Приложение В. Методика расчета параметров теплонасосной системы

Приложение В

Методика расчета параметров теплонасосной системы

В.1 К основным параметрам теплонасосной системы теплоснабжения относят:

а) расчетные мощности тепловых насосов и вспомогательных источников тепла, соответственно:

- для отопления и вентиляции: , , кВт;

- для горячего водоснабжения: , , кВт;

б) годовые значения выработки тепловой энергии тепловыми насосами и вспомогательными источниками тепла:

- для отопления и вентиляции: , , кВт·ч;

- для горячего водоснабжения: , , кВт·ч;

в) расчетные электрические мощности привода тепловых насосов и вспомогательных источников тепла, соответственно:

- для отопления и вентиляции: , , кВт;

- для горячего водоснабжения: , , кВт;

г) затраты энергии на привод тепловых насосов и вспомогательных источников тепла:

- для отопления и вентиляции: , , кВт·ч;

- для горячего водоснабжения: , , кВт·ч;

д) сезонную характеристику эффективности SPF.

В.2 Исходные данные для расчета:

- расчетные тепловые мощности систем-потребителей тепла:

- расчетная мощность систем отопления и вентиляции, кВт;

- тепловая нагрузка горячего водоснабжения в течение часа максимального водопотребления, кВт;

- характерные температуры:

t _вн - расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая в соответствии с СП 50.13330, °С;

, - расчетные температуры теплоносителя в системе отопления, соответственно в подающем и обратном трубопроводах, °С;

t _c, t _h - температуры холодной и горячей воды, °С;

- характеристики режима работы тепловых насосов:

t _инт - температура теплоносителя на входе в испаритель (зависит от используемого источника низкопотенциальной теплоты), °С;

t _тн - температура теплоносителя на выходе из конденсатора теплового насоса (максимальная принятая температура нагрева теплоносителя в тепловом насосе), °С. При проведении предварительных расчетов допускается принимать t _тн=35°С для случая использования обогреваемых поверхностей или воздушного отопления, t _тн=55°С-60°С - для случая использования системы отопления на базе радиаторов или конвекторов.

В.3 Температуру теплоносителя на входе в испаритель теплового насоса t _инт, °С, для проведения предварительных расчетов принимают равной:

атмосферный воздух: t _инт=t _н для моновалентной конфигурации ТСТ, t _инт=t _в для бивалентной конфигурации ТСТ;

грунт (для термоскважин на пятый год эксплуатации в режиме извлечения тепла без искусственного восстановления температуры): t _инт=t _прир-7°С;

грунт при комбинированном использовании с атмосферным воздухом (для термоскважин на пятый год эксплуатации в режиме извлечения тепла из грунта без искусственного восстановления температуры): t _инт=t _прир-3°С;

грунтовая вода с глубины не менее 10 м (непосредственное использование): t _инт=t _прир;

грунтовая вода с глубины не менее 10 м (использование через промежуточный гидравлический контур): t _инт=t _прир-5°С;

вода из поверхностных источников (использование через промежуточный гидравлический контур): t _инт=t _{ср.от.пер}-5°С

вентиляционные выбросы (непосредственное использование): t _инт=t _вв;

вентиляционные выбросы (использование через промежуточный гидравлический контур): t _инт=t _вв-10°С;

сточные воды (использование через промежуточный гидравлический контур): t _инт=t _св-5°С,

где t _в - температура наружного воздуха, соответствующая точке В на рисунке А.1;

t _прир - температура грунта и грунтовой воды в природном, невозмущенном состоянии, принимают равной среднегодовому значению температуры наружного воздуха в соответствии с СП 131.13330, °С;

t _{ср.от.пер} - средняя за отопительный период температура воды, °С;

t _вв - средняя за отопительный период температура вытяжного воздуха, °С;

t _св - средняя за отопительный период температура сточных вод, °С.

В.4 Расчетную тепловую мощность тепловых насосов системы отопления и вентиляции , кВт, вычисляют следующим образом:

при ;

при . (В.1)

Для тепловых насосов, использующих в качестве источника низкопотенциальной теплоты воздух, при t _н<t _в расчетную тепловую мощность тепловых насосов системы отопления и вентиляции вычисляют по формуле (В.6), принимая t ^j=t _в.

В.5 Расчетную тепловую мощность вспомогательных источников тепла системы отопления и вентиляции , кВт, определяют по формуле

. (В.2)

Для тепловых насосов, использующих в качестве источника низкопотенциальной теплоты воздух, при t _н<t _в расчетная тепловая мощность вспомогательных источников тепла системы отопления и вентиляции .

Соотношения между основными параметрами ТСТ для системы отопления и вентиляции приведены на рисунке В.1.

В.6 Тепловую мощность тепловых насосов системы горячего водоснабжения (при использовании суточного аккумулирования) , кВт, рассчитывают по формуле

, (В.3)

где k _акк - см. формулу (7.4);

- см. 7.6.5.

При проведении предварительных расчетов в условиях отсутствия подробных данных по параметрам системы горячего водоснабжения допускается принимать .

В.7 Тепловую мощность вспомогательного источника тепла системы горячего водоснабжения , кВт, рассчитывают по формулам:

для накопительного нагревателя

; (В.4)

для проточного нагревателя

. (В.5)

В.8 По характеристикам выбирают конкретную модель теплового насоса, обеспечивающую требуемую тепловую мощность и при температурах теплоносителя на входе в испаритель t _инт и теплоносителя на выходе из конденсатора t _тн.

В зависимости от выбранной схемы ТСТ нагрузки отопления и горячего водоснабжения могут обеспечивать как одними и теми же тепловыми насосами, так и отдельными тепловыми насосами (группами тепловых насосов) для отопления и горячего водоснабжения.

Для выбранной модели теплового насоса из технической документации определяют расчетные электрические мощности привода и .

В.9 Электрические мощности вспомогательных источников тепла и принимают равными их тепловым мощностям и соответственно при использовании в качестве вспомогательных источников тепла электрических нагревателей и равными нулю в иных случаях.

В.10 Детальное определение выработки и потребления энергии ТСТ, равно как и сезонной характеристики эффективности SPF, следует выполнять по ГОСТ Р 54865.

При проведении предварительных расчетов допускается использование методики, изложенной ниже.

В.11 Годовую выработку тепловой энергии на отопление и вентиляцию рассчитывают с учетом кумулятивного времени стояния температур наружного воздуха в течение отопительного сезона для рассматриваемого региона.

Для каждого значения температуры наружного воздуха в диапазоне от температуры начала отопительного сезона t _нач (принимают равной 8°С) и до расчетной температуры наружного воздуха t _н включительно выполняют расчеты по В.12-В.21.

В.12 Нагрузку отопления и вентиляции , кВт, при рассматриваемой температуре наружного воздуха t ^j, °С, определяют по формуле

, (В.6)

где , t _вн и t _н - см. формулу (7.1).

В.13 Температуры теплоносителя системы отопления и вентиляции:

; (В.7)

. (В.8)

В.14 Температуру теплоносителя на входе в испаритель теплового насоса определяют в зависимости от используемого источника:

атмосферный воздух: ;

другие источники: .

В.15 Доля тепловой нагрузки отопления и вентиляции , покрываемая за счет работы теплового насоса:

	при ;
	при ;
	при .

Для тепловых насосов, использующих в качестве источника низкопотенциальной теплоты атмосферный воздух, температура теплоносителя на выходе из конденсатора может быть переменной: характерно снижение максимальной температуры теплоносителя на выходе из конденсатора при снижении температуры источника ниже определенного значения, различающегося для разных моделей тепловых насосов. Для данного типа тепловых насосов доля тепловой нагрузки отопления и вентиляции, покрываемая за счет их работы, :

	при ;
	при ;
	при ;
	при ,

где t _в - температура наружного воздуха, соответствующая точке В на рисунке А.1.

В.16 Для каждой пары и для выбранной модели теплового насоса по технической документации на тепловой насос определяют соответствующие значения .

При отсутствии данных допускается определять по формуле (10.2).

В.17 Требуемую тепловую мощность теплового насоса , кВт, при рассматриваемой температуре наружного воздуха t ^j определяют по формуле

. (В.9)

В.18 Требуемую тепловую мощность вспомогательного источника тепла , кВт, определяют по формуле

. (В.10)

В.19 Электрическая мощность вспомогательного источника тепла при использовании в качестве вспомогательных источников тепла электрических нагревателей и в иных случаях.

В.20 Выработку тепловой энергии тепловым насосом , кВт·ч, и вспомогательным источником тепла , кВт·ч, на отопление и вентиляцию за год определяют по формулам:

, (В.11)

, (В.12)

где Т ^j - продолжительность стояния температуры t ^j в течение отопительного периода, ч;

n - количество рассматриваемых значений температуры наружного воздуха.

В.21 Потребление электрической энергии тепловым насосом на отопление и вентиляцию за год , кВт·ч, определяют по формуле

. (В.13)

В.22 Потребление электрической энергии вспомогательным источником тепла на отопление и вентиляцию за год при использовании в качестве вспомогательных источников тепла электрических нагревателей и в иных случаях.

В.23 Годовую выработку тепловой энергии на горячее водоснабжение тепловым насосом , кВт·ч, определяют по формуле

, (В. 14)

где - нагрузка горячего водоснабжения по среднечасовому за сутки расходу горячей воды, кВт;

k _акк - см. формулу (7.4);

z _от - продолжительность отопительного периода, сут;

- коэффициент, учитывающий снижение потребления горячей воды в летний период. Принимают равным 0,9 для жилых зданий и 1,0 для остальных зданий;

D _гвс - доля тепловой нагрузки горячего водоснабжения, покрываемая за счет работы теплового насоса.

В.24 Долю тепловой нагрузки горячего водоснабжения D _гвс, покрываемую за счет работы теплового насоса определяют по формуле

при t _тн<t _h;

D _гвс=1 при t _тнt _h.

Примечание - Температура нагрева горячей воды от теплового насоса в зависимости от выбранной логики управления может отличаться от температуры теплоносителя на выходе из конденсатора теплового насоса при его работе на отопление (например, при использовании систем отопления на базе обогреваемых поверхностей). В таком случае при расчете доли тепловой нагрузки горячего водоснабжения D _гвс, покрываемой за счет работы теплового насоса, в качестве температуры t _тн используют температуру нагрева горячей воды от теплового насоса.

В.25 Годовую выработку тепловой энергии вспомогательным источником тепла на горячее водоснабжение , кВт·ч, определяют по формуле

. (В.15)

В.26 Для выбранной модели теплового насоса по технической документации на тепловой насос определяют соответствующие значения коэффициента преобразования энергии для зимнего и летнего периодов и . Указанные значения определяют для температур , и , соответственно, где

- средняя температура нагреваемой от теплового насоса воды, °С;

и - средние за соответствующий сезон температуры источника низкопотенциального тепла, °С.

В.27 Годовое потребление электрической энергии тепловым насосом на горячее водоснабжение , кВт·ч, определяют по формуле

. (В.16)

В.28 Годовое потребление электрической энергии вспомогательным источником тепла на горячее водоснабжение при использовании в качестве вспомогательных источников тепла электрических нагревателей и в иных случаях.

В.29 Сезонная характеристика эффективности теплонасосной системы:

в случае применения в качестве вспомогательных источников тепла электрических нагревателей:

; (В.17)

в иных случаях:

, (В.18)

где  _вит - средний КПД вспомогательного источника тепла в диапазоне используемых мощностей.