Расчет мощности теплового насоса: от тепловой нагрузки до правильного размера
Почему правильная мощность имеет значение
Тепловой насос мощностью 6 кВт стоит дешевле, чем 12 кВт – но подходит ли он для здания? Ответ кроется в тепловой нагрузке: она определяет, сколько тепловой мощности требуется дому в самые холодные дни года.
Слишком маломощный тепловой насос не сможет поддерживать тепло в помещениях при морозе. Включается электрический нагреватель, что значительно увеличивает затраты на электроэнергию. Слишком мощный тепловой насос будет часто включаться и выключаться, что снижает эффективность на 10–15 % и увеличивает износ компрессора.
Эта статья показывает три способа определения правильной мощности: профессиональный расчет тепловой нагрузки, метод эмпирических формул и оценка на основе предыдущего энергопотребления.
Шаг 1: Определение тепловой нагрузки
Тепловая нагрузка – это мощность в киловаттах, необходимая зданию при самой низкой наружной температуре года (нормативной наружной температуре) для поддержания желаемой температуры в помещении. Она является основой для размерности теплового насоса.
Наиболее точный метод: расчет по ГОСТ Р 54852
Наиболее точный метод – это расчет тепловой нагрузки по ГОСТ Р 54852. При этом учитываются потери тепла через стены, окна, крышу и пол, а также потери на вентиляцию. Также принимаются во внимание региональная нормативная наружная температура, местоположение здания и желаемые внутренние температуры.
Совет: С помощью нашего бесплатного калькулятора тепловой нагрузки вы можете самостоятельно рассчитать тепловую нагрузку вашего здания – по помещениям и в соответствии с нормами.
Метод эмпирических формул
Если детальный расчет невозможен, можно использовать приблизительную оценку на основе жилой площади и типа здания:
Формула: Тепловая нагрузка (кВт) = Жилая площадь (м²) × удельная тепловая нагрузка (Вт/м²) ÷ 1.000
Удельная тепловая нагрузка сильно зависит от уровня теплоизоляции:
| Тип здания | Удельная тепловая нагрузка | Пример 150 м² |
|---|---|---|
| Пасивный дом | 10–15 Вт/м² | 1,5–2,3 кВт |
| Новый дом по стандарту | 25–35 Вт/м² | 3,8–5,3 кВт |
| Хорошо утепленный старый дом | 50–70 Вт/м² | 7,5–10,5 кВт |
| Частично утепленный старый дом | 70–100 Вт/м² | 10,5–15 кВт |
| Неутепленный старый дом | 100–150 Вт/м² | 15–22,5 кВт |
Пример расчета: Утепленный старый дом с площадью 150 м² и удельной нагрузкой 60 Вт/м²: 150 × 60 ÷ 1.000 = 9 кВт тепловой нагрузки.
Оценка на основе энергопотребления
Если известны предыдущие затраты на отопление, тепловую нагрузку можно также определить из годового потребления. Пересчет осуществляется через так называемые полные часы использования – это примерно 2.000 часов в год, в течение которых отопление работает на полную мощность.
Для природного газа: Тепловая нагрузка (кВт) = Годовое потребление (кВтч) ÷ 2.000
Для жидкого топлива: Тепловая нагрузка (кВт) = Годовое потребление (литры) × 10 ÷ 2.000
Пример расчета для природного газа: При потреблении 20.000 кВтч газа: 20.000 ÷ 2.000 = 10 кВт тепловой нагрузки.
Пример расчета для жидкого топлива: При потреблении 2.000 литров: 2.000 × 10 ÷ 2.000 = 10 кВт тепловой нагрузки.
Примечание: Этот метод дает только приблизительные значения. Фактическое потребление зависит от поведения пользователей и погодных условий. Для размерности теплового насоса более надежен нормативный расчет тепловой нагрузки.
Шаг 2: Учет дополнительных факторов
Чистая тепловая нагрузка недостаточна для размерности теплового насоса. Необходимо учитывать два дополнительных фактора: подготовку горячей воды и возможные периоды отключения энергии.
Подготовка горячей воды
Если тепловой насос также должен нагревать воду для бытовых нужд, необходимо предусмотреть дополнительную мощность. ГОСТ Р 54852 рекомендует в качестве эмпирической формулы около 0,25 кВт на человека в доме.
| Размер семьи | Дополнительная мощность для горячей воды |
|---|---|
| 2 человека | 0,5 кВт |
| 3 человека | 0,75 кВт |
| 4 человека | 1,0 кВт |
| 5 человек | 1,25 кВт |
В домах с высоким потреблением горячей воды (ежедневные ванны, несколько душей одновременно) дополнительная мощность может быть выше.
Периоды отключения энергии
Многие энергетические компании предлагают выгодные тарифы на электроэнергию для тепловых насосов. Взамен они могут отключать тепловой насос в определенные периоды – обычно трижды в день по два часа, то есть всего шесть часов в день.
Во время отключения здание должно использовать накопленное тепло. Чтобы тепловой насос мог производить достаточно тепла в оставшиеся 18 часов, ему нужна дополнительная мощность.
Формула: Дополнительная мощность = Тепловая нагрузка × (время отключения в часах ÷ 24)
Пример расчета: При тепловой нагрузке 9 кВт и 6 часах отключения: 9 × (6 ÷ 24) = 9 × 0,25 = 2,25 кВт дополнительной мощности.
Современные тепловые насосы с большим буферным баком часто могут обходиться без дополнительной мощности во время отключений. При наличии теплых полов масса здания сама по себе служит накопителем тепла.
Шаг 3: Расчет общей мощности
С учетом всех факторов определяется необходимая мощность теплового насоса:
Общая мощность = Тепловая нагрузка + Дополнительная мощность для горячей воды + Дополнительная мощность для отключений
Практический пример
Одноэтажный дом должен быть оборудован тепловым насосом:
| Данные здания | Значение |
|---|---|
| Жилая площадь | 160 м² |
| Год постройки, утепление | 1985, утепление 2015 |
| Удельная тепловая нагрузка | 55 Вт/м² |
| Количество человек в доме | 4 |
| Время отключения | 6 часов/день |
Расчет:
| Позиция | Расчет | Результат |
|---|---|---|
| Тепловая нагрузка | 160 м² × 55 Вт/м² ÷ 1.000 | 8,8 кВт |
| Горячая вода | 4 человека × 0,25 кВт | 1,0 кВт |
| Отключение | 8,8 кВт × (6 ÷ 24) | 2,2 кВт |
| Итого | 12,0 кВт |
Тепловой насос с номинальной мощностью 10–12 кВт будет подходящим. Большинство производителей предлагают устройства с мощностью 8, 10, 12 или 14 кВт.
Рекомендуемые значения по типу здания
| Тип здания | Площадь | Тепловая нагрузка | С учетом надбавок | Рекомендуемый ТН |
|---|---|---|---|---|
| Пасивный дом | 140 м² | 2,0 кВт | 3,5 кВт | 4–5 кВт |
| Новый дом по стандарту | 150 м² | 6,0 кВт | 8,5 кВт | 8–10 кВт |
| Утепленный старый дом | 160 м² | 8,8 кВт | 12,0 кВт | 10–12 кВт |
| Частично утепленный старый дом | 180 м² | 14,4 кВт | 18,5 кВт | 16–18 кВт |
| Неутепленный старый дом | 150 м² | 18,0 кВт | 22,5 кВт | 20–24 кВт |
Частые ошибки при размерности
Проблема: Переразмерность
Распространенное мнение "Лучше немного больше мощности, чтобы быть уверенным" приводит к проблемам с тепловыми насосами. Переразмеренный тепловой насос слишком быстро достигает целевой температуры и выключается. Вскоре температура падает, и насос снова включается. Это так называемое тактирование имеет несколько недостатков: компрессор изнашивается быстрее из-за частых запусков, эффективность снижается на 10–15 %, а затраты на установку были неоправданно высокими.
Современные инверторные тепловые насосы могут регулировать свою мощность, но и у них есть минимальная мощность. Если фактическая потребность постоянно ниже этого порога, инверторные устройства также будут тактировать.
Проблема: Недостаточная мощность
Слишком маломощный тепловой насос не сможет поддерживать тепло в доме в холодные дни. Включается электрический нагреватель с COP 1,0 вместо 3–4. При частом использовании нагревателя затраты на электроэнергию заметно возрастают, а комфорт снижается.
Золотое правило
Опытные планировщики размеряют тепловые насосы скорее с небольшим запасом, чем с избытком. В очень холодные дни в году электрический нагреватель может временно поддерживать тепло – это экономичнее, чем постоянно переразмеренная установка. Для инверторных тепловых насосов с диапазоном модуляции 30–100 % целесообразно рассчитывать на 90–100 % от рассчитанной тепловой нагрузки.
Заключение
Кратко: Правильная мощность теплового насоса определяется тепловой нагрузкой здания плюс надбавки для горячей воды и возможные периоды отключения энергии. Тепловая нагрузка может быть рассчитана по нормативам ГОСТ Р 54852, с использованием эмпирических формул на основе жилой площади или из предыдущего энергопотребления. Важно не превышать и не занижать размерность – тепловой насос, соответствующий тепловой нагрузке, работает эффективнее и дольше, чем переразмеренное устройство, которое постоянно тактирует.
Больше о тепловых насосах
| № | Статья | Основная тема |
|---|---|---|
| 0 | Тепловой насос: Полное руководство | Обзор и введение |
| 1 | Как работает тепловой насос? | Физический принцип |
| 2 | Компоненты | Испаритель, компрессор, конденсатор |
| 3 | Ключевые показатели и размерность | COP, JAZ, SCOP |
| 4 | SCOP объяснен | Оценка эффективности |
| 5 | Расчет мощности | Вы здесь |
Если вы хотите проверить эффективность вашего теплового насоса после установки, в статье Оптимизация и настройка вы найдете практические советы по настройке кривой нагрева и гидравлическому балансировке. Различные режимы работы – моновалентный, бивалентный, гибридный – объясняются в отдельной статье.
Источники
- ГОСТ Р 54852: Расчет тепловой нагрузки
- ГОСТ Р 54853: Планирование и размерность отопительных систем с тепловыми насосами
- ГОСТ Р 54854: Расчет годового коэффициента эффективности
- Ассоциация тепловых насосов: Калькулятор тепловой нагрузки
- Ассоциация тепловых насосов: Калькулятор JAZ
Рассчитать тепловую нагрузку сейчас
С помощью нашего бесплатного калькулятора тепловой нагрузки вы можете определить нормативную тепловую нагрузку вашего здания по ГОСТ Р 54852 – важнейшую основу для размерности теплового насоса.
→ К калькулятору тепловой нагрузки
С помощью калькулятора тепловых насосов вы можете затем рассчитать годовой коэффициент эффективности и эксплуатационные расходы вашего теплового насоса по ГОСТ Р 54854.