# Тепловые насосы и полезное тепло Второй уровень · L2-HEAT · 12.09.2026 Источник, потребитель, сезонная работа и измеренная эффективность системы. ## Исходный объект Учебная система T-01: четыре температурных режима с длительностями 1 200, 1 600, 1 200 и 400 часов. Тепловая нагрузка составляет 3, 5, 8 и 10 кВт; COP теплового насоса равен 4,5; 3,7; 2,8 и 2,2. Внешние вспомогательные потребители используют 450 кВт·ч за сезон. Это заданные учебные характеристики, которые не относятся к конкретной марке оборудования. ## На выходе Рассчитать систему по рабочим режимам и подготовить программу её испытаний и приёмки. ## 1. Начать с пары «источник и потребитель» Описать обе стороны установки: где берётся тепло и где оно становится полезным. Для источника нужны температура, доступный поток, сезонность, загрязнение и допустимое охлаждение. Для потребителя нужны температура подачи и возврата, расход, график спроса и резервирование. Тепло холодильной установки может быть доступно летом, когда потребность в отоплении мала. Полезность такого ресурса определяют совпадение графиков, нужный температурный уровень и стоимость переноса. В паспорте проекта сохранить два временных ряда. У каждого источника указать ограничения эксплуатации и владельца, который подтверждает доступность. ## 2. Выбрать границу эффективности COP в рабочей точке равен полезной тепловой мощности, делённой на электрическую мощность в той же точке и на той же границе. Сезонный показатель рассчитывается по суммам энергий. Определить, входят ли циркуляционные насосы, оттайка, управление и резервный нагрев. Протокол должен содержать схему расположения теплосчётчика и электросчётчиков. Если полезная функция состоит одновременно в охлаждении и отоплении, показать оба продукта и выбранную методику распределения затрат. Сложение потоков допустимо только в определённом балансе с явно описанными полезными функциями. ```text COP = P_heat / P_electric SPF_system = Σ Q_useful / (Σ E_heat_pump + E_aux + E_backup) ``` ## 3. Посчитать сезон по режимам Умножить нагрузку каждого режима на длительность и разделить полученную тепловую энергию на соответствующий COP. Для T-01 полезное тепло по режимам равно 3 600, 8 000, 9 600 и 4 000 кВт·ч. Всего 25 200 кВт·ч. Электричество насоса составляет около 8 208,92 кВт·ч. С внешними нагрузками получается 8 658,92 кВт·ч и сезонный коэффициент около 2,91. Среднее арифметическое четырёх COP не учитывает распределение энергии. Количество режимов выбирается по цели расчёта. Для окончательного проекта необходимы характеристика оборудования и временной ряд, охватывающий существенные условия работы. ```text Q_i = P_heat,i × hours_i E_heat_pump = Σ (Q_i / COP_i) ``` ## 4. Температурный напор и распределение тепла Для сравнения вариантов зафиксировать температуру источника и требуемую температуру потребителя. Параметры насоса брать для соответствующей рабочей точки. Изменение отопительных приборов и температуры подачи может изменить эффективность всей системы и требуемую мощность. Для водяного контура используется тепловой баланс расхода. При мощности 10 кВт и перепаде воды 5 K требуется около 0,478 кг/с, или 1,72 м³/ч при плотности 1 000 кг/м³. Значение теплоёмкости 4,18 кДж/(кг·K) здесь приближённое. Для растворов гликоля свойства и потери давления уточняются по составу и температуре. ```text P_heat,kW = mass_flow,kg/s × cp,kJ/(kg·K) × ΔT,K ``` ## 5. Холодный режим, резерв и пуски Мощность установки при наиболее холодном условии сопоставить с нагрузкой здания при том же условии. Определить долю тепла от резерва, его электрическую мощность и логику совместной работы. В T-01 замена четверти тепла последнего режима сопротивлительным нагревом переводит 1 000 кВт·ч тепла на резерв. Такое изменение увеличивает сезонное электрическое потребление примерно на 545,45 кВт·ч: резерв использует 1 000 кВт·ч вместо 454,55 кВт·ч теплового насоса. Отдельно проверить одновременность включений, оттайку, минимальную нагрузку и частоту пусков. Ограничения производителя входят в задание на управление. ## 6. Буфер и управление во времени Тепловой запас воды оценивается по массе, теплоёмкости и используемому перепаду температуры. В баке 500 литров при полезном перепаде 10 K теоретически запасается около 5,81 кВт·ч. При нагрузке 5 кВт это около 1,16 часа до учёта теплопотерь, перемешивания и ограничений подачи. Бак должен решать конкретную задачу: согласование контуров, снижение частоты пусков или перенос нагрузки. Для каждой цели проверить потери, дополнительные насосы и изменения температурного режима. В проекте использовать доступный полезный объём и измеренное поведение, особенно при стратификации. ```text E_buffer,kWh = mass_kg × cp_kJ/(kg·K) × ΔT_K / 3600 ``` ## 7. Измерить экономику полезного тепла Стоимость полезного тепла зависит от всех электрических потребителей внутри выбранной границы, обслуживания и капитала. Сравнение с котлом требует цены топлива и сезонной эффективности; сравнение с прямым электрическим нагревом использует другую базу. Тарифы, валюта и дата расчёта фиксируются в модели. Для T-01 при условной цене 0,18 €/кВт·ч сезонное электричество стоит около 1 558,60 €. Деление на 25 200 кВт·ч тепла даёт около 0,06185 €/кВт·ч тепла только по электрической составляющей. Добавление обслуживания и инвестиций повышает полную стоимость. Будущие цены проверяются сценариями. ## 8. Приёмка и диагностика отклонений До испытания описать точки измерения и режимы: полезное тепло, электрическая энергия, температуры, расход, пуски, оттайка и резерв. Для каждой проверки задать допустимое отклонение и условия корректного измерения. Монтаж и работы с электричеством и хладагентом выполняются специалистами с необходимым допуском. Если измеренный сезонный результат ниже расчётного, последовательно проверить границы учёта, качество датчиков, температурный график, работу резерва, гидравлику и нагрузку. Сохранить исходные настройки до изменения. Итоговый отчёт содержит причину расхождения и новую проверку после корректировки. ## Расчётная лаборатория Четыре температурных диапазона складываются по энергии. Измените COP холодного диапазона или долю резервного нагрева и сравните сезонный SPF. https://x5power.com/Academy/Cold/heat-pumps/?lang=ru#lab COP задан для каждого диапазона и уже включает внутреннее потребление установки. Внешние вспомогательные устройства добавлены один раз. Резерв заменяет указанную долю тепла диапазона 4 и работает с коэффициентом 1. Проверку мощности, оттайки и допустимых температур выполняют по документации оборудования. ## Упражнения 1. Сезонная энергия Сложите тепло четырёх режимов T-01. **Разбор и контрольный результат** 3 600 + 8 000 + 9 600 + 4 000 = 25 200 кВт·ч. ## Упражнения 2. Коэффициент всей системы Вычислите потребление с внешними нагрузками и сезонный коэффициент. **Разбор и контрольный результат** 8 658,92 кВт·ч и около 2,9103. Коэффициент получен из суммы тепла и суммы электричества. ## Упражнения 3. Резервный нагрев Переведите 25% тепла последнего режима на электрический резерв с коэффициентом 1. **Разбор и контрольный результат** Дополнительное электричество 545,45 кВт·ч; итог около 9 204,37 кВт·ч; коэффициент системы около 2,738. ## Упражнения 4. Расход теплоносителя Для воды рассчитайте расход при 10 кВт и перепаде 5 K. **Разбор и контрольный результат** 10 / (4,18 × 5) = 0,4785 кг/с, около 1,7225 м³/ч при заданной плотности. ## Упражнения 5. Предел буфера Сколько энергии содержит 500 л воды при полезном перепаде 10 K? Сколько времени она покрывает 5 кВт? **Разбор и контрольный результат** Около 5,81 кВт·ч и 1,16 часа в идеализированном балансе. Для проекта учесть потери и фактически доступную температуру. ## Упражнения 6. Сравнить две установки Установка A имеет более высокий паспортный COP, но требует более горячей подачи на реальном объекте. Какие данные нужны для выбора? **Разбор и контрольный результат** Карты производительности на одинаковых условиях, сезонные часы и нагрузки, вспомогательное потребление, резерв, доступная мощность и полная стоимость полезного тепла. ## Практический проект Выберите пару «источник и потребитель». Подготовьте их паспорта и временные ряды, сравните две архитектуры, рассчитайте сезон по режимам, определите резерв, расход и электрическую мощность. Составьте схему измерений, программу приёмки и журнал настроек. Для практической аттестации предъявите измерения установки или испытанного стенда, объясните границы полученного коэффициента и разберите отклонение от расчёта. Короткое испытание в одной точке подтверждает эту точку. Для сезонного утверждения требуется соответствующий период и метод оценки. ## Как проверяется работа Учебная шкала академии: максимум 100 баллов. Расчётная защита требует минимум 80 баллов и прохождения обязательных проверок. Практическая аттестация дополнительно требует выполненного проекта и измерений. Страница помогает подготовить работу; сертификат по нажатию кнопки здесь не выдаётся. - Постановка и границы: 20. Объект, полезная функция, единицы и ограничения определены. - Расчёт и данные: 25. Ключевой результат воспроизводится; исходные величины прослеживаются. - Проверка результата: 20. Метод измерения, сравнение и неопределённость соответствуют утверждению. - Неблагоприятные условия: 15. Рассмотрены отказ, изменение режима и восстановление. - Передача в работу: 10. Есть ответственные, программа приёмки и понятные действия. - Перенос на новый объект: 10. Показаны новые условия и необходимые изменения решения. ### Обязательные проверки Единицы и границы согласованы. Источник каждого существенного числа указан. Предположения отделены от измерений. Проверен неблагоприятный сценарий. Предъявленный результат можно воспроизвести. Практический результат подтверждается выполненной работой. ## Рабочая тетрадь проекта - Объект и полезная функция - Граница, период и единицы - Исходные данные и их происхождение - Решение и рассмотренные варианты - Расчёт и проверяемый результат - Неопределённость и недостающие сведения - Неблагоприятный сценарий и восстановление - Приёмка, ответственные и наблюдение ## Задание для агента Изучи книгу и зависимости. Воспроизведи контрольный расчёт. Реши упражнения до чтения разбора. Подготовь проект для нового объекта. Верни исходные данные с единицами и происхождением, расчёт, границы применимости, неблагоприятный сценарий, план измерений и вопросы человеку. Передай пакет другому агенту для независимой проверки. ## Книги и первоисточники - [SEAI · Publications](https://www.seai.ie/publications). Найти Homeowners Guide to Heat Pumps и материалы по обследованию здания. Сопоставить рекомендации с документацией выбранной установки. - [EVO · International Performance Measurement and Verification Protocol](https://evo-world.org/en/products-services-mainmenu-en/protocols/ipmvp). Границы измерения, исходное состояние и план подтверждения экономии. Для применения указывать выбранную редакцию протокола. - [NASA · Systems Engineering Handbook](https://www.nasa.gov/reference/systems-engineering-handbook/). Требования, жизненный цикл, проверка системы и прослеживаемость решений. ## После внедрения Через месяц проверить учёт и режимы. После смены сезона пересмотреть прогноз и ограничения. По полному заявленному периоду подтвердить итог. Новое наблюдение добавляется к истории проекта и становится материалом для следующего упражнения. Академия XPower · Алексей Ананьин и группа Эшелон