Provozní režim a výkon tepelného čerpadla |

Volba provozního režimu a jmenovitého výkonu tepelného čerpadla závisí jak na zdroji nekvalitní energie, tak na typu otopné soustavy v objektu. V počáteční fázi je důležité určit všechny faktory pro výběr nejvhodnějšího provozního režimu a výkonu tepelného čerpadla.

Provozní režim tepelného čerpadla

Existují dva hlavní režimy provozu systému vytápění tepelným čerpadlem:

• Monovalentní
• Bivalentní

Monovalentní režim provozu tepelného čerpadla

V monovalentním režimu je tepelné čerpadlo schopno plně zásobovat celou tepelnou zátěž v objektu. V tomto případě nesmí být výkon tepelného čerpadla menší než špičkový výkon topného systému. Dále je nutné, aby maximální výstupní teplota tepelného čerpadla byla vyšší než maximální návrhová teplota v systému vytápění a ohřevu teplé vody.

Teplotní graf režimu monovalentního tepelného čerpadla

Tento provozní režim je nejvhodnější pro tepelná čerpadla se stabilní teplotou nekvalitního zdroje tepla (půda, spodní voda, průmyslové využití tepla atd.) v kombinaci s nízkoteplotním topným systémem (teplé podlahy, fancoily atd.). ).

I přesto, že tepelné čerpadlo v monovalentním režimu zcela řeší problematiku zásobování teplem v objektu, významnou nevýhodou tohoto režimu je vysoká počáteční investice do zařízení.

Bivalentní režim provozu tepelného čerpadla

Pro zvýšení ziskovosti tepelného čerpadla by měl být zvolen bivalentní provozní režim. Bivalentní režim zahrnuje provoz tepelného čerpadla v kombinaci s dalším topným zařízením: plynovým, elektrickým kotlem, kotlem na tuhá paliva apod. Volba tohoto režimu může být způsobena i potřebou dodávat do topného systému vyšší teplotu při nízké teploty venkovního vzduchu.

Špičkový výkon otopné soustavy je vypočítán na základě nejchladnějšího pětidenního období během topné sezóny. V praxi se tak nízké teploty nevyskytují často a netrvají dlouho. Po většinu sezóny topný systém pracuje na méně než 50 % maximálního výkonu.

Teplota během topné sezóny

Tabulka ukazuje průměrný počet hodin s různými teplotními rozsahy během topného období pro město Kyjev. Průměrná teplota za topnou sezónu je +1,1 ºС. Počet hodin s teplotami nižšími než -10 ºС není větší než 7%. V důsledku toho lze volbou špičkového výkonu tepelného čerpadla, např. při teplotě -10 ºС, snížit počáteční náklady na tepelné čerpadlo, doplňkové vybavení a instalační práce o 30-40% při splnění až 93 % potřeb dodávek tepla.

Výkon tepelného čerpadla

V tomto příkladu se teplota -10 ºС nazývá bivalenční teplota (bod). Při teplotách pod bodem bivalence může být tepelné čerpadlo vypnuto nebo provozováno v tandemu s přídavným zdrojem tepla, ale nemusí pokrýt celou potřebu tepla. V tomto ohledu existují tři typy bivalentního režimu provozu tepelného čerpadla:

• Bivalentní alternativa
• Bivalentní pomocný prostředek
• Bivalentní kombinovaný

Tepelné čerpadlo v alternativní režim zajišťuje plné tepelné zatížení budovy, dokud nedosáhne bodu bivalence. Poté se vypne a celé zatížení převezme pomocný generátor tepla, který zajišťuje požadovaný teplotní plán.

Bivalentní alternativní režim provozu tepelného čerpadla

Přídavný zdroj tepla se počítá na maximální tepelnou zátěž. Nejčastěji k tomuto režimu dochází, když kotel na tuhá paliva nebo krb s vodním pláštěm funguje jako pomocné topení.

na pomocný režim tepelné čerpadlo také plně zajišťuje tepelnou zátěž až do bodu bivalence, po dosažení bodu se však nevypne, ale pracuje v tandemu s přídavným generátorem tepla.

Bivalentní pomocný provoz tepelného čerpadla

Funkcí pomocného generátoru tepla je zajistit vhodný teplotní režim po bivalenční teplotě. V tomto případě lze výkon přídavného zdroje vytápění zvolit na základě chybějícího špičkového výkonu zátěže. A pro bod bivalence se volí výkon tepelného čerpadla. Nejčastěji to může být malý elektrický ohřívač.

Kombinovaný režim kombinuje vlastnosti předchozích provozních režimů tepelného čerpadla. Po dosažení bodu bivalence se tepelné čerpadlo nevypne, ale pracuje paralelně s pomocným generátorem tepla na nejnižší možnou teplotu vzduchu.

Bivalentní kombinovaný režim tepelného čerpadla

Tento režim obvykle odpovídá provozu tepelného čerpadla vzduch-voda. Při nízkých záporných teplotách výrazně klesá výkon tepelného čerpadla a výrazně se snižuje proveditelnost jeho provozu nebo kompresor není schopen produkovat teplo vůbec. V tomto případě je do plánu přidán bod vypnutí tepelného čerpadla. Výkon pomocného generátoru tepla musí být, stejně jako v alternativním režimu, navržen pro špičkovou tepelnou zátěž.

Výkon tepelného čerpadla

Za optimální se považuje zvolit výkon tepelného čerpadla rovnající se 60–70 % jmenovitého výkonu dodávky tepla budovy. Přitom tepelné čerpadlo jako hlavní zdroj dodávky tepla, pracující v bivalentním režimu, dokáže zajistit až 90-95 % potřebného tepla. V praxi jsou nejčastější pomocné a kombinované bivalentní režimy provozu tepelného čerpadla. Bivalenční bod se může lišit v závislosti na typu topného systému a typu tepelného čerpadla.

Sergey Marinets

Autor je inženýr v oblasti obnovitelných zdrojů energie.

1. Posouzení možných podmínek pro použití systémů vzduchových tepelných čerpadel

Možné podmínky použití jsou určeny třemi hlavními faktory:

A) Minimální možná vnější teplota použití;

B) základní ekonomický přínos aplikace;

B) Maximální jednotkový tepelný výkon systému;

U systémů tepelných čerpadel typu ESVMO-SF lze tedy rozlišit následující omezení použití tří uvedených faktorů:

A) Minimální možná teplota pro použití systémů tepelných čerpadel je -25°C. V důsledku toho je proveditelnost použití tohoto systému omezena na regiony, kde bude celková doba, po kterou bude teplota nižší než -25°C, taková, že doba návratnosti tohoto systému nepřesáhne polovinu plánované životnosti (určené provozní praxí a průměrná statistická potřeba výměny periferních prvků systému). Plánovaná životnost systému je dána životností kompresoru (dle provozní praxe cca 10 let). Při výpočtu doby návratnosti systému pro různé regiony tedy omezujeme maximální hodnotu na pět let.

Shrnutí: Platí pouze pro regiony, kde roční provozní doba tohoto systému poskytuje dobu návratnosti ne delší než roky (viz část 3)

B) Platí pro místa bez centrálního zásobování plynem, protože průměrná cena plynu v zemi je 5,5 rublů/m3 s výhřevností plynu 33 310 kJ/m3 a průměrnou účinností jeho využití 0,7. Můžeme tedy spočítat náklady na jednu kWh tepla na vytápění plynem: C_plyn=5,5*3600/(33310*0,7)=0,85 rubu/(kWh). Jedna kWh s elektrickým vytápěním bude stát, přičemž průměrný tarif v zemi je 4,04 rublů/kWh. Maximální koeficient přeměny tepla pro vzduchová tepelná čerpadla je 4,45. Tak dostaneme:

Proto v přítomnosti plynu nemůžeme fyzicky těžit z použití tepelného čerpadla, protože transformační koeficient bude nižší pro minimální teploty.

Shrnutí: Použijte pouze pro místa bez centralizovaného zásobování plynem.

B) Maximální jednotkový tepelný výkon systému tepelného čerpadla je 15,5 kW. Počet těchto systémů by neměl být větší než počet, který zajistí 10% pravděpodobnost selhání jednoho ze systémů. Aby se opravy prováděly v nejhorším případě maximálně 10x ročně (při průměrné životnosti XNUMX let).

Pravděpodobnost poruchy kompresorového zařízení (nejspolehlivější prvek systému) je cca 2 % (z provozní praxe). Počet systémů, aby se zajistilo, že pravděpodobnost selhání jednoho z nich nebude větší než 10 %, by tedy měl být: 10/2=5.

Shrnutí: Možnost použití tohoto systému je omezena požadovaným tepelným výkonem 80 kW.

2. Výpočet energetické účinnosti pro různé regiony

Abychom plně pokryli rozsah klimatických dat země, vezmeme čtyři hlavní oblasti:

1. Moskva
2. Krasnodar
3. Murmansk
4. Jakutsk
5. Novosibirsk

Vypočítejme pro tyto regiony úspory ve spotřebě elektrické energie na kWh výroby tepelné energie ve srovnání s elektrickým vytápěním, s přihlédnutím ke změnám sezónního zatížení, ve skutečnosti na základě průměrného sezónního zatížení.

Průměrné sezónní zatížení bude vypočteno na základě provozních období topného systému pro různé regiony. Období byla určena na základě minimálních teplotních gradientů (ne více než 3 °C mezi sousedními obdobími). Pro každý region se berou v úvahu všechna období, jejichž průměrná měsíční teplota je nižší než 8°C podle SP 131.13330.2012 „Stavební klimatologie“. Pro různé regiony tedy můžeme určit:

Tabulka 1 – Parametry provozních dob topného systému podle krajů