Статус документа

ГОСТ Р 54865-2011 Теплоснабжение зданий. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с тепловыми насосами

5.5 Методика пошагового определения сезонной характеристики ТСТ (накопительный способ)

5.5.1 Принцип пошаговой методики

Количество энергии, необходимой для привода ТСТ в соответствии с уравнением (1), для покрытия тепловых нагрузок подсистемы распределения, например, количество подводимого электричества для тепловых насосов с электроприводом, может быть установлено из формулы

, (3)

где - количество электрической энергии, необходимое для покрытия тепловых нагрузок для подсистемы распределения теплоты, Дж;

- тепловая нагрузка подсистемы внутреннего распределения в интервале , Дж;

- тепловые потери подсистемы генерации на интервале , Дж;

- коэффициент преобразования энергии теплового насоса в интервале при постоянных рабочих условиях (доли единицы).

В формуле (3) также учитывается, что тепловые потери подсистемы генерации теплоты должны быть обеспечены подсистемой генерации энергии.

Однако, так как теплопроизводительность теплового насоса значительно зависит от рабочих условий, главным образом от температуры источника низкопотенциальной теплоты и температуры отвода теплоты, вычисления могут быть выполнены за интервал периодов с постоянными температурными условиями источника тепла низкого потенциала и отбора теплоты, а результаты суммированы, что выражается сложением по формуле (3). Следовательно, чтобы рассчитать необходимое количество потребляемой энергии, должна быть проведена оценка величины , а также тепловой нагрузки и тепловых потерь подсистемы генерации при определенных рабочих условиях.

Для того, чтобы оценить потребность тепловой энергии подсистемы распределения, должна быть известна тепловая нагрузка систем отопления помещений и бытового горячего водоснабжения. Если подробная информация о тепловой нагрузке отсутствует, например, задаются только помесячные и годовые значения тепловой энергии, то зависимость тепловой нагрузки от температуры рабочих условий эксплуатации оценивается в зависимости от температуры наружного воздуха.

В действительности пошаговый способ базируется на оценке кумулятивной повторяемости температуры наружного воздуха. Значения годовой повторяемости наружной температуры на основе часовых средних значений накапливаются и делятся на температурные интервалы (шаги), которые ограничиваются верхней температурой и нижней температурой . Рабочие условия каждого шага характеризуются рабочей точкой в его центре. Для вычислений допускается, что рабочая точка определяет рабочие условия для теплового насоса в интервале в целом. Оценка годовой повторяемости и кумулятивная годовая частота по часовым усредненным данным целого года приведена в приложении А.

Разность между температурой наружного воздуха и расчетной температурой внутри помещения определяет градус-час (так называемая разность температур во времени TTD в соответствии с [7] для базовой расчетной температуры внутри помещения, обычно 20 °С). Разность температур соответствует тепловой нагрузке для отопления помещений. Поэтому область, охваченная кумулятивной частотой, кумулятивные градус-часы отопления соответствуют энергетической потребности для отопления помещений, так как разность температур (соответствующая тепловой нагрузке) накапливается со временем. Кумулятивные градус-часы отопления также называются "аккумулированной временной температурной разностью" ATTD в соответствии с [7]. Также может быть аккумулирована нагрузка бытового горячего водоснабжения, отображенная как постоянный ежедневный профиль на рисунке 4. Хотя тепловая энергия бытового горячего водоснабжения не зависит от температуры наружного воздуха, но она может иметь связь с шаговым временем через изменяющиеся условия работы теплонасосного оборудования. В итоге затраты энергии для условий конкретной рабочей точки определяются кумулятивными градус-часами.

1 - кумулятивные пошаговые часы, ч; 2 - ; 3 - ; 4 - ; 5 - расчетная температура наружного воздуха; 6 - ; 7 - ; 8 - (отопление помещений); 9 - (бытовое горячее водоснабжение); 10 - температура наружного воздуха, °С; 11 - направление аккумулирования разности температур (нагрузка отопления помещений) и нагрузка по времени; 12 - ; 13 - ; 14 - ; 15 - (отопление помещений); 16 - (бытовое горячее водоснабжение); 17 - (отопление помещений); 18 - (бытовое горячее водоснабжение); 19 - ; 20 - верхнее значение температуры окружающей среды для отопления помещений ; 21 - расчетная температура внутри помещения; 22 - (бытовое горячее водоснабжение)

Рисунок 4 - Пошаговые часы наблюдения температуры наружного воздуха [пример с тремя шагами для отопления и затраты тепловой энергии на бытовое горячее водоснабжение (четыре шага для )]

Другой общепринятый путь отображения кумулятивной повторяемости - это поворот графика по часовой стрелке на 90°, который называется "графиком нагрузки по продолжительности" [см. рисунок 5а)]. Так как этот график предполагает наличие оси отрицательных значений температуры, то получаем также горизонтально повернутую диаграмму [см. рисунок 5б)]. В последующем кумулятивная повторяемость отображается в соответствии с оценкой повторяемости температур по приложению А.

1 - кумулятивные пошаговые часы, ч; 2 - ; 3 - ; 4 - ; 5 - расчетная температура наружного воздуха; 6 - ; 7 - ; 8 - (отопление помещений); 9 - температура наружного воздуха, °С; 10 - ; 11 - ; 12 - ; 13 - (отопление помещений); 14 - , 15 - (отопление помещений); 16 - верхнее значение температуры окружающей среды для отопления помещений ; 17 - расчетная температура внутри помещения

Рисунок 5 - Температура наружного воздуха в зависимости от часов наблюдения (шаговых часов) (график нагрузки по продолжительности - пример с тремя шагами-интервалами только для отопления помещений )

Однако значения известны обычно только в дискретных испытательных точках на основе результатов стандартных испытаний теплового насоса. Число шагов-интервалов зависит от типа теплового насоса, доступной информации о характеристике теплового насоса в соответствии с результатами типовых испытаний и расчетным периодом.

Критерии выбора шагов:

- рабочие точки должны быть распределены более или менее равномерно по всему рабочему диапазону;

- рабочие точки должны быть выбраны как можно ближе к контрольным точкам, чтобы включить в себя как можно точнее доступную информацию о характеристике теплового насоса (например, согласно [2], ГОСТ 26963, ГОСТ Р МЭК 60335-2-40). Пределы шага-интервала следует устанавливать приблизительно посредине между рабочими точками;

- число шагов должно отражать изменения температуры источника низкопотенциальной теплоты и отвода тепла. Если значения температуры источника низкопотенциальной теплоты и отвода тепла являются постоянными по всему рабочему диапазону, то достаточно одного шага. В случае больших изменений необходимо выбирать большее число шагов. В принципе могут быть рекомендованы 1 К-шаги [температурные интервалы в 1 К (градус Кельвина)]. Общее число шагов должно соответствовать температурам разных источников теплоты, которые определяются контрольными точками по [2], ГОСТ 26963, ГОСТ Р МЭК 60335-2-40, чтобы учесть влияние на характеристики теплового насоса последствий, например, размораживания для наружных тепловых насосов, отбирающих тепло из воздуха. Если имеется больше информации, например, от производителя по результатам типовых испытаний, то можно выбирать большее число шагов, чтобы использовать всю доступную информацию. Если число контрольных точек недостаточно, то характеристику теплового насоса интерполируют к соответствующим температурам источника низкопотенциальной теплоты и теплоотвода или может быть применена методика расчета энергетической эффективности, приведенный в приложении В. Следует отметить, что температура в рабочей точке (соответствующая температуре наружного воздуха) непосредственно соответствует температуре источника теплоты на испытаниях только для тепловых насосов, отбирающих тепло из наружного воздуха. Для тепловых насосов, использующих в качестве источника теплоту грунта, при определении рабочих точек необходимо принимать во внимание зависимость температуры источника низкопотенциального тепла от температуры наружного воздуха.

Кумулятивная повторяемость зависит только от температуры наружного воздуха и поэтому не учитывает дополнительную солнечную и внутреннюю энергии. Даже если количество энергии корректируется путем использования потребности тепловой энергии для подсистемы распределения в соответствии с [8], [9], [10], [11]; перераспределение энергии по шагам зависит также от используемой дополнительной энергии (за счет солнечной и внутренней энергии). Для существующих зданий и новых типовых домов аппроксимация к температуре наружного воздуха является достаточной, тогда как для новых домов с пассивными панелями солнечных батарей она может ухудшаться.