Jak vypočítat výkon tepelného čerpadla pro dům?

Domácí i průmysloví spotřebitelé stále častěji přicházejí k rozhodnutí využívat alternativní zdroje energie. Praxe ukazuje, že použití takového zařízení má široké vyhlídky. Energetické zdroje neustále zdražují, na rozdíl od přírodních zdrojů „surovin“ pro tepelná čerpadla, kterými jsou vzduch, voda a půda. Hlavní věcí je ujistit se, že nákup a instalace takového zařízení bude rozumná a efektivní. Než začnete s instalací nebo rekonstrukcí svého topného systému, měli byste si ujasnit, jak vybrat správné tepelné čerpadlo.

Typy tepelných čerpadel

Tepelná čerpadla se dělí na tři hlavní typy podle zdroje nekvalitní energie:

• Vzduch.
• Zem.
• Voda – zdrojem mohou být útvary podzemních a povrchových vod.

Pro systémy ohřevu vody, které jsou častější, se používají následující typy tepelných čerpadel:

• vzduch-voda;
• půda-voda;
• voda-voda.

Vzduch-voda je tepelné čerpadlo vzduch-vzduch, které vytápí budovu nasáváním vzduchu zvenčí přes externí jednotku. Funguje na principu klimatizace, pouze obráceně, přeměňuje energii vzduchu na teplo. Takové tepelné čerpadlo nevyžaduje velké instalační náklady, není třeba pro něj vyčlenit pozemek a zejména vrtat studnu. Provozní účinnost při nízkých teplotách (-25ºС) je však snížena a je zapotřebí další zdroj tepelné energie.

Zařízení „podzemní voda“ je geotermální zařízení a odebírá teplo ze země pomocí kolektoru umístěného v hloubce pod bodem mrazu půdy. Existuje také závislost na ploše místa a krajině, pokud je kolektor umístěn horizontálně. Pro vertikální umístění budete muset vyvrtat studnu.

„Voda-voda“ se instaluje tam, kde je poblíž rybník nebo podzemní voda. V prvním případě je kolektor položen na dno nádrže, ve druhém je vyvrtána studna nebo několik, pokud to oblast místa umožňuje. Někdy je hloubka spodní vody příliš velká, takže náklady na instalaci takového tepelného čerpadla mohou být velmi vysoké.

Každý typ tepelného čerpadla má své výhody a nevýhody, pokud je budova umístěna daleko od vodní plochy nebo je podzemní voda příliš hluboká, pak „voda-voda“ nebude fungovat. „Vzduch-voda“ bude relevantní pouze v relativně teplých oblastech, kde teplota vzduchu v chladném období neklesne pod -25 ° C.

Metoda výpočtu výkonu tepelného čerpadla

Kromě určení optimálního zdroje energie budete muset spočítat výkon tepelného čerpadla potřebný k vytápění. Záleží na výši tepelných ztrát z budovy. Spočítejme si výkon tepelného čerpadla pro vytápění domu na konkrétním příkladu.

K tomu použijeme vzorec Q=k*V*∆T, kde

• Q je tepelná ztráta (kcal/hod). 1 kW/h = 860 kcal/h;
• V je objem domu v m3 (plocha se vynásobí výškou stropů);
• ∆T – poměr minimálních teplot venku a uvnitř místnosti v nejchladnějším období roku, °C. Od vnitřního tº odečteme vnější;
• k je zobecněný součinitel prostupu tepla budovy. Pro zděnou stavbu se zdivem ve dvou vrstvách k=1; pro dobře izolovanou budovu k=0,6.

Výpočet výkonu tepelného čerpadla pro vytápění cihlového domu o ploše 100 m2,5 a výšce stropu 30 m, s rozdílem ttº od -20º venku do +XNUMXº uvnitř, tedy bude následující:

Q = (100 x 2.5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 XNUMX kcal/hodinu

12500/860= 14,53 kW. To znamená, že pro standardní cihlový dům o rozloze 100 m budete potřebovat 14kilowattové zařízení.

Spotřebitel si vybírá typ a výkon tepelného čerpadla na základě řady podmínek:

• geografické rysy oblasti (blízkost nádrží, přítomnost podzemní vody, volná půda pro kolektor);
• klimatické vlastnosti (teplota);
• typ a vnitřní objem místnosti;
• finanční příležitosti.

S přihlédnutím ke všem výše uvedeným aspektům můžete provést optimální výběr zařízení. Pro efektivnější a správnější výběr tepelného čerpadla je lepší kontaktovat specialisty, kteří budou schopni provést podrobnější výpočty a poskytnout ekonomickou proveditelnost instalace zařízení.

Instalace tepelného čerpadla do typické chaty zajistí domu teplo a sníží náklady na vytápění.

Předpokládejme, že se budoucí majitelé rozhodnou postavit dům v místě, kde plynová přípojka není možná. Instalace tepelného čerpadla v tomto případě může být pro budoucí obyvatele řešením mnoha problémů spojených s náklady na vytápění. Pojďme si spočítat, jaké tepelné čerpadlo je na chatu potřeba a jakých úspor pomůže dosáhnout, zvláště pokud bude fungovat v tandemu s rekuperační větrací jednotkou recoVAIR.

Jako příklad si vezměme oblíbený projekt typické chaty* o rozloze 223 m². Pro výpočet vezmeme měrnou tepelnou ztrátu rovnou 80 W/m² (typická hodnota pro chatu s běžnou izolací) při výpočtové teplotě na ulici –28 °C. Odhadovaná spotřeba tepla v chladném období tedy bude 80 × 223 = 17,8 kW.

Tato hodnota zahrnuje tepelné ztráty stěnami, střechou, suterénem a také ztráty infiltrací, protože studený pouliční vzduch vstupující do prostor okny a dveřmi místo toho, aby byl odváděn přes kuchyň, koupelnu a toalety, vyžaduje také určitý výkon pro vytápění.

Je lepší zvolit tepelné čerpadlo s výkonem o 75–85 % nižším, než je vypočtená hodnota, protože maximální topný výkon je vyžadován pouze v krátkém období topné sezóny. Ve středním Rusku není více než 20 dní v roce s průměrnou denní teplotou pod –20…–15 °C. V našem případě to vychází 17,8 × 80 % = 14,2 kW.

Můžete se tak rozhodnout pro tepelné čerpadlo flexoTHERM VWF 157/4 s tepelným výkonem 14,7 kW v režimu B0/W55 (B0 je teplota solanky přiváděné ze studní do tepelného čerpadla, W55 je teplota vody dodávané do topného systému). Tento přístup zabrání příliš častému zapínání a vypínání zařízení na začátku jara a pozdního podzimu, kdy je topné zatížení výrazně nižší než návrhové zatížení.

Pro dosažení maximální účinnosti tepelného čerpadla doporučujeme instalovat do domu přívodní a odtahové větrání s rekuperací tepla a vlhkosti. Jak může použití vzduchotechnické jednotky s rekuperací tepla ovlivnit vybrané zařízení? Na základě výsledků výpočtů byla do chaty vybrána větrací jednotka recoVAIR VAR 360/4E.

Abychom pochopili, jaký maximální výkon může zařízení získat, musíme vynásobit tepelnou kapacitu a hustotu vzduchu jeho průtokem a teplotním rozdílem na vstupu a výstupu:
1 [kW/kg K] × 1,3 [kg/m³] × 0,1 [m³/s] × × = 3,1 kW,
kde +20 °C je teplota vzduchu přiváděného do místnosti po rekuperaci a –4 °C je teplota ulice, od které se provádí předehřívání pomocí pomocného topného článku.

Výhody používání recoVAIR:

1. Sníží se odhadovaná spotřeba tepla: 17,8 – 3,1 = 14,7 kW. 80 % vypočtené hodnoty tedy již bude 14,7 × 80 % = 11,76 kW a v tomto případě bude vhodnější zvolit tepelné čerpadlo nižšího výkonu, a to flexoTHERM VWF 117/4. Rozdíl v ceně VWF 157 a 117 je asi 830 eur nebo 51 500 rublů.

2. Při snížení topného výkonu o 3,1 kW je možné snížit výkon geotermálního okruhu o 3,1 × 0,7 = 2,2 kW nebo o 50–60 bm vrtů, jejichž náklady na uspořádání (vrtání, samotné sondy , distribuční studny a spotřební materiál) může činit značné množství – asi 55 × 2000 = 110 tisíc rublů.

3. Při výpočtu změn provozních nákladů je třeba vzít v úvahu následující dva faktory:
. úspora díky ohřevu přiváděného vzduchu z –4 na 20 °C s odsávacím digestoří;
b. při absenci recoVAIR dochází k ohřevu z -9 °C (průměrná teplota za prosinec, leden a únor) na -4 °C elektricky pomocí tepelného čerpadla s konverzním faktorem 3,2 a s recoVAIR se vzduch předehřeje o 5 °C se vyrábí jednoduše topným tělesem.

Od prosince do února po dobu 90 dní získáme na jedné straně úspory
1 × 1,3 × 0,1 × × × 15 [h] × 90 [den] = 4200 kWh,
kde 15 hodin je efektivní provozní doba recoVIAR (od 18:00 do 09:00).

Na druhou stranu při použití přímého ohřevu vzduchu topným tělesem rekuperační větrací jednotky recoVAIR od –9 do –5 °C dochází k nadužívání elektřiny:
1 × 1,3 × 0,1 × [–4 °C – (–9 °C)] × × 15 [h] × 90 [den] × [1 – 2/3] = 590 kWh.

Dobrý potenciál úspor nabízejí měsíce březen, duben, říjen a listopad, kdy po 122 dní je průměrná teplota +4 °C. Úspory za toto období budou
1 × 1,3 × 0,1 × [20 °C – 4 °C] × × 15 [h] × 122 [den] = 3800 kWh.

Celkový potenciál pro snížení provozních nákladů bude
4200 – 590 + 3800 = 7410 kWh
nebo 37 tisíc rublů. (při ceně elektřiny 5 rublů za 1 kWh).

4. Po celý rok je dostatek čerstvého vzduchu a normální vlhkost. Důležitost tohoto bodu je těžké přeceňovat.

Celková úspora bodů 1–3 v našem příkladu je asi 198 tisíc rublů. (Tabulka 1), což se téměř rovná maloobchodním nákladům na recoVAIR 360/4E s předehřívacím topným tělesem (3300 eur nebo 205 tisíc rublů).

Instalace recoVAIR se vyplatí již v prvních měsících provozu, což je jistě příjemné pro rozpočet každé rodiny. Kromě ekonomických propočtů existuje ještě jeden efekt, který nelze přesně změřit – zlepšení pohody, zdraví, produktivity a kvality života obecně díky čerstvému ​​a čistému vzduchu v domě po celý rok.

* Standardní provedení A-642 poskytnuté časopisem Modern House.