Приложение Г (справочное). Пример вычислений

Приложение Г
(справочное)

Пример вычислений

Г.1 Пример вычислений

Г.1.1 Конфигурация системы

Параллельная комбинированная работа электроприводного парокомпрессионного (VCC) теплового насоса типа "рассол - вода" с каскадным циклом для отопления помещений и производства бытовой горячей воды.

Бивалентная конструкция с электрическим резервным нагревателем, параллельный буферный накопительный бак-хранилище (первичный насос включен в границу системы), внешний бак-хранилище горячего водоснабжения (насос заполнения бака включен в границу системы).

Управление насосом осуществляется от устройства регулирования, работающего в режиме "ON" - "OFF" ("Включено" - "Выключено").

Г.1.2 Исходные данные (см. 5.5.2)

Общие исходные данные места установки рассчитываемой теплонасосной установки приведены в таблице Г.1. Для этого используют данные температуры наружного воздуха и соответствующие оценочные данные. Параметры отопительной системы приведены в таблице Г.2.

Таблица Г.1 - Общие исходные данные

Общие исходные данные	Значение
Местоположение	Gelterkinden, BL, СН
Расчетная температура наружного воздуха , °С	- 8

Таблица Г.2 - Режим отопления помещений

Исходные данные для режима отопления	Значение
Энергетическая потребность на отопление , (см. [8])	20 158
Расчетная температура внутри помещения , °C	20
Тип системы отопления (радиаторы/конвекторы/пол/стена/воздух)	Радиаторы
Показатель степени n системы выделения тепла	1,2
Расчетная температура подачи теплоносителя (при расчетной наружной температуре ), °C	55
Разность температур в системе отопления при расчетных условиях , К	10
Верхний предел наружной температуры при включенном отоплении , °С	15
Время прерывания в работе теплового насоса , ч/сут	3
Нагревательный буферный бак-аккумулятор (да/нет)	Да
Объем нагревательного буферного бака-аккумулятора , л	400
Исходные данные для режима отопления
Потери при хранении тепловой энергии в баке-аккумуляторе в состоянии резерва ,/сут	2,3
Длина трубопровода между источником энергии и баком-аккумулятором , м	10
Удельные тепловые потери по длине , Вт/()	0,2
Разность температур при испытании бака-аккумулятора , °С	40
Температура окружения бака-аккумулятора , °C	15
Резервный нагреватель (да/нет)	Да
Тип резервного нагревателя (электрический/газовый/дизельное или иное топливо)	Электрический
Режим работы резервного нагревателя (поочередно/параллельно/частично параллельно)	Параллельно
Эффективность резервного нагревателя	0,95

Исходные данные для расчета системы в режиме ГВС и общие параметры теплового насоса, характеристики теплового насоса для разных режимов эксплуатации согласно типовым испытаниям представлены в таблице Г.3.

Таблица Г.3 - Режим горячего водоснабжения

Исходные данные в режиме бытового горячего водоснабжения	Значение
Энергетическая потребность ГВС , (см. [18])	3300
Температура холодной воды на впуске , °С	15
Температура горячей воды на выпуске бака-аккумулятора , °C	60
Объем бака-аккумулятора для ГВС , л	300
Показатель параллельной работы	0,7
Резервный нагреватель имеет такие же параметры, как и для системы отопления	-
Трубопроводы между источником энергии и баком-хранилищем ГВС имеют такие же параметры, как и в отопительной системе	-

Таблица Г.4 - Тепловой насос

Тепловой насос
Тип теплового насоса (А/W ("воздух - вода"), А/А ("воздух - воздух"), B/W ( "рассол - вода"), W/W ("вода - вода"), DX/W, DX/A, DX/DC)	B/W ("рассол - вода")
Тип производства бытовой горячей воды (нет производства/только ГВС/попеременно/одновременно-параллельно)	Одновременное (параллельное) комбинированное
Автоматическое регулирование теплового насоса ("ON" - "OFF", шаг, переменная скорость)	"ON" - "OFF"
Рабочий предел , °С	55

Таблица Г.5 - Рабочая характеристика теплового насоса в режиме отопления (см. [2])

Режим отопления помещений (см. [2])
Температура источника низкопотенциальной теплоты в контрольной точке , °C	-5	0	5
Температура отвода теплоты на первой контрольной точке , °C	35
Температура отвода теплоты на второй контрольной точке , °C	45
КПД (СОР) при температуре отвода тепла 35°С, Вт/Вт		4,5	5,2
КПД (СОР) при температуре отвода тепла 45°С, Вт/Вт	3,0	3,5	4,0
Теплопроизводительность при температуре отвода тепла 35°С , кВт		9	10,3
Теплопроизводительность при температуре отвода тепла 45°С , кВт	7,7	8,7	9,9

Таблица Г.6 - Рабочая характеристика теплового насоса в режиме ГВС (см. [17])

Режим бытового горячего водоснабжения (см. [17])
Температура подачи горячей воды °C	55 °С
Температура источника низкопотенциальной теплоты в контрольной точке , °С	-5	0	5
КПД () (см. [17]), Вт/Вт		2,36
Подводимая мощность для компенсации потерь бака в режиме резерва , (см. [17]), Вт		62
Нагревательная способность только для ГВС, кВт	0,7	1,05	1,4

Примечания

1 В настоящее время [17] не определяет теплопроизводительность теплового насоса как выходную мощность. Однако на основе испытаний средняя нагревательная способность цикла во второй фазе может быть вычислена по формуле без расширения испытаний

(Г.1)

2 [17] пересмотр проводился рабочей группой 10 [28].

Таблица Г.7 - Рабочая характеристика теплового насоса для параллельного отопления и ГВС (характеристику во время работы для отопления см. [17])

Параллельная (комбинированная работа) (см. [2]) в режиме отопления и ГВС
Температура источника в контрольной точке , °С	-5	0	5
КПД (СОР) при температуре отвода тепла 35°С системы отопления , Вт/Вт		4,09	4,67
КПД (СОР) при температуре отвода тепла 45°С системы отопления , Вт/Вт	2,7	3,01	3,43
Суммарная теплопроизводительность при температуре отвода теплоты 35°С , кВт		9,0	10,3
Суммарная теплопроизводительность при температуре отвода теплоты 45°С , кВт	7,5	8,5	9,7
Теплопроизводительность ГВС при температуре отвода тепла 35°С , кВт		1,75	1,83
Теплопроизводительность ГВС при температуре отвода тепла 45°С , кВт	1,7	1,89	2,04
Подводимая мощность на тепловые потери бака-аккумулятора в режиме резерва , Вт (см. [17])		36

В настоящее время не существует европейского стандарта для систем тепловых насосов, работающих параллельно в режиме отопления и ГВС. В настоящем примере приведены вычисления на основе испытаний, когда цикл ГВС в соответствии с [17] выполнен во время отопительной операции.

КПД (СОР) в комбинированной операции проанализирован по формуле

.

Параметры потребления мощности вспомогательных компонентов представлены в таблице Г.8.

(Г.2)

Таблица Г.8 - Потребление мощности вспомогательными компонентами

Вспомогательные компоненты
Потребление мощности насосом источника , Вт	120
Потребление мощности насосом отвода тепла , Вт	54
Потребление мощности насосом заполнения бака-хранилища Вт	33
Потребление мощности для автоматического регулирования и подогрева картера , Вт	10
Доля потерь подводимой дополнительной энергии в окружающую среду	0,2
Показатель снижения температуры	1

Г.1.3 Вычисления

Г.1.3.1 Общие положения

Вычисления выполняют поэтапно. На каждом этапе выполняют необходимые вычисления в соответствии с нормативной частью настоящего стандарта. Результаты вычислений сводят в таблицу.

Примечание - Округление результатов может приводить к небольшой разнице между результатами, полученными по формуле, и результатами, представленными в итоговых таблицах.

Г.1.3.2 Этап 1. Вычисление энергетических потребностей на временных шагах-интервалах

Г.1.3.2.1 Выбор временных шагов

Рабочие точки и номер шагов выбирают те же, что и для контрольных точек теплового насоса типа "воздух - вода" (три шага для комбинированного отопления/ГВС, один шаг - только для ГВС).

Нижние и верхние пределы вычисляют как аппроксимированную температуру в средней точке между рабочими точками. Значение температуры округляют до целого.

Нижний предел первого шага есть наименьшая температура наружного воздуха, которая встречается в наборе метеорологических данных. Верхний бункерный предел последнего бункера для отопления помещений есть верхний предел наружной температуры для отопления.

Примечание - Температура теплоносителя, возвращающегося из грунтового теплообменника-термоскважины, зависит от характеристик грунта, температуры контрольной точки и непосредственно не связана с температурой наружного воздуха. Для данного примера в качестве контрольных точек выбраны точки тепловых насосов типа "воздух - вода", так как эти точки более или менее распределены по рабочему диапазону. Оценка температуры теплоносителя, возвращающегося из грунтового теплообменника, дает рабочую точку самого нижнего шага 1, который ближе к контрольной точке В0. Рабочая точка для температуры наружного воздуха 20°С является наиболее близкой к контрольной точке В5. Две рабочие точки устанавливают посередине между ними, чтобы учитывать изменение температуры отвода тепла в соответствии с температурным графиком отпуска тепла, и они обе подлежат интерполяции. При проведении расчетов использованы метеорологические данные, приведенные в приложении А.

Г.1.3.2.2 Вычисление шагового времени по формуле (6)

.

(Г.3)

Г.1.3.2.3 вычисление эффективного шагового времени по формуле (7)

.

(Г.4)

Г.1.3.2.4 Вычисление весовых коэффициентов и потребности в тепловой энергии для отопления помещений по формуле (4), (5)

;

(Г.5)

.

(Г.6)

Г.1.3.2.5 Вычисление весовых коэффициентов и потребности в тепловой энергии для бытового горячего водоснабжения по формулам (8) и (9)

.

(Г.7)

.

(Г.8)

Г.1.3.2.6 Вычисление по всем шагам

Представляют итоговый результат вычисления энергетических потребностей в тепловой энергии по всем шагам в таблице Г.9.

Таблица Г.9 - Результаты этапа 1. Вычисление энергетических потребностей в бункерах

Этап 1. Энергетические потребности	Отопление/ГВС по		шагам	Только ГВС	Итого
Номер шага	Шаг 1	Шаг 2	Шаг З	Шаг 4
Рабочие точки, °С (см. 5.3.1)	-7	2	7	20
Нижний предел бункера, °С (см. 5.5.1)	-11	-2	4	15
Верхний предел бункера, °С (см. 5.5.1)	-2	4	15	35
Бункерное время, ч [см. формулу (6)]	330	1604	3603	3223	8760
Эффективное бункерное время, ч [см. формулу (7)]	289	1404	3153	2820	7665
Весовой коэффициент отопления [см. формулу (4)]	0,11	0,40	0,49	-	1,00
Потребность в тепловой энергии для отопления, кВтч [см. формулу (5)]	2196	8133	9,829	-	20158
Весовой коэффициент ГВС [см. формулу (8)]	0,04	0,18	0,41	0,37	1,00
Потребность в тепловой энергии для ГВС, кВтч [см. формулу (9)]	124	604	1357	1214	3300

Г.1.3.3 Этап 2. Вычисление теплопроизводительности и КПД (СОР) при полной нагрузке (см. 5.5.5)

Г.1.3.3.1 Вычисление температуры источника и отвода тепла в рабочих точках

Определяют температуру источника низкопотенциальной тепловой энергии (подбор аппроксимирующего многочлена, см. 6.2.1.3).

В качестве расчетных температур грунта как источника тепла низкого потенциала должны использоваться температуры грунта на пятый год эксплуатации ТСТ, которые могут быть определены с помощью [6].

При укрупненных расчетах могут быть использованы данные приложения Ж или температура теплоносителя на выходе из термоскважины - грунтового теплообменника, определяемые по профилю, представленному в аппроксимирующей зависимости этой температуры от температуры наружного воздуха :

.

(Г.9)

Температуру подачи тепловой энергии в контрольных точках вычисляют по температурному графику отпуска теплоты и по формуле (57).

Для вычисления температуры подачи тепловой энергии при f = , температуру отпуска тепловой энергии определяют по формуле

;

(Г.10)

Примечание - Для нижнего диапазона температур наружного воздуха ниже = - 8°С необходимая температура подачи тепловой энергии превышает рабочую предельную температуру теплового насоса = 55°С. В этом случае следует использовать энергию резервного нагревателя. Однако в этом случае резервная энергия уже используется в связи с недостатком теплопроизводительности теплового насоса в этом диапазоне температур при условии, что требование к температуре может быть удовлетворено.

Г.1.3.3.2 Интерполяция значений теплопроизводительности и КПД (COP) при изменении температурного режима источника низкопотенциального тепла

Линейную интерполяцию значений теплопроизводительности теплового насоса при изменении температуры источника низкопотенциальной теплоты в соответствии с 5.3.5.1.3 допускается проводить по формуле

(Г.11)

Линейную интерполяцию значений теплопроизводительности теплового насоса при изменении температуры подачи тепловой энергии в систему отопления допускается проводить по формуле

.

(Г.12)

Г.1.3.3.3 Коррекция по изменениям температурного режима во время испытаний и эксплуатации

Для разных массовых расходов теплоносителя во время проведения испытаний и эксплуатации возникают разные температурные условия на конденсаторе теплового насоса, поэтому стандартные значения (COP) необходимо корректировать, включая следующие вычисления, с тем чтобы установить соответствие гидравлических режимов и температуры во время испытаний и при эксплуатации. Вычисление массового расхода теплоносителя в стандартном номинальном режиме - по [2], ГОСТ 26963, ГОСТ Р МЭК 60335-2-40.

В [2], ГОСТ 26963, ГОСТ Р МЭК 60335 устанавливают разность температур 5 К между температурой на входе в конденсатор и на выходе из конденсатора теплового насоса в стандартной номинальной точке (B0/W45) для радиаторных систем отопления. Таким образом, массовый поток определяется формулой (10) после перестановок для расхода по массе:

.

(Г.13)

Этот массовый расход в стандартной номинальной точке используется для всех контрольных точек, поэтому соответствующая разность температур на испытании в контрольных точках определяют по формуле

(Г.14)

Массовый расход теплоносителя через конденсатор теплового насоса во время работы теплового насоса (при расчетной температуре наружного воздуха ) определяют по формуле (10)

.

(Г.15)

Разность температур теплоносителя на входе в конденсатор и выходе из конденсатора теплового насоса при эффективном массовом расходе в контрольной точке определяют по формуле (10)

.

(Г.16)

Учет изменений разности температуры теплоносителя на входе и выходе из конденсатора теплового насоса при испытаниях и эксплуатации определяют по формуле (11).

Так как конденсатор и испаритель используют рассол и воду соответственно, то средние разности температур между хладагентом и теплоносителем устанавливается равной :

.

(Г.17)

Г.1.3.3.4 Интерполяция значений КПД (COP) в режиме отопления помещений

Значения КПД (COP) линейно интерполируют в соответствии с изменениями в зависимости от изменения температур источника низкопотенциальной тепловой энергии и температуры отвода.

Г.1.3.3.5 КПД (COP) и теплопроизводительность в режиме горячего водоснабжения

Так как только одна контрольная точка на В0 определяется путем испытаний по [17], то корректируют методом постоянной эксергетической эффективности в соответствии с приложением В. Поправочные коэффициенты вычисляют по формулам по приложению Г. Эти формулы могут быть также применены для коррекции разных температур отвода тепла на испытании и во время эксплуатации, например, при испытании при температуре горячей воды 55°С и работе при температуре 60°С. Однако упомянутый выше способ является точным только вблизи контрольной точки, а его правильность уменьшается с увеличением расстояния от этой контрольной точки:

.

(Г.18)

для рабочего режима вычисляют по формуле

.

(Г.19)

Если имеется только одна контрольная точка, то теплопроизводительность в режиме ГВС не может быть скорректирована на изменение температурного режима. Однако в данном случае было проведено испытание на трех значениях температуры источника тепловой энергии, поэтому нагревательная способность ГВС может быть интерполирована так, как для отопления помещений.

Г.1.3.3.6 КПД (COP) и теплопроизводительность в параллельном режиме

КПД (COP) и теплопроизводительность для параллельного режима (отопление и ГВС) вычисляют аналогично режиму отопления. Для данной системы нагревательная способность только в режиме отопления и параллельной работы не изменяется значительно, поэтому те же поправочные коэффициенты можно использовать для коррекции разного температурного распространения.

Вследствие переохлаждения конденсата нагревательная способность для ГВС зависит от требуемого температурного режима системы отопления и должна интерполироваться на основе температуры потока системы отопления.

Г.1.3.3.7 Вычисление по шагам

Итоги вычисления теплопроизводительности и КПД (COP) на полной нагрузке для всех шагов представлены в таблице Г.10.

Примечание - Строки, отмеченные курсивом, требуются только в случае параллельной комбинированной работы систем в трех режимах. Горячее водоснабжение является более эффективным в случае параллельной работы, следовательно, важно рассматривать все три режима действия. Более высокие значения комбинированной выработки тепла (для ГВС) и комбинированного КПД (СОР) получают благодаря более высоким температурам переохлаждения конденсата, т.е. температуры возврата (обработки) теплоносителя системы отопления в сравнении с грунтовым источником.

Таблица Г.10 - Результаты этапа 2. Вычисление нагревательной способности (теплоемкости) и КПД (COP) при полной нагрузке

Этап 2. КПД (СОР) и теплопроизводительность при полной нагрузке	Шаг 1 -11...-2	Шаг 2 -2...4	Шаг 3 4 ...15	Шаг 4 15...35
Только отопление помещений SH
Температура характеристики источника тепловой энергии	0,15	1,5	-	-
Температура источника (подбор многочлена, стандартный профиль, см. Д.2.1.3 приложения Д)	0,5	1,8	2,6	4,5
Интерполяция теплопроизводительности при подаче с t = 35°С по 5.5.5.1.3	9,1	9,5	9,7	10,2
Интерполяция теплопроизводительности при подаче с t = 45°С по 5.5.5.1.3	8,8	9,1	9,3	9,8
Только отопление помещений SH
Температура теплоносителя в рабочих точках (кривая нагрева, см. Б.1 приложения Б)	54	44	38
Теплопроизводительность SH на температуре подачи (см. 5.5.5)	8,5	9,2	9,6
Массовый расход в стандартной номинальной точке см. [25] (B0/W45), кг/с		0,42
Разность температур входа/выхода теплоносителя t в контрольных точках, 35 K [см. формулу (10)]		5,2	5,9
Разность температур входа/выхода теплоносителя t в контрольных точках, 45 K [см. формулу (10)]	4,4	5,0	5,7
Температура источника теплоты низкого потенциала в расчетном режиме, °С (см. Д.2.1.3 приложения Д)	0,3
Температура подачи отпуска тепла в расчетном режиме, °С (см. таблицу Б.1 приложения Б)	55
Теплопроизводительность в расчетном режиме для 35°С, кВт	9,1
Теплопроизводительность в расчетном режиме для 45°С, кВт	8,8
Теплопроизводительность при расчетной температуре теплоносителя, кВт	8,5
Массовый расход во время работы, кг/с [см. формулу (10)]	0,2
Разность температур входа/выхода теплоносителя из конденсатора t, К, во время работы, 35°С [см. формулу (10)]	9,3	10,6	12,2
Разность температур входа/выхода теплоносителя из конденсатора t, К, во время работы, 45°С [см. формулу (10)]	9,1	10,3	11,7
Поправка на разность температур t, К, при 35°С [см. формулу (11)]	1,05	1,07	1,09
Поправка на разность температур t, К, при 45°С [см. формулу (11)]	1,04	1,05	1,07
Скорректированное значение КПД (СОР) для 35°С (Вт/Вт)		4,8	5,7
Скорректированное значение КПД (СОР) для 45°С (Вт/Вт)	3,1	3,6	4,3
Интерполяция КПД (СОР) теплового насоса для t отвода тепла 35°С по 5.5.5.1.3	4,8	5,1	5,2	5,6
Только отопление помещений SH
Интерполяция КПД (СОР) теплового насоса для t отвода тепла 45°С по 5.5.5.1.3	3,7	3,9	4,0	4,2
Интерполяция КПД (СОР) только отопление t отвода тепла по 5.5.5.1.3	2,7	4,0	4,8
Только горячее водоснабжение
Поправка КПД (СОР) для ГВС (см. приложение В)	1,01	1,03	1,04	1,08
КПД (СОР) только для ГВС (DHW)	2,4	2,4	2,5	2,6
Теплопроизводительность только для ГВС (см. 5.5.5.1.3)	1,1	1,2	1,2	1,4
Интерполяция теплопроизводительности для ГВС при t отвода 35°С	1,76	1,78	1,79
Интерполяция теплопроизводительности для ГВС при t отвода 45°С	1,85	1,89	1,91
Комбинированная теплопроизводительность для ГВС	1,93	1,88	1,83
Комбинированный режим (combi)
Интерполяция теплопроизводительности комбинированного отопления при f отвода тепла 35°С	9,1	9,5	9,7
Интерполяция теплопроизводительности комбинированного отопления при t отвода тепла 45°С	8,8	9,1	9,3
Комбинированная теплоемкость SH при t потока	8,5	9,2	9,6
Скорректированное значение СОР для 35 °С (Вт/Вт)	3,8	4,4	5,1
Скорректированное значение КПД (СОР) для 45 °С (Вт/Вт)	3,1	3,5	4,1
Интерполяция КПД теплового насоса для t отвода тепла 35°С (см. 5.5.5.1.3)	4,4	4,6	4,7
Интерполяция КПД теплового насоса источника для t отвода тепла 45°С (см. 5.5.5.1.3)	3,6	3,7	3,8
Интерполяция КПД (температура теплоносителя)	2,8	3,8	4,4

Г 1.3.4 Этап 3. Коррекция параметров при работе под частичной нагрузкой

Так как для данного примера нет данных испытаний в соответствии с [13], то потери, связанные с циклической работой, не принимают во внимание, а учитывают только вспомогательную энергию во время работы в режиме резерва.

Г 1.3.5 Этап 4. Вычисление тепловых потерь через оболочку подсистемы генерации

Г 1.3.5.1 Вычисление оболочки (внешней границы) теплового насоса

Так как значение тепловых потерь через внешнюю границу теплового насоса не задано, то тепловые потери через оболочку теплового насоса во внимание не принимают.

Г 1.3.5.2 Вычисление тепловых потерь буферного бака системы отопления

Средняя температура хранения в буферном баке системы отопления

Средняя температура хранения , есть аппроксимация средней температуры теплоносителя между температурой входа и выхода в систему отопления; вычисляют по формуле (16):

.

(Г.20)

Обратную температуру теплоносителя в рабочих точках вычисляют интерполяцией расчетной разности температур (при расчетной температуре наружного воздуха) к нулевой разности температур при температуре, равной внутренней температуре воздуха в отапливаемом помещении (см. 5.3.7.1.1).

Тепловые потери хранения тепловой энергии в буферном баке системы отопления вычисляют по формуле (14):

.

(Г.21)

Тепловые потери трубопроводов между источником выработки энергии и буферным баком системы отопления (см. 5.5.7.1.3 и [24], формулу (А.1) в приложении А).

.

(Г.22)

Совокупные тепловые потери отопительного буферного бака-аккумулятора:

.

(Г.23)

Г.1.3.5.3 Вычисление тепловых потерь при хранении бытовой горячей воды Тепловые потери хранения бытовой горячей воды вычисляют с использованием значений, принимаемых по объему бака-аккумулятора по умолчанию на основе объема накопительного бака в соответствии с таблицей Б.3 приложения Б.

Максимальные тепловые потери при хранении теплоты для бака объемом 300 л составляют 2,6  ч при разности температур 45°С. Скорректированные потери для этих температурных условий могут быть вычислены по формуле (14).

Средняя температура хранения в баке для ГВС

Среднюю температуру хранения бытовой горячей воды оценивают следующим образом. Теплообменник располагают в нижней трети бака-аккумулятора. Средняя температура вокруг теплообменника равна 30°С, а для остальной части бака принимают необходимую температуру ГВС, измеренную на выпускном отверстии накопительного бака. Таким образом, среднюю температуру хранения бытовой горячей воды вычисляют в соответствии с 5.5.7.1.2:

.

(Г.24)

Потери хранения теплоты в баке ГВС вычисляют по формуле (14):

.

(Г.25)

Тепловые потери трубопроводов между источником выработки энергии и баком-хранилищем ГВС (см. 5.3.7.1.3 и [24], формулу (А.1) в приложении А):

.

(Г.26)

Совокупные тепловые потери бака-хранилища для ГВС (см. 5.5.7.1.3):

.

(Г.27)

Г.1.3.5.4 Совокупные тепловые потери через оболочку подсистемы генерации вычисляют следующим образом:

.

(Г.28)

Г.1.3.5.5 Вычисления по этапу 4

Вычисления по этапу 4 дают итоговые результаты вычисления совокупных тепловых потерь через внешнюю границу на всех шагах.

Примечание - Для того, чтобы вычислить потери через оболочку труб, проводят оценку продолжительности работы в режиме отопления и ГВС для единичной операции во избежание повторов.

Таблица Г.11 - Результаты этапа 4. Вычисление тепловых потерь оболочки подсистемы генерации

Этап 4. Вычисление тепловых потерь оболочки	Шаг 1	Шаг 2	Шаг 3	Шаг 4	Итого
Номер бункера	-11...-2	-2...4	4...15	15..35
Отопление (SH)
Обратная температура теплоносителя в рабочих точках (см. 5.5.7.1.1)	44	38	34
Средняя температура хранения теплоты в буферном баке системы отопления, °С [см. формулу (16)]	49	41	36
Потери хранения теплоты в буферном баке системы отопления, кВтч [см. формулу (14)]	24	88	160		272
Тепловые потери трубной обвязки для буферного бака системы отопления, кВтч [см. [24], формулу (А.1) приложения А]	20	52	48		120
Общие тепловые потери буферного бака системы отопления, кВтч [см. 5.5.7.1.3 и формулу (15)]	44	140	208		392
Горячее водоснабжение (DHW)
Средняя температура хранения ГВС (см. 5.3.7.1.2), °С	50	50	50	50
Потери хранения в баке ГВС, кВтч, [см. формулу (14)]	28	136	304	372	740
Тепловые потери трубной обвязки бака ГВС, кВтч, (см. [24], формулу (А.1) приложения А)	12	57	122	98	289
Общие тепловые потери хранения ГВС [см. 5.3.7.1.3 и формулу (15)]	40	192	426	370	1028
Общие тепловые потери через внешнюю границу подсистемы генерации теплоты	84	332	634	370	1420

Г.1.3.6 Этап 5. Вычисление расхода резервной энергии

Г.1.3.6.1 Определение расхода резервной энергии, вызванного температурным пределом работоспособности теплового насоса

Отопление помещений

Теплонасосное оборудование сохраняет свою работоспособность при температурах ниже рабочего предела 55°С, при этом затрат резервной энергии не требуется.

Бытовая горячая вода

Долю работы резервного нагревателя для ГВС вследствие предельного температурного эксплуатационного предела теплового насоса вычисляют по формуле (18):

.

(Г.29)

Г.1.3.6.2 Резервная энергия, расходуемая в связи с недостатком теплопроизводительности

Для этого примера вычислений применяют метод подробного вычисления, чтобы установить количество резервной энергии из-за недостатка нагревательной способности теплового насоса (см. 5.5.9.4).

Для того, чтобы применить метод подробного вычисления резервной энергии, продолжительность работы оценивают в температурных шагах с интервалом 1 K, т.е. всю энергию, потери и нагревательную способность для соответствующих режимов действия следует устанавливать в интервалах (шагах) 1 K до тех пор, пока резервная энергия больше не потребуется. Сокращенный обзор результирующей таблицы для подробного вычисления резервной энергии представлен в таблице Г.12.

Таблица Г.12 - Определение затрат резервной энергии

Температура наружного воздуха в бункере 1 К	Энергия для отопления по формуле (29)	Энергия для ГВС по формуле (29)	Нагревательная способность отопления согласно характеристике теплового насоса	Нагревательная способность ГВС согласно характеристике теплового насоса	Нагревательная способность отопления в комбинации с ГВС согласно характеристике теплового насоса	Нагревательная способность ГВС формула, объединенная согласно характеристике теплового насоса	Продолжительность работы для отопления по формуле (28)	Продолжительность работы для ГВС по формуле (28)	Продолжительность комбинированной работы по формуле (34)	Общая необходимая продолжительность работы по формуле (30)	Эффективное время бункера (бункер 1 K) по формуле (7)	Различие общей продолжительности работы с эффективным временем бункера	Необходимая резервная энергия по формуле (40)
-11	26	1	8,3	1,0	8,3	2,0	0,5	2,7	0,4	3,6	2,6	1,0	8
-10	59	3	8,3	1,1	8,3	1,9	1,1	6,0	0,9	8,0	6,1	1,9	16
-9	65	4	8,4	1,1	8,4	1,9	1,3	6,5	1,0	8,8	7,0	1,8	15
-8	95	5	8,5	1,1	8,5	1,9	1,9	9,3	1,5	12,7	10,5	2,2	18
-7	183	11	8,5	1,1	8,5	1,9	3,8	17,6	2,9	24,3	21,0	3,3	28
-6	242	15	8,6	1,1	8,6	1,9	5,3	22,8	4,0	32,1	28,9	3,2	28
-5	218	14	8,7	1,1	8,7	1,9	5,0	20,2	3,7	28,9	27,1	1,8	15
-4	176	11	8,7	1,1	8,7	1,9	4,2	15,9	3,1	23,2	22,8	0,4	4
-3	466	32	8,8	1,1	8,8	1,9	11,6	41,3	8,5	61,4	63,0	0,0	0
													132

Для шагов с недостатком продолжительности времени нагревательная способность теплового насоса является не достаточной для покрытия совокупной потребности. Результирующая резервная энергия может быть вычислена на основе стратегии автоматического регулирования. Предполагается, что автоматическое регулирование обеспечивает подачу резервной энергии в систему отопления помещений.

Результирующую резервную энергию для шага 1 вычисляют по формуле

.

(Г.30)

Г.1.3.6.3 Доля затрат резервной энергии в энергозатратах при отоплении помещений

Резервная энергия может быть суммирована по шагам 1 K в пределах рассматриваемого шага. Долю резервной энергии в соответствующем шаге вычисляют по формуле (41):

,

(Г.31)

Г.1.3.6.4 Вычисление по всем шагам

Результаты вычисления затрат резервной энергии по всем шагам приведены в таблице Г.13.

Таблица Г.13 - Результаты этапа 5. Вычисление резервной энергии по всем шагам

Этап 5. Доли резервной энергии	Шаг 1 -11...-2	Шаг 2 -2...4	Шаг 3 4...15	Шаг 4 15...35
Доля резервной энергии отопления из-за ограничения рабочей предельной температуры теплового насоса [см. формулу (17)]	0	0	0	0
Доля резервной энергии отопления из-за недостатка теплопроизводительности [см. формулу (40)]	0,06	0	0	0
Совокупная доля резервной энергии для отопления помещений [см. формулу (41)]	0,06	0,000	0,000	0,000
Доля резервной энергии ГВС из-за ограничений предельной рабочей температуры теплового насоса [см. формулу (18)]	0,11	0,11	0,11	0,11
Доля резервной энергии ГВС из-за недостатка теплопроизводительности [см. формулу (40)]	0	0	0	0
Совокупная доля резервной энергии для обеспечения ГВС [см. формулу (41)]	0,11	0,11	0,11	0,11

Г.1.3.7 Этап 6. Вычисление продолжительности работы для параллельно работающих систем с тремя режимами действия

Для параллельной работы с тремя возможными режимами действия, т.е. только отопление, только ГВС и одновременное отопление/ГВС, продолжительность режима при параллельной работе оценивают сравнением. Граничное условие для времени одновременного действия - минимум продолжительности работы вследствие энергетических потребностей для отопления помещений и горячего водоснабжения.

Продолжительность работы для ГВС вычисляют с теплопроизводительностью ГВС при параллельной работе, учитывая также тепловые потери трубопроводов между источником выработки энергии и накопительным баком ГВС :

.

(Г.32)

Аналогично продолжительность работы в режиме отопления помещений вычисляют при теплопроизводительности в режиме отопления при параллельной работе теплового насоса, учитывая также тепловые потери трубопроводов между источником выработки энергии и буферным баком отопления:

.

(Г.33)

Следовательно, максимальную продолжительность работы в параллельном действии теплового насоса определяют по формуле

.

(Г.34)

Однако смена нагрузки и влияние автоматического регулирования снижают параллельное действие, что учитывается в поправочном коэффициенте в зависимости от примененной стратегии управления. Для представленной системы поправочный коэффициент был рассчитан для конкретной конфигурации системы с = 0,7, поэтому эффективную продолжительность параллельной работы вычисляют по формуле

.

(Г.35)

Энергию ГВС, выработанную при одновременном отоплении и горячем водоснабжении (параллельное действие теплового насоса) , вычисляют по формуле

.

(Г.36)

Остальную энергию ГВС вырабатывают в режиме только горячего водоснабжения и вычисляют по формуле

.

(Г.37)

Аналогично энергию отопления помещений, выработанную при параллельном действии теплового насоса , вычисляют по формуле

(Г.38)

Остальную энергию отопления, выработанную в режиме единичного действия определяют по формуле

.

(Г.39)

Распределение тепловых потерь хранения в режиме единичного и параллельного действий осуществляется с помощью доли параллельного действия, которая соответствует .

В [17] определяют количество подводимого электричества для покрытия тепловых потерь хранения. Энергетическая потребность ГВС при параллельном действии теплового насоса и в режиме только ГВС соответственно вычисляют по формуле (38) вычитанием потерь хранения с учетом тепловых потерь трубопроводов между источником выработки тепловой энергии и накопительным баком для горячей воды:

,

(Г.40)

а также по формуле

.

(Г.41)

Продолжительность работы в режиме только горячего водоснабжения вычисляют по формуле

.

(Г.42)

Соответственно продолжительность работы в режиме только отопления помещений вычисляют по формуле

.

(Г.43)

Совокупную продолжительность работы вычисляют по формуле

.

(Г.44)

Совокупную продолжительность работы теплового насоса ограничивают эффективным временем бункера. Благодаря подробным вычислениям резервной энергии нет необходимости применять коррекцию из-за предела продолжительности работы.

Итоговые результаты вычисления продолжительности работы и количества выработанной энергии в разных режимах работы по всем статистическим классам температуры наружного воздуха (шагам) представлены в таблице Г.14.

Таблица Г.14 - Результаты этапа 6. Вычисление продолжительности работы теплового насоса и выработанной энергии подсистемой генерации

Этап 6. Вычисление продолжительности работы
Номер шага	Шаг 1 -11...-2	Шаг 2 -2...4	Шаг 3 4...15	Шаг 4 15...35	Итого
Отопление (SH) и ГВС (DHW)
Продолжительность отопления, ч [см. формулу (33)]	247	902	1049	0	2198
Продолжительность ГВС, ч [см. формулу (32)]	76	377	868	1032	2353
Максимальная продолжительность комбинированной работы [мин (SH, DHW)], ч [см. формулу (31)]	76	377	868	1032
Эффективная продолжительность комбинированной работы, ч [см. формулу (34)]	53	264	607	0	925
Энергия для отопления, выработанная в режиме комбинированного действия, кВтч [см. формулу (35)]	451	1422	5814	0	8688
Энергия, выработанная только для отопления, кВтч [см. формулу (36)]	1654	5851	4223	0	11728
Энергия для ГВС, выработанная в режиме комбинированного действия, кВтч [см. формулу (35)]	102	496	1110	0	1708
Энергия, выработанная только для ГВС, кВт-ч [см. формулу (36)]	44	212	476	1408	2140
Работа только в режиме SH, ч [см. формулу (28)]	195	638	442	0	1274
Работа только в режиме DHW, ч [см. формулу (28)]	40	181	387	1032	1640
Доля комбинированной работы	0,70	0,70	0,70	0,00
Общая продолжительность работы без учета нагревательной способности, ч [см. формулу (30)]	288	1083	1437	1032	3839
Общая продолжительность работы с учетом работы в резерве, ч [см. формулу (39)]	288	1083	1437	1032	3839
Потери хранения в режиме комбинированного действия, кВтч [см. формулу(38)]	25	120	265	0	410
Потери хранения при ГВС, кВтч [см. формулу (37)]	11	51	114	329	595
Потребность энергии для ГВС при комбинированной работе, кВтч [см. формулу(38)]	77	376	845	0	1298
Потребность энергии только для ГВС, кВтч [см. формулу (37)]	33	161	362	1079	1635
Примечание - Строки, набранные полужирным шрифтом, только для параллельно действующих систем.

Г 1.3.8 Этап 7. Дополнительная энергия

Затраты дополнительной энергии

вычисляют по формуле (42):

.

(Г.45)

Продолжительность работы циркуляционных насосов систем сбора низкопотенциального тепла определяют из продолжительности работы теплового насоса, а дополнительную энергию вычисляют по формуле (42):

;

.

Работу первичного насоса в конфигурациях с накопительными баками-аккумуляторами увязывают также с работой генератора выработки энергии.

Работу в режиме ожидания рассматривают только на протяжении времени, когда источник выработки энергии не работает, т.е. шаговое время уменьшено на время работы источника выработки энергии.

Так как используют значения по [17], то насос заполнения накопительного бака для ГВС не должен приниматься во внимание, поскольку он включен в КПД (). Однако тепловые потери насоса загрузки бака-аккумулятора должны быть учтены.

Итоги вычислений дополнительной энергии по всем шагам п представлены в таблице Г.15.

Таблица Г.15 - Результаты расчетов этапа 7. Вычисление дополнительной энергии подсистемы генерации

Этап 7. Дополнительная энергия
Номер шага	Шаг 1 -11...-2	Шаг 2 -2...4	Шаг 3 4...15	Шаг 4 15..35	Итого
Дополнительная энергия насоса источника низкопотенциального тела, кВтч [см. формулу (42)]	35	130	172	124	481
Дополнительная энергия первичного насоса, кВтч [см. формулу (42)]	16	58	78	56	207
Дополнительная энергия для режима резерва, кВтч [см. формулу (42)]	0,4	5	22	22	49
Дополнительная энергия для насоса бака-аккумулятора ГВС, кВтч (включена в КПД в соответствии с [17])	0	0	0	0	0
Совокупная дополнительная энергия, кВтч [см. формулу (42)]	51	193	272	202	717
Примечание - Для данных значений мощности полагают, что они являются значениями мощности, не учтенными при стандартных (типовых) испытаниях. Для насосов, например, доля мощности уже учтена для того, чтобы преодолевать падение внутреннего давления в испарителе. Для электроприводных тепловых насосов, которые проходят испытания в соответствии с [2], упомянутую долю мощности вычисляют по формуле . В [2] эффективность является постоянной величиной и равна 0,3. Тогда номинальная мощность насоса источника будет равна 120 Вт + 28 Вт = 148 Вт.

Г.1.3.9 Этап 8. Общие и возвратные тепловые потери подсистемы генерации

Для механических вспомогательных компонентов, подобных насосам и вентиляторам, тепловые потери в которых частично передаются в среду теплоносителя (считаются полностью возвратными), потери в окружающую среду характеризуются значениями по умолчанию = 0,2. Для вспомогательных компонентов, вырабатывающих тепло (электрические устройства автоматического регулирования или трансформаторы и дополнительные вспомогательные нагревательные устройства), принимают, что общая вспомогательная энергия теряется в окружающей среде, т.е. значение по умолчанию = 1.

Тепловые потери в окружающую среду от вспомогательного компонента k, например, первичного насоса, вычисляют по формуле (44)

.

(Г.46)

Общие тепловые потери подсистемы генерации вычисляют по формуле

.

(Г.47)

Полагают, что источник выработки энергии (тепловой насос), баки-хранилища (буферный отопительный и накопительный для ГВС) и вспомогательные компоненты устанавливаются за пределами отапливаемого пространства. Поэтому показатель снижения температуры = = 1 принимают для всех компонентов.

Тепловые потери в окружающую среду от вспомогательного компонента k, например, первичного насоса, считают возвратными и вычисляют по формуле

.

(Г.48)

Тепловые потери через внешнюю границу (оболочку) источника выработки энергии считаются возвратными и вычисляются по формуле

.

(Г.49)

Результаты вычисления общих и возвратных тепловых потерь по всем шагам представлены в таблице Г.16.

Таблица Г.16 - Результаты этапа 8. Вычисление общих и возвратных тепловых потерь подсистемы генерации

Этап 8. Вычисление общих/возвратных тепловых потерь
Номер шага	Шаг 1 -11...-2	Шаг 2 -2...4	Шаг 3 4...15	Шаг 4 15...35	Итого
Тепл