч = 0,46 м3/ч. Получается, что для такой системы будет достаточно слабенького циркуляционного насоса.
Не стоит брать прибор ни с запасом, ни с дефицитом мощности. Как работа с надрывом, так и «в пол силы» негативно скажется на механизме.
Как выбрать циркуляционный насос по полученным данным
Выполнив расчеты и определив основные параметры (подачу и напор), приступим к подбору подходящего циркуляционного насоса. Для этого используем графики их технических характеристик (В), которые можно найти в паспорте или инструкции по эксплуатации. Такой график должен иметь две оси со значениями напора (обычно в м) и подачи (производительности) в м3/ч, л/ч или л/с. На этот график наносим полученные при расчете данные, в соответствующей размерности и на их пересечении находим точку (А). Если она находится выше графика характеристики насоса (А3), то эта модель нам не подходит. Если же точка попадет на график (А2) или будет ниже его (А1), то это подходящий вариант. Но необходимо учитывать, что если точка будет находиться значительно ниже графика (А1), то это значит что насос будет иметь излишний запас мощности, что тоже нецелесообразно, так как он будет потреблять больше электроэнергии и стоимость его будет также выше, чем модели, график характеристики которой, будет максимально близким к нашей точке.
Есть модели насосов имеющие не одну, а 2-3 скорости. Графики их характеристик будут иметь не одну, а, соответственно, 2 или 3 линии. В этом случае подбор насоса необходимо делать по графику той скорости, которая будет использоваться или с учетом всех линий, если будут использоваться все скорости.
Какие бывают виды
Насос для отопления является в современных системах одним из решающих факторов, обеспечивающих равномерное перемещение теплоносителя и, следовательно, нагреваются все тепловыделяющие элементы одинаково .
РАСЧЁТ НАПОРА И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО НАСОСА
Watch this video on YouTube
Такие агрегаты наделены комплектом достоинств, определяемых как:
- Способствуют сохранению постоянной температуры теплоносителя.
- Невысокий уровень потребления электроэнергии.
- Высокая надежность при работе.
- Простота применения.
Их основной функциональной задачей – нивелирование сопротивления трубной разводки протоку греющего вещества.
Существуют два основных конструктивных исполнения циркулярных насосов:
- с сухим ротором;
- с мокрым ротором.
Рабочая камера устройства с сухим ротором отделена от электродвигателя герметичной перегородкой. Такие агрегаты обычно имеют более высокую мощность и производительность, но издают шум при работе, поэтому их применение огранивается установкой в изолированных помещениях или зданиях.
Насосы с мокрым ротором работают в среде теплоносителя, что увеличивает срок их службы. По этой же причине они являются малошумными, что позволяет их применение внутри обслуживаемых зданий.
Существенным недостатком таких агрегатов является их невысокий коэффициент полезного действия, что ограничивает их применение в больших отопительных системах, однако в небольших частных домах они применяются очень широко из-за упомянутой выше малошумности и долговечности.
Модификации насоса и технические параметры
Исходя из особенностей конструкции, насосы характеризуется производительной мощностью двигателя, типом ротора и управления.
Двигатель
Точный расчет параметров двигателя выполняется для конкретной отопительной системы, но общее правило подбора простое – мощность пропорциональна производительности (размера) рабочей части.
Управление работой
Управление насоса – это выбор скоростных режимов, от которых зависит эффективность всей системы. Для подогрева используется минимальный режим, в то время как при низких температурах быстрый отвод тепла требует увеличения скорости. Для регулирования этого процесса используется 2 типа управления:
- Механический. Выбор скорости производится самостоятельно, а переключение вручную. Такое управление эффективно для небольших контуров, где реагирование на изменение скорости происходит быстро. Насос для отопления в частном доме, чаще всего, приобретается с таким управлением благодаря невысокой стоимости и более высокой ремонтопригодности.
- Умные модернизированные модели управляются системой автоматики, которая в зависимости от температуры теплоносителя регулирует скорость потока. Стоят они дороже, но при установке многокомпонентных систем с коллекторами, он незаменимы. Кроме этого они увеличивают энергоэффективность на 25-35%.
Каждый производитель использует свои разработки, способствующие безаварийной работе в течение срока годности, поэтому цены на модели с одинаковыми характеристиками отличаются, также как и качество оборудования.
У внешне одинаковых насосов могут быть совершенно различные характеристики
Снижение стоимости в более дешевых фирмах происходит за счет минимального запаса прочности. Чаще всего это подразумевает уменьшение толщины на неответственных элементах деталей, использование менее прочных и дешевых материалов, которых хватает только на указанный срок эксплуатации. Выбор фирмы–производителя во многом определяет качественные характеристики изделия. Сориентироваться в них можно, прочитав отзывы или углубившись в изучение используемых для деталей материалов.
Ротор или маховое колесо
Существует 2 принципа работы ротора:
Сухой. Трущиеся детали и сам ротор находится в герметично закрытом корпусе, – с водой соприкасаются только лопасти, создающие поток. Такие модели характеризуются высокой мощностью, эффективностью, но более чувствительны к механическому загрязнению энергоносителя. Требуется прохождение ежегодной технической профилактики электродвигателя. Кроме того, их установка должна проводиться удалено от жилых комнат из-за повышенного уровня шума.
Циркуляционный насос с сухим ротором – двигатель и нагнетатель расположены в разных корпусах
Мокрый. Наиболее распространенный тип за счет неприхотливости в обслуживании, стоимости и разнообразия моделей. В открытой конструкции движущиеся детали (подшипники, валы, ротор и т. д.) находятся в воде, которая одновременно является для них смазочным материалом и охладителем для двигателя. Используются соответствующие нержавеющие сплавы, прокладки из водостойких материалов. Система менее прихотлива к механическим примесям в энергоносителе, а срок службы бытового прибора рассчитан на 7 лет.
В насосе с мокрым ротором двигатель и нагнетатель расположены в одном корпусе
