Расчет теплоаккумулятора для теплового насоса

Расчет теплоаккумулятора для теплового насоса

Теплоаккумулятор (по-другому буферная емкость) часто используется в системе с твердотопливным котлом и тепловым насосом. Он значительно расширяет возможности системы, позволяя экономить гораздо больше денег на топливе (например на топливных брикетах). Но чтобы он правильно функционировал и работал по максимуму, нужно верно рассчитать объем теплоаккумулятора. Давайте сейчас этим и займемся.

Зачем устанавливать буферную емкость в систему теплового насоса?

Теплоаккумулятор – это устройство, чаще всего выполненное в форме бака, которое накапливает в себе излишки тепла. Накопленное тепло хранится в буферной емкости до тех пор, пока не понадобится использовать его. Эти ситуации возникают, когда источник тепла, например котел, перестает функционировать или снижает количество выполняемой работы.

Отопительные системы, в которых предусмотрен монтаж теплового насоса, отвечают определенным требованиям. Сейчас нас интересует требования по минимальному расходу и объему теплоносителя. А помогает соблюдать вышеуказанное требование как раз буферная емкость, для которой важно правильно рассчитать объем. Помимо этого теплоаккумулятор выполняет следующие функции:

• повышает КПД (коэффициент полезного действия) теплонасоса;
• позволяет использовать сразу несколько теплогенераторов, например от солнечного коллектора и от теплового насоса;
• позволяет направлять тепло сразу на несколько целей, например теплый пол, радиаторы и так далее;
• если встроить ГВС в теплоаккумулятор – дом можно обеспечить горячей чистой водой;
• выравнивает давление;
• удаляет лишний воздух из теплоносителя;
• улучшает безопасность системы с твердотопливным котлом.

К тому же не стоит забывать о том, что периодически активизируется режим разморозки испарителя в тепловых насосах. В таких ситуациях ему требуется некоторое количество тепла, которое может запасти в себе буферная емкость. Это еще одна причина в копилку, почему следует установить буферную емкость.

Плюсы использования с тепловым насосом

• Уменьшает количество пусков компрессора;
• сохраняет максимальное количество энергии от каждой выработки тепла;
• позволяет накапливать тепло ночью (в это время электричество дешевле), а использовать его днем, тем самым можно экономить деньги на электроэнергии;
• обеспечивает тепловой насос энергией для разморозки;
• предусмотрен автоматизированный контроль безопасности;
• запрограммирована функция поэтажного регулирования уровня тепла или на несколько зданий, например баню и дом.

Минусы использования с тепловым насосом

• размер теплоаккумулятора (емкость на 500 литров обладает диаметром 650 мм, а высотой 1900 мм);
• цена (она легко отбивается за несколько месяцев использования прибора);
• трудность монтажа (если вы в этом не разбираетесь, потребуется вызывать специалиста).

Как подобрать теплоаккумулятор для теплонасоса?

Правильный подбор буферной емкости обеспечит длительный срок эксплуатации и предотвратит тактование компрессора. В первую очередь следует обращать внимание на объем. Инженеры рекомендуют брать из соотношения 40 литров буферной емкости на 1 кВт теплогенератора. Например, на 10 кВт следует брать 400 литров объема.

Тепловую мощность, которую способен накопить теплоаккумулятор (измеряется в ваттах), рассчитывают по достаточно простой формуле: Q = m * cp * (T2 — T1), где:

• Q – тепловая мощность (Вт);
• m – масса вещества в буферной емкости (кг);
• cp – удельная теплоемкость вещества в теплоносителе (Дж/кг*С);
• T2 – конечная средняя температура носителя (°C);
• T1 – начальная средняя температура носителя (°C).

Если вам интересно, на какое количество времени будет хватать тепла от буферной емкости, рекомендуем воспользоваться следующей формулой: t = Q/теплопотери. Q берется из расчета в предыдущей формуле, а теплопотери зависят от количества потребляемого тепла в вашем доме.

На примере все будет гораздо проще. Допустим, m = 1000 кг, T2 = 70 °C, T1 = 35 °C. В качестве вещества мы будем использовать воду, а значит, cp = 4200 Дж/кг*С. Тогда Q = 1000 * 4200 * (70 — 35) = 147 МДж. Если перевести это значение в кВт, получится 40,8 кВт.

Теперь давайте посчитаем, на сколько времени хватит накопленного тепла. Допустим, площадь отапливаемой территории составляет 200 м². Тогда в среднем буферная емкость будет терять 10 кВт*ч (это примерная цифра). Тогда t = 40,8/10 = 4 часа и примерно 5–6 минут.

Теперь просто вам нужно методом подбора рассчитать необходимый объем теплоаккумулятора. Сразу хотелось бы указать, что если вместо воды вы используете антифриз, то cp = 3800 Дж/кг*С.

Резюмируя

При выборе буферной емкости крайне важно правильно рассчитать ее емкость. От этого будет зависеть срок эксплуатации всей системы, КПД и ее эффективность.