Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра ТГВ ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсової роботи з курсу: «Використання вторинних джерел єнергії» «Розрахунок теплонасосної установки однородинного будинку»  Львів - 2008 Вступ Характеристика установки Проектується житловий будинок в м. Миколаїв розміром в плані 11,25х8,5 м, для однієї сім’ї , з 5 чоловік. Будинок складається з 2-х поверхів і містить 8 кімнат . Запроектовано систему з активним використанням грунтової енергії . Ємнісний водонагрівач Vitocell-V 300 з об’ємом 500 л, який виконує функції теплообмінника і подає гарячу воду до споживачів, гарячу воду на систему спалення, здійснює теплообмін між теплоносієм грунтового контуру та контуру споживача. Тепловий насос россіл/вода марки Vitokal 300 тип BW з допомогою якого використовується теплова енергія зазвичай не використовуваних джерел тепла. В даному випадку цей процес буде проходити за допомогою теплової енергії грунтових вод та грунту. Цей тепловий насос марки Vitokal 300 тип BW комплектується електроприводом для опалення і приготування гарячої води в моно- і бівалентних опалювальних установках. Допоміжний елемент системи – циркуляційний насос Wilo який забезпечує циркуляцію системи з урахуванням загальної витрати і втрат тиску в системі. Діаметри з’єднувальних труб 15х1 мм . Для вилучення пари з системи в робочій фазі та для передбачення підвищення надлишкового тиску в системі встановлюємо розширювальний бак для россольного контура, об’ємом 12 л. Дана установка характеризується цілорічним використанням без дублюючого джерела тепла , використовується для опалення будинку , забезпечує ГВ мешканцям будинку. Зміст Вступ………………………………………………………………………….…3 1. Кліматологічні дані місця будівництва………………………………….…4 2. Прийняття огороджуючих конструкцій………………………………… ...5 3. Розрахунок тепловтрат будинку……………………………………………7 4. Специфікація радіаторів...………………………………………………….10 5. Розрахунок параметрів грунтового колектора…………………………....11 6. Підбір і встановлення водонагрівача………………………………………12 7. Підбір мембранного розширювального баку……………………………...13 Література……………………………………………………………………… Кліматологічні дані міста будівництва Для міста будівництва – м. Миколаїв виписуємо з [1] такі розрахункові параметри зовнішнього повітря: абсолютно мінімальна -30 °С; найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 0,92 -20 °С; кількість градусо-діб обігрівального періоду, г-д 2805 г-д. За кількість градусо-діб визначаємо температурну зону м. Миколаїв - III температурна зона. Для III температурної зони згідно з додатком 4 [2] визначаю нормативні значення опору теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій: - зовнішньої стіни Rз.с =1,9 (м² *°C)/Вт, - вікна і балконні двері Rвк. = 0,44 (м² *°C)/Вт, - горищного перекриття Rг.п=2,4 (м² *°C)/Вт, - перекриття над холодними підвалами із світловими отворами в стінах Rп.п=2,2 (м² *°C)/Вт. Визначаємо коефіцієнти теплопередачі відповідних захищень за формулою : К=1/R, тоді Кз.с = 1/ Rз.с. = 0,53 Вт/( м² *°C), Квк = 1/ Rвк. = 2,38 Вт/( м² *°C), Кг.п = 1/ Rг.п = 0,42 Вт/( м² *°C), Кп.п = 1/ Rп.п = 0,45 Вт/( м² *°C), Кз.д = 0,6 ·Rз.с. = 0,88 Вт/( м² *°C). Приймаємо такі огороджуючі конструкції 1. Складний розчин(пісок, вапно, цемент) (0=1700 кг/м3; (=0,70 Вт/(м( ºC) s= 8,95 Вт/(м2(ºC); (=0,098 мг/(м (год( Па) 2. Цегляна кладка із цегли керамічної багатощільової на цементно-піщаному розчині (0=1200 кг/м3; (=0,47 Вт/(м( ºC) s= 6,16Вт/(м2(ºC); (=0,17 мг/(м(год(Па) 3. Пінополістирол (0=40 кг/м3; (=0,041 Вт/(м( ºC) s=0,41 Вт/(м2(ºC); (=0,05 мг/(м(год(Па) 4. Листи гіпсові обшивальні(сухий тиньк) (0=800 кг/м3; (=0,19 Вт/(м(ºC) s= 3,34 Вт/(м2(ºC); (=0,075 мг/(м(год(Па) в) Підлогове перекриття в кімнатах 1. Сосна поперек волокон (0=500 кг/м3; (=0,09 Вт/(м(ºC) 2. Бітуми нафтові будівельні (0=1400 кг/м3; (=0,27 Вт/(м(ºC) 3. Цементно-піщана стяжка (0=1600 кг/м3; (=0,47 Вт/(м(ºC) 4. Жорсткий пінополіуретан (0=40 кг/м3; (=0,029 Вт/(м(ºC) 5. Два шари толю (0=600 кг/м3; (=0,17 Вт/(м(ºC) 6. Ніздрюватий бетон (0=1000 кг/м3; (=0,29 Вт/(м(ºC) 7. Пісок будівельний (0=1600 кг/м3; (=0,35 Вт/(м(ºC) в) Підлогове перекриття в санвузлі 1. Керамічна плитка (0=500 кг/м3; (=0,14 Вт/(м( ºC) 2. Бітуми нафтові будівельні (0=1400 кг/м3; (=0,27 Вт/(м(ºC) 3. Цементно-піщана стяжка (0=1600 кг/м3; (=0,47 Вт/(м(ºC) 4. Жорсткий пінополіуретан (0=40 кг/м3; (=0,029 Вт/(м(ºC) 5. Два шари толю (0=600 кг/м3; (=0,17 Вт/(м(ºC) 6. Ніздрюватий бетон (0=1000 кг/м3; (=0,29 Вт/(м(ºC) 7. Пісок будівельний (0=1600 кг/м3; (=0,35 Вт/(м(ºC) г) Горищне перекриття 1. Цементно-піщана стяжка (0=1600 кг/м3; (=0,47 Вт/(м(ºC) 2. Мінеральна вата (0=80 кг/м3; (=0,045 Вт/(м(ºC) 3. Щитовий накат (0=500 кг/м3; (=0,09 Вт/(м(ºC) 4. Повітряний прошарок (0=1,2 кг/м3; (=0,023 Вт/(м(ºC) 5. Цементно-піщаний розчин (0=1800 кг/м3; (=0,76 Вт/(м(ºC) д) Покриття 1.металочерепиця 2.лати 50×50 мм крок 300 мм 3.контррейка 50×30 мм 4.гідроізоляція 5.дощатий настил 25 мм 6.кроква 80×150 мм 7.утеплювач 150мм 8.паробар’єрна плівка 9.брусок 40×40 крок 500 мм 10.підшивка – гіпсокартон Тепловтрати через зовнішні захищення Втрати через зовнішні захищення: Qзз = kз .з·Fз.з·(tв – tз )·n, Вт; kз ст – коефіцієнт теплопередачі стіни будинку, Вт/(м3 оС), n – коефіцієнт, який зменшує розрахункову різницю температур (tв – tз); Тепловтрати через зовнішні захищення вираховую і заношу в таблицю1. Таблиця1 № При- мі-щен- ня Назва примі- щеня і його tв Огорожа приміщення К, Вт/(м2*К) (tв- tз.а)*n Qo, Вт Додат. Qроз, Вт    Назва Орієнтація за сторонами світу Розміри, axb, м F, м2    Орієнт. інші   1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12  101 Прихо- Жа tв=16оС З.ст Пд 3,6*3,44 10,78 0,53 (16-(-20))*1 210 - - 210    З.дв Пд 0,8*2 1,6 0,88 (16-(-20))*1 50 0,22*8,16 140    П.п - - - - - - - - 130            ∑ 480  102 Кухня tв=16оС З.ст Пн 4,82*3,44 16,58 0,53 (16-(-20))*1 320 10 5 370    З.ст Зх 9,12*3,44 25 0,53 (16-(-20))*1 480 5 5 530    З.ст Пд. 5,64*3,44 19,4 0,53 (16-(-20))*1 370 - 5 390    З.дв Зх 1,6*2*2 6,4 0,88 (16-(-20))*1 200 5 1,8 580    П.п - - - - - - - - 550    В Пн 1,5*1,5 2,25 1,74 (16-(-20))*1 140 10 5 160    В Пд. 1*1,5*2 3 1,74 (16-(-20))*1 190 - 5 200            ∑ 2780  103 Спаль-ня tв=18оС З.ст Пн 3,5*3,44 12,04 0,53 (18-(-20))*1 240 10 - 260    В Пн 1,5*1,5 2,25 1,74 (18-(-20))*1 150 10 - 170    П.п - - - - - - - - 150            ∑ 580  104 Спаль-ня tв=18оС З.ст Пн 3,95*3,44 13,59 0,53 (18-(-20))*1 270 10 5 310    З.ст Сх. 3,73*3,44 12,83 0,53 (18-(-20))*1 260 10 5 300    В Пн 1,5*1,5 2,25 1,74 (18-(-20))*1 150 10 5 170    В Сх. 1,2*1,5 1,8 1,74 (18-(-20))*1 120 10 5 140    П.п - - - - - - - - 170            ∑ 1090  105 Ванна tв=18оС З.ст Сх. 3,14*3,44 10,8 0,53 (22-(-20))*1 240  10 5 280    З.ст Пн 3,06*3,44 10,53 0,53 (22-(-20))*1 230 - 5 240    В Пн 1*1,5*2 3 1,72 (22-(-20))*1 220 - 5 230    Пер - 2,62*2,5+2,55*2,5-1,6 11,32 1,72 (22-16)*1 120 - - 120  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12  105  Дв - 0,6*2 1,2 2,86 (22-16)*1 20 - - 20    П.п - - - - - - - - 120            ∑ 1010  106- 201 Кори-дор tв=16оС З.ст Сх. 2,25*6,24 14,04 0,53 (16-(-20))*1 270 10 - 300    В Сх. 1,2*1,5 1,8 1,74 (16-(-20))*1 110 10 - 120    П.п - - - - - - - - 140    Г.п - 6,12*2,25 13,8 0,42 36*0,9 190 - - 190            ∑ 750  203 Спаль-ня tв=18оС З.ст Пн 1*3,5+2 5,5 0,53 (18-(-20))*1 110 10 - 120    В Пн 1,5*1,5 2,25 1,74 (18-(-20))*1 150 10 - 170    Г.п - 3,5*1,4+ 1,84*1,58 7,8 0,42 38*0,9 110 - - 110    Пок Пн 0,95*0,4*2+1,6*1*2 3,96 0,53 (18-(-20))*1 80 20 - 100            ∑ 500  202 Віталь-ня tв=18оС Г.п - 5*4,75+ 1,5*4,2 30,05 0,42 38*0,9 430 - - 430    З.ст Пн 4,8*1 4,8 0,53 (18-(-20))*1 100 10 5 115    З.ст Зх 4,42*2,8+ 3,3*2-3,2 15,8 0,53 (18-(-20))*1 320 5 5 350    З.ст Пд.. 5,64*1 5,64 0,53 (18-(-20))*1 110 - 5 120    В Зх 1,2*1,5 1,8 1,74 (18-(-20))*1 120 5 5 130    Дв Зх 1,6*2 3,2 0,88 (18-(-20))*1 110 5 1,85 320    Пок Пн 2,5*4,82+2,5+5,64 26,15 0,53 (18-(-20))*1 530 10 5 610            ∑ 2075  204 Спаль-ня tв=18оС З.ст Пн 3,95*1 3,95 0,53 (18-(-20))*1  80 10  5 90    З.ст Сх. 1,38*2,8+21 5,96 0,53 (18-(-20))*1 120 10 5 140    В Сх. 1,2*1,5 1,8 1,74 (18-(-20))*1 120 10 5 140    Пок Пн 2,5*3,95 9,87 0,53 (18-(-20))*1 200 10 5 330    Г.п - 1,38*3,45 4,76 0,42 38*0,96 70 - - 70            ∑ 770  206 Гарде-роб tв=16оС З.ст Сх. 2,1+2,18 4,28 0,53 (16-(-20))*1 80 10 5 90    З.ст Пд 1*3,06 3,06 0,53 (16-(-20))*1 60 - 5 60    Пок Пд 2,5*3,06 7,65 0,53 (16-(-20))*1 150 - 5 160    Г.п - 0,79*3,06 2,42 0,42 36*0,9 30 - - 30            ∑ 340  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12  205 Ванна tв=22оС З.ст Пд. 1*3,84+ 3,46 7,3 0,53 (22-(-20))*1 160 - 5 170    З.ст Сх. 1*1,02 1,02 0,53 (22-(-20))*1 20 10 5 20    З.ст Зх 1*1,02 1,02 0,53 (22-(-20))*1 20 5 5 20    Пок Зх 1*2,5+2,9 5,37 0,53 (22-(-20))*1 120 5 5 130    Пок Сх. 1*2,5+2,9 5,37 0,53 (22-(-20))*1 120 10 5 140    В Пд. 1,5*1 1,5 1,74 (22-(-20))*1 110 - 5 120    Пер - 2,6*2,5*2+3,05*2,5-0,6*2 19,4 1,72 6 200 - - 200    Пок Пд. 1,91*2 3,82 0,53 (22-(-20))*1 90 - - 90    Г.п - 0,79*3,1 2,5 0,42 42*0,9 90 - - 90    Дв - 0,6*2 1,2 2,86 6 20 - - 20    М.п - 3,6*2,5 9 1,72 6 90 - - 90            ∑ 1090   ∑Qбуд=11555 Вт Визначаю тепловтрати через підлогу на першому поверсі, по зонах, за формулою:
, Вт
Вт R1..н..п=2,1 (м2оС)/Вт; R2..н..п=4,3 (м2оС)/Вт; R3..н..п=8,6 (м2оС)/Вт;
Вт
Вт
Вт
Вт
Вт По тепловтратам підбираю тип радіаторів і заношу в таблицю2 Специфікація обладнання. Таблиця2 № Прим Назва і тип Довжина, мм Qприм; Вт  101 Purmo 11V-50 400 480  102 Purmo 22V-50 2000 2780  103 Purmo 11V-50 600 580  104 Purmo 11V-50 1300 1090  105 Рушникосушка HERZ  1010  106-201 Purmo 11V-50 700 750  202 Purmo 22V-50 1800 2075  203 Purmo 11V-50 600 500  204 Purmo 11V-50 800 770  205 Рушникосушка HERZ  1090  206 Purmo 11V-50 400 340   Розрахунок параметрів ґрунтового колектора Тепловтрати будинку Qбуд=11,555 кВт Додаткова теплова потужність на приготування ГВ для сім’ї з 5 чоловік рекомендується приймати при стандартному споживанні 0,15-0,3 кВт/люд. (Пункт 3.1 [3]) QГВ=0,3*5=1,5 кВт Період підключення електроенергії 3х2 год/добу (враховую 4 год) Потрібна потужність будинку: Qк= Qбуд +QГВ=11,555+1,5=13,5 кВт Температура системи: tзmin=-30 oC 45/40 оС Температура холодоагента і мережевої води: ВО/W35 Вибираю тепловий насос росіл/вода Vitocal 300 тип ВW 113 тепловою потужністю 14 кВт ( включаючи додаткову теплову потужність для періодів припинення подачі електроенергії, без приготування гарячої води): Холодопродуктивність ( Qк ) – 11 кВт; Електрична потужність – 3,05 кВт; Розсільний контур: об’єм – 4,7 л; мінімальна витрата – 3600 л/год; Гріючий контур: об’єм – 3,3 л; мінімальна витрата – 1200 л/год; Холодильний контур: робоче тіло – R407C; витрата – 3,1 кг; компресор тип – Scroll Vollhermetik Габаритні розміри: довжина – 650 мм; ширина – 600 мм; висота – 945 мм. Розрахунок параметрів грунтових зондів (як подвійної U-подібної труби ) Довжина зонда: l=Qk/qe, м де Qk =11 кВт – холодопродуктивність теплового насосу; qe=50 Вт/м – середня потужність по відбору тепла; l=11000/50=220 м, Вибираю 220/2=110 м – два зонда Вибираю трубу зонда d=32 мм х 3 мм об’ємом 0,531 л/м і подаюча труба d=40 мм х 3,7мм об’ємом 0,984 ( Пункт 3,2 с 20 [3] ) Втрати тиску грунтового зонда Теплоносій - Tyfocor Мінімальна витрата – 3600 л/год; Витрата на U-подібну трубу: 3600/2=1800 л/год ∆p=значення R*довжина труби ∆pзонд в формі U-подібної труби=значення R*2*довжина труби де R=639,78 Па/м – втрати тиску, при витраті 1800л/год для d=32 мм х 3 мм ( Пункт 3,2 с 20 [3] ) ∆pзонд в формі U-подібної труби=639,78*2*220=281503 Па ∆pподаючої лінії = значення R*довжина труби; Па де R=808,3 Па/м – втрати тиску, при витраті 3600л/год для d=40 мм х 3,7 мм ( Пункт 3,2 с 20 [3] ) ∆pподаючої лінії = 808,3*10=8083 Па ∆pтеплового насосу=9000,00 Па (паспорт теплового насосу) ∆p=∆pзонд в формі U-подібної труби+∆pподаючої лінії+∆pтеплового насосу=281503+8083+9000,00=298586 Па= =2985,86 мбар=29,8 м вод. ст. Вибираю за ∆p=29,8 м вод. ст і Q=3,6 м3/год два циркуляційні насоси типу: Wilo-Top-S 40/15(1-230V-DN40) максимальний напір – Hmax=15,5 м вод. ст. максимальна витрата – Q=21 м3/год максимальна потужність Р=700 Вт мінімальна потужність Р=550 Вт номінальна потужність Р=570Вт число обертів n=2800 об/хв. Підбір і встановлення водонагрівача Приймаємо сталевий ємнісний водонагрівач Vitocell-V 300 об”ємом 500 л. Основні переваги: Vitocell-V 300 місткісний водонагрівач із нержавіючої сталі: гігієнічне, економічне й комфортне приготування води. Електрод анодного захисту для додаткового захисту від корозії не потрібен, завдяки чому меншають затрати. Змійовик нагрівального контуру сягає дна місткості й рівномірно прогріває весь об’єм води. Малі втрати тепла завдяки високоефективній теплоізоляції. Різноманітні можливості застосування.
Технічні дані: Для приготування гарячої води (при суміщенні з водогрійними котлами та сонячними установками) придатний до встановлення з: -темп. гріючого контуру до 110 0С; -темп. теплоносія сонячної установки до 200 0С; -температурним налаштуванням водорозбірногго контуру ГВ 95 °С -надлишковий робочий тиск в гріючому і водорозбірному контурі ГВ до 25 бар - надлишковий робочий тиск в контурі теплоносія сонячної установки до 10 бар Об’єм водонагрівача 500 л; Розміри: ширина – 974 мм; висота – 1767 мм; довжина (d) – 923 мм; Маса: 111 кг; Теплообмінник теплоносія сонячної установки: площа теплообмінних поверхонь - 1,8 м2; Теплообмінник води контуру водорозбору ГВ: площа теплообмінних поверхонь - 7,2 м2; Максимальна площа поглинача: Vitosol 100 - 15 м2. Розрахунок мембранного розширювального бака грунтового зонда: 1. VA=VK +об’єм теплового насосу де VA – загальний об’єм установки, л VК=l*2* об’єм трубопроводу+довжина подаючої лінії* об’єм трубопроводу= =220*2*0,531+10*0,984=243 л – вибираю 260 л ( включаючи об’єм контуру охолодження теплового насосу) об’єм теплового насосу – 4,7 л VA=260+4,7=265 – вибираю 280 л 2. VZ= VA*β – збільшення об’єму при нагріванні системи; де β=0,01 – коефіцієнт розширення; VZ=280*0,01=2,8 л 3. VV= VA*0,005 – запобіжний клапан ( теплоносій Tyfocor ) VV=280*0,005=1,4 л – вибираю 3 л 4.
- номінальний об’єм мембранного розширювального баку, л де ре=рsi-0,5 бар – допоміжне кінцевий залишковий тиск, бар де рsi=3 бар – тиск скиду запобіжного клапана; ре=3-0,5 бар=2,5 бар; рst=0,5 бар – тиск азоту;
л ЛІТЕРАТУРА 1. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика.-М.: Стройиздат, 1983. Щербатюк Б.І. Методичні вказівки до виконання курсової роботи з курсу „Будівельна теплофізика”. Розрахунок теплового режиму приміщення. Львів, 1999. Тепловые насосные установки Viessmann Vitocal 300/350 «Инструкция по проектированию» СНиП ІІ-3-79**. Строительная теплотехника. Нормы проектирования. – М.: Стройиздат, 1986. Щекин Р.В., Березовський В.А., Потапов В.А. Расчет систем центрального отопления. Издательское объединение „Вища школа”. Киев, 1975. Староверов И.Г., Шиллер Ю.И. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 1. Отопление. М.: - Стройиздат, 1990. 6. Щекин Р.В. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Отопление и теплоснабжение. Издательство „Будівельник”, Киев, 1968.