ГВП від теплового насосу: розрахунок

Системи з тепловими насосами особливо ефективні при змінному навантаженні гарячого водопостачання. Завдяки цьому вони широко використовуються при модернізації систем теплопостачання. Розглянемо приклади розрахунку таких систем.

Приготування гарячої води за допомогою теплових насосів може здійснюватися з різних видів схем і проводитися як паралельно з опаленням, так і окремо. При цьому, як правило, необхідно застосування накопичувальних ємностей.

У моновалентному режимі (рис. 1) тепловий насос, як єдине джерело тепла, покриває все навантаження гарячого водопостачання. Щоб мати можливість отримати температуру ГВП в ємнісному накопичувачі рівну 60 ° C, тепловий насос повинен мати температуру подачі 70 ° C.

При застосуванні моноенергетичного режиму (рис. 2) тепловий насос також є єдиним джерелом тепла для нагріву ГВП до номінальних 60 ° C, але максимальну температуру подачі забезпечує електронагрівальна вставка в ємнісному накопичувачі. Це найбільш ефективний спосіб нагріву гарячої води. Тут же враховуються витрати електроенергії і на циркуляцію ГВП.

У бівалентному режимі (рис. 3) тепловий насос бере на себе основне навантаження по нагріванню води, а другий теплогенератор покриває тільки пікові навантаження. Ця схема дуже ефективна при нерівномірному навантаженні ГВП. Однак тут високі капіталовкладення і витрати на обслуговування додаткового теплогенератора. Один з найбільш ефективних варіантів застосування теплових насосів в наш час - використання насосів типу «повітря / вода» для систем з великою витратою гарячої води протягом доби, а також для тих систем, де графік споживання гарячої води змінюється в різні дні протягом тижня або навіть всього року. Наприклад, дитячий сад, школа або офіс. У таких системах гаряча вода витрачається в робочі дні, а у вихідні дні споживання води мінімальне або взагалі відсутнє. При цьому тепловий насос слід вибирати такої потужності, щоб в теплу пору року він забезпечував необхідну витрату гарячої води на 100%, а в опалювальний період, при низьких зовнішніх температурах, коли потужність і ефективність роботи теплового насосу знижуються, він працював для попереднього нагріву гарячої води.

При проектуванні подібних систем, для їх ефективної та економічної роботи, дуже важливо враховувати залежність коефіцієнта ефективності теплового насосу СОР від температури подачі. Чим вище температура подачі теплового насосу, тим нижче у нього коефіцієнт ефективності СОР. Наприклад, при температурі зовнішнього повітря + 20 ° С і подачі + 35 ° С, коефіцієнт СОР теплового насоса складає близько 4, а при подачі + 65 ° С - приблизно 2,7.

Можна побудувати просту систему з тепловим насосом, який працює на нагрів баку запасу гарячої води з підтримкою в ньому постійної температури, наприклад, + 50 ° С. При цьому тепловий насос буде працювати з постійно високою температурою подачі і відповідно, з мінімальною ефективністю - з коефіцієнтом СОР близько 2,7. Або можна побудувати іншу систему, більш ефективну з точки зору роботи теплового насосу. Наприклад, система для дитячого садка, де добова витрата гарячої води становить 4000 л. Можна встановити баки запасу гарячої води в, до необхідної температури, а споживання води буде проходити протягом дня без підмішування холодної води. Таким чином, середнє значення коефіцієнта СОР за час розігріву баків від + 10 ° С до + 55 ° С складе приблизно 3,5.

Ємнісні водонагрівачі
Ємнісний водонагрівач повинен відповідати певним вимогам, щоб працювати з тепловим насосом: потужність  змійовика у водонагрівачі і поверхня його теплообміну повинні точно відповідати потужності теплового насосу. Так як теплові насоси працюють з більш низькою температурою подачі, ніж традиційні котли, то і теплопередача на  змійовику водонагрівача через невелику різницю температур також буде меншою. Встановлено, що для передачі одного кіловата потужності площа теплообміників повинна становити не менше 0,25 м2. У теплових насосів типу «повітря / вода» без регулювання потужності компресора, максимальна теплова потужність буде влітку, коли будуть максимальні температури зовнішнього повітря. Крім того, повинна бути забезпечена можливість передачі великої кількості тепла в період максимального водорозбору. Спіральний теплообмінник не розташовується до верхньої частини накопичувальної ємності, тому що низька температура подачі теплового насосу здатна дещо остудити верхню частину об'єму з максимальною температурою, яку забезпечує другий теплогенератор або електронагрівальна вставка. У компактних теплових насосах поверхню теплообмінника і обсяг накопичувальної ємності вже оптимально підібрані, щоб спростити процес проектування.

Температура і гігієна
При проектуванні внутрішніх систем ГВП з гігієнічних міркувань потрібно дотримуватися основних вимог: ємності запасу гарячої води повинні бути якомога меншими для даної системи, щоб забезпечувалась постійна повна витрата води. Чим менше об'єм накопичувальних ємностей, тим більш продуктивними повинні бути теплогенератори.

Сучасні опалювальні пристрої з великим модуляційним діапазоном потужності дозволяють дотримуватись цих умов і підібрати оптимальні пристрої без великих інвестиційних витрат.

При обмеженою потужності теплового насоса пікові навантаження будуть покриватися теплом з ємнісних накопичувачів, тому необхідно дотримати ці необхідні умови експлуатації при проектуванні.

Робочий документ DVGW-W551 визначає різні гігієнічні аспекти установок малої та великої потужності. До установок малої потужності відносять обладнання для індивідуальних будинків і котеджів з об'ємом накопичувальної ємності близько 400 л і об'ємом теплоносія в системі внутрішніх сполучних магістралей між ємнісним накопичувачем і джерелом тепла не більше 3 л.
Багатоквартирні будинки, офісні приміщення та муніципальні об'єкти відносяться до установок великої потужності, з об'ємом ємностей понад 400 л і водосодержаніем в кожної сполучної магістралі більше 3 л.

Приписи норм Євросоюзу вимагають дотримання для установок великої потужності рівня температури не менше 60 ° C в накопичувачі ГВС. Температура обратки в циркуляційному контурі повинна бути не менше 55 ° C. Для установок малої потужності мається на увазі підтримка температури на виході 60 ° C. Теплові насоси стандартного виконання, що працюють на звичайному хладагенте, досягають максимальної температури подачі між 55 ° C та 65 ° C. При максимальній температурі подачі 55 ° C температура ГВП становить 48 ° C, а при температурі подачі 65 ° C - максимум 58 ° C. Для задоволення гігієнічних вимог температура ГВП багатоквартирних будинків повинна бути на виході з накопичувача не менше 60 ° C. Це можна здійснити за допомогою бівалентної схеми (другого джерела тепла) або спеціальними тепловими насосами з температурою подачі 75 ° C або прямим електричним нагрівом.

Про розрахунок ГВП та максимальної витартати читайте за посиланням: https://aw-therm.com.ua/gvs-ot-teplovogo-nasosa-raschet/